CN107487785B - 一种四氯化锆的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
一种四氯化锆的制备工艺，包括以下步骤:S1、利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；S2、将S1中的锆英砂与石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；S3、停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入氯气；S4、停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出。该种制备工艺省去了化学补热剂的加热，从而节省了大量原料，同时，也避免了产生一氧化碳这一有毒气体，进而也有利于环境的保护。
Description
技术领域
本发明涉及化工工艺领域，特别涉及一种四氯化锆的制备工艺。
背景技术
沸腾氯化又称流态化氯化，是利用流体的作用将固体颗粒悬浮起来，使固体颗粒具有流体的某些表观特征，强化了气-固、液-固、气-液-固间的接触，在特定的条件下完成化学反应。这种使固体颗粒具有流体的某些特征的技术称为流态化技术，应用于氯化工艺过程称为沸腾氯化。
目前国内外生产四氯化锆的方法中沸腾氯化法是比较常用的，但是在采用沸腾氯化法的过程中需要在氯化炉内部使用石墨筒，在氯化炉外部使用中频或工频线圈对氯化炉内的石墨筒进行加热，用来补充氯化反应所需的反应热，这种方法大量消耗了石墨筒，并且也增加了更换的成本，同时还需要在生产中频繁停车，加之沸腾氯化炉的直径不能放大，限制单炉的产能，因此，不利于可持续发展的进行。
基于上述原因，部分企业开始研发出了新的四氯化锆的制备工艺，如申请号201410321897.8的中国专利《沸腾氯化法生产四氯化锆的工艺方法》公开了一种沸腾氯化法生产四氯化锆 的工艺方法，将锆英砂粉碎到300目～325目，石油焦粉碎到100目～200目，将化学补热剂粉碎到 200目～400目，先将锆英砂和石油焦粉按 比例充分混合后与化学补热剂同时加入到沸腾氯化炉内，并通入氯气进行氯化反应，使沸腾氯化炉温度保持在1100℃，所述的为化学补热剂为硅粉或碳化硅或二者混合物。化学补热剂的反应式为：SiC+2Cl2=SiCl4+C或Si+2Cl2=SiCl4，锆英砂氯化生产四氯化锆的主反应式为ZrSiO4+4C+4Cl2=ZrCl4+SiCl4+4CO↑。
虽然，该种方法能够解决锆英砂沸腾氯化炉的加热问题，降低四氯化锆的生产成本，而且可以副产重要化工原料四氯化硅。
但是，在生产的过程中炉内却会产生有毒的一氧化碳气体，且它还是一种可燃性的气体，所以其很容易与氯气混合在一起发生爆炸，因此，为安全的生产以及环境的保护埋下了隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全无污染的四氯化锆的制备工艺。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种四氯化锆的制备工艺，包括以下步骤:
S1、利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；
S2、将S1中的锆英砂与石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；
S3、停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入氯气；
S4、停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出。
由于石油焦的主要成份是碳，而碳和锆英石在1000℃～1100℃的高温下能够碳化成碳化锆、二氧化碳和碳化硅，而氮气的通入刚好可以取除去二氧化碳，避免了二氧化碳与过热的碳接触过久而转化一氧化碳，从而减少了环境的污染。
同时，在这之后，沸腾氯化炉中通入氯气，而氯气会对碳化锆和碳化硅进行氯化反应，从而生成四氯化锆和四氯化硅产物，并且在1200℃～1300℃的情况下，四氯化锆和四氯化硅均是气体，所以它们能够顺利地从沸腾氯化炉的炉顶排出，从而也就与废渣快速地发生了分离。
作为优选，S2中锆英石和石油焦质量比为1：0.35～0.40。
作为优选，S2中锆英石和石油焦质量比为1：0.37。
该质量比能够为锆英石提供足够的石油焦，从而保证了锆英石能够充分地发生反应，有利于提高锆英石的转化率以及四氯化锆的产率。
作为优选，S1中的氮气的流量为80 m3/h～100m3/h。
以该流量的氮气通入到沸腾氯化炉中既能够有效除去二氧化碳，同时，也不会将细碎的原料带出。
作为优选，S3中氯气的流量为360 m3/h～400 m3/h。
该流量下的氯气能够保证与碳化锆和碳化硅的充分反应，从而也就大大提高了锆英石的转化率。
作为优选，对S4中从沸腾氯化炉的炉顶排出的产物和副产物进行冷凝收集，将收集后的物质进行过滤。
根据权利要求6所述的一种四氯化锆的制备工艺，其特征在于：对滤渣加热干燥，得到纯度为98.9%以上的四氯化锆。
由于四氯化硅在57.6℃的时候会发生汽化，而四氯化锆在331℃的时候才会发生升华，所以两个能够很轻易地发生分离。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.该种四氯化锆的制备工艺省去了化学补热剂的加热，从而大大节省了物料，降低了生产成本；
2.该种制备工艺通过氮气除去了反应过程中产生的二氧化碳，避免了其余碳发生反应生产一氧化碳，从而也就提高了整个工艺的环保作用。
附图说明
图1是四氯化锆的制备工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图1对本发明的实施例作进一步详细说明。
实施例一、
利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；将100kg锆英砂与35kg石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入流量为80 m3/h～100m3/h的氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入流量为360 m3/h～400 m3/h的氯气；停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出；从沸腾氯化炉的炉顶排出的产物和副产物进行冷凝收集，并对收集后的物质进行过滤；对滤渣加热干燥，得到纯度为99.0%的四氯化锆。
实施例二、
利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；将100kg锆英砂与35kg石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入流量为80 m3/h～100m3/h的氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入流量为360 m3/h～400 m3/h的氯气；停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出；从沸腾氯化炉的炉顶排出的产物和副产物进行冷凝收集，并对收集后的物质进行过滤；对滤渣加热干燥，得到纯度为99.0%的四氯化锆。
实施例二、
利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；将100kg锆英砂与40kg石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入流量为80 m3/h～100m3/h的氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入流量为360 m3/h～400 m3/h的氯气；停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出；从沸腾氯化炉的炉顶排出的产物和副产物进行冷凝收集，并对收集后的物质进行过滤；对滤渣加热干燥，得到纯度为99.3%的四氯化锆。
实施例三、
利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；将100kg锆英砂与37kg石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入流量为80 m3/h～100m3/h的氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入流量为360 m3/h～400 m3/h的氯气；停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出；从沸腾氯化炉的炉顶排出的产物和副产物进行冷凝收集，并对收集后的物质进行过滤；对滤渣加热干燥，得到纯度为99.1%的四氯化锆。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (1)
1.一种四氯化锆的制备工艺，包括以下步骤:
S1、利用粉碎机将锆英砂粉碎至330目～350目，石油焦粉碎至110目～180目；
S2、将S1中的锆英砂与石油焦投入到沸腾氯化炉中，并不断通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1000℃～1100℃，保持0.5～1小时；
S3、停止通入氮气，将沸腾氯化炉的温度升高至1200℃～1300℃，并向其内部通入氯气；
S4、停止通入氯气，将氯化后的产品与副产品从沸腾氯化炉的炉顶排出，炉渣从沸腾氯化炉的下部排出，
其中，S2中锆英石和石油焦质量比为1:0.37；S2中的氮气的流量为80 m3/h～100 m3/h，S3中氯气的流量为360 m3/h～400 m3/h，对S4中从沸腾氯化炉的炉顶排出的产物和副产物进行冷凝收集，将收集后的物质进行过滤，对滤渣加热干燥，得到纯度为98.9%以上的四氯化锆。
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