本申請涉及金屬化合物的化工分離，具體而言，涉及一種鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法。

背景技術(shù)：

1、鋯（zr）、鉿（hf）具有良好的抗腐蝕、耐高溫及抗輻照特性，廣泛應用于原子能、航空航天、大功率激光、集成電路等領域，是重要的戰(zhàn)略金屬資源。

2、目前鋯鉿分離技術(shù)分為濕法和火法兩種，其中，鋯鉿火法分離技術(shù)主要是利用高溫下鋯鉿的化合物之間的氧化還原反應特性、揮發(fā)度特性、細微差異進行分離及電化學特性的細微差異來實現(xiàn)分離。具體的，鋯鉿火法分離技術(shù)中的熔鹽萃取精餾工藝實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，該技術(shù)是利用四氯化鋯/鉿在熔鹽中揮發(fā)度的差異實現(xiàn)精餾分離。

3、但是目前公開報道的文獻資料中，未對鋯鉿四氯化物的熔鹽精餾分離的工藝設計、裝置設計的系統(tǒng)研究，該工藝的技術(shù)細節(jié)、工藝裝備、工藝參數(shù)尚不明晰，鋯鉿熔鹽精餾分離技術(shù)和裝備的研發(fā)、工業(yè)化應用也缺少理論和實踐的指導。因此，要實現(xiàn)該技術(shù)的突破，需要提出一種確切的、可實現(xiàn)的鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本申請?zhí)峁┮环N鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，該方法步驟清晰、細節(jié)詳細，且反應條件、工藝參數(shù)等明確，尤其適用于熔鹽萃取精餾分離裝置，為實現(xiàn)技術(shù)突破，提供借鑒和指導。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┮环N鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，所述方法適用于熔鹽萃取精餾分離裝置，所述裝置包括：

3、精餾塔、升華器、回流罐、冷凝器、再沸器、循環(huán)罐及氣體預熱器；

4、所述方法包括：

5、s1、將所述精餾塔分別與所述回流罐和所述再沸器連接，再將所述回流罐與所述冷凝器連接，在所述精餾塔上連接氣體管路，將所述氣體管路遠離所述精餾塔的一端插入所述回流罐內(nèi)，然后將所述循環(huán)罐與所述再沸器連接，在所述循環(huán)罐上連接熔鹽循環(huán)管路，將所述熔鹽循環(huán)管路的出液端連接在回流罐上，在所述熔鹽循環(huán)管路上連接蒸氣管路，再將所述蒸氣管路的一端與所述氣體預熱器連接、另一端與所述精餾塔塔底連接；

6、s2、將鋯鉿四氯化物裝入所述升華器后，連接所述升華器與所述精餾塔，再將氯化物裝入所述再沸器中，將所述裝置抽至真空，真空度達到-0.1?mpa后，充入氮氣置換所述裝置內(nèi)的空氣；

7、s3、控制所述升華器溫度為200?℃~300?℃、所述循環(huán)罐溫度為480?℃~600?℃，所述回流罐溫度為300?℃~400?℃，所述熔鹽循環(huán)管路溫度為300?℃~400?℃，所述氣體預熱器溫度為500?℃~650?℃，以及所述再沸器溫度為400?℃~600?℃，使所述氯化物在所述精餾塔中處于熔融狀態(tài)，得到熔鹽；

8、s4、將適量所述熔鹽輸送至所述循環(huán)罐中，向所述氣體預熱器中充入壓力為0.3atm-1.0?atm的保護氣，所述保護氣將所述循環(huán)罐中的所述熔鹽沿所述熔鹽循環(huán)管路壓入所述回流罐中，所述熔鹽沿所述回流罐流入所述精餾塔中；

9、s5、提高所述升華器的溫度至400?℃~450?℃，使所述鋯鉿四氯化物汽化，汽化后的所述鋯鉿四氯化物進入所述精餾塔中與所述熔鹽進行氣液相傳質(zhì)傳熱，分離得到的四氯化鋯在所述再沸器中的熔鹽中富集，富四氯化鉿蒸氣進入所述冷凝器；

10、s6、待所述精餾處理完成后，將所述再沸器和所述循環(huán)罐降溫至250?℃~400?℃，把所述回流罐中的熔鹽排入所述再沸器和所述循環(huán)罐中，使所述精餾塔中的富四氯化鉿蒸氣在所述冷凝器中冷凝，得到四氯化鉿的富集物；

11、s7、將所述再沸器升溫至550?℃~600?℃，使所述熔鹽中溶解的四氯化鋯汽化，再向所述氣體預熱器中充入所述氮氣，所述氮氣將汽化后的所述四氯化鋯輸送至所述冷凝器中回收。

12、優(yōu)選地，在步驟s4中，當所述再沸器中熔鹽的液面高度大于1/2時，將適量所述熔鹽輸送至所述循環(huán)罐中，所述熔鹽在所述循環(huán)罐中保存5?min~10?min后，使所述熔鹽中溶解的少量鋯鉿氯化物汽化并送入所述蒸氣管路，汽化后的所述鋯鉿氯化物進入所述精餾塔中進行精餾處理。

13、優(yōu)選地，在步驟s5中，汽化后的所述鋯鉿四氯化物進入所述精餾塔后向所述精餾塔塔頂方向擴散，與所述熔鹽發(fā)生氣液相接觸，經(jīng)過多級精制后進入所述回流罐中，其中，一部分富四氯化鉿蒸氣溶解在所述回流罐的熔鹽中，另一部分未溶解的所述富四氯化鉿蒸氣進入所述冷凝器中冷凝，所述精餾塔中的熔鹽向塔底流動與富四氯化鋯的上升蒸氣發(fā)生氣液相接觸，提濃所述四氯化鋯。

14、優(yōu)選地，在步驟s3中，控制所述升華器溫度為250?℃~280?℃、所述循環(huán)罐溫度為500?℃~550?℃，所述回流罐溫度為320?℃~350?℃，所述熔鹽循環(huán)管路溫度為320?℃~350℃，所述氣體預熱器溫度為550?℃~600?℃，以及所述再沸器溫度為450?℃~500?℃。

15、優(yōu)選地，所述精餾塔塔頂?shù)臏囟扰c所述回流罐相同，所述精餾塔塔底的溫度與所述再沸器相同；

16、所述精餾塔內(nèi)的溫度由塔底向塔頂逐級遞減。

17、優(yōu)選地，所述氯化物包括氯化鉀、氯化鋁、氯化亞銅、氯化鈉、三氯化鐵中的至少兩種。

18、優(yōu)選地，在步驟s2中，所述鋯鉿四氯化物與所述氯化物的質(zhì)量比為1：（10~100）。

19、優(yōu)選地，在步驟s4中，所述保護氣為氮氣或氬氣；

20、所述保護氣的流量為0.1?l/min~5?l/min。

21、優(yōu)選地，在步驟s4中，所述熔鹽沿所述回流罐流入所述精餾塔中時，所述熔鹽的流量為0.05?l/min~2?l/min；

22、所述精餾塔中的塔板數(shù)為20~30級。

23、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N上述第一方面所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法獲得的四氯化鋯和四氯化鉿。

24、綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

25、1、本申請?zhí)峁┮环N鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，特別適用于熔鹽萃取精餾分離裝置，該裝置連接方式簡單、易操作，適用性強，本申請以保護氣作為輸送介質(zhì)，用氣體預熱器加熱后，將熔鹽從循環(huán)罐壓送至回流罐中，實現(xiàn)熔鹽精餾的回流，鋯鉿氯化物汽化后進入精餾塔中與熔鹽接觸進行精餾處理，該方法操作過程簡單、方便，且分離效率高，解決了目前鋯鉿四氯化物的熔鹽精餾分離技術(shù)的技術(shù)細節(jié)、工藝裝備不明確的問題，為實現(xiàn)技術(shù)突破，提供很好借鑒和有力指導；

26、2、本申請?zhí)峁┑姆椒ㄋm用的裝置中包括氣體預熱器，是為了用加熱后的保護氣將熔鹽沿熔鹽循環(huán)管路壓送至回流罐中，用保護氣控制熔鹽進行循環(huán)，且進一步地通過控制保護氣壓力和流量，實現(xiàn)熔鹽簡單、高效地循環(huán)，解決了常規(guī)輸送泵無法輸送高溫腐蝕性熔體、氣舉泵傳輸效率偏低的問題，以及熔鹽泵長周期運行過程容易出現(xiàn)高溫可靠性下降等問題。

技術(shù)特征：

1.一種鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，所述方法適用于熔鹽萃取精餾分離裝置，所述裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，在步驟s4中，當所述再沸器中熔鹽的液面高度大于1/2時，將適量所述熔鹽輸送至所述循環(huán)罐中，所述熔鹽在所述循環(huán)罐中保存5?min~10?min后，使所述熔鹽中溶解的少量鋯鉿氯化物汽化并送入所述蒸氣管路，汽化后的所述鋯鉿氯化物進入所述精餾塔中進行精餾處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，在步驟s5中，汽化后的所述鋯鉿四氯化物進入所述精餾塔后向所述精餾塔塔頂方向擴散，與所述熔鹽發(fā)生氣液相接觸，經(jīng)過多級精制后進入所述回流罐中，其中，一部分富四氯化鉿蒸氣溶解在所述回流罐的熔鹽中，另一部分未溶解的所述富四氯化鉿蒸氣進入所述冷凝器中冷凝，所述精餾塔中的熔鹽向塔底流動與富四氯化鋯的上升蒸氣發(fā)生氣液相接觸，提濃所述四氯化鋯。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，在步驟s3中，控制所述升華器溫度為250?℃~280?℃、所述循環(huán)罐溫度為500?℃~550?℃，所述回流罐溫度為320?℃~350?℃，所述熔鹽循環(huán)管路溫度為320?℃~350?℃，所述氣體預熱器溫度為550?℃~600?℃，以及所述再沸器溫度為450?℃~500?℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，所述精餾塔塔頂?shù)臏囟扰c所述回流罐相同，所述精餾塔塔底的溫度與所述再沸器相同；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，所述氯化物包括氯化鉀、氯化鋁、氯化亞銅、氯化鈉、三氯化鐵中的至少兩種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，在步驟s2中，所述鋯鉿四氯化物與所述氯化物的質(zhì)量比為1：（10~100）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，在步驟s4中，所述保護氣為氮氣或氬氣；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，其特征在于，在步驟s4中，所述熔鹽沿所述回流罐流入所述精餾塔中時，所述熔鹽的流量為0.05?l/min~2?l/min；

10.一種權(quán)利要求1~9任一項所述鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法獲得的四氯化鋯和四氯化鉿。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┮环N鋯鉿四氯化物的熔鹽萃取精餾分離方法，特別適用于熔鹽萃取精餾分離裝置。在進行熔鹽萃取精餾分離時，先將精餾塔、升華器、回流罐、冷凝器、再沸器、循環(huán)罐等主要部件連接，再將待分離鋯鉿氯化物原料和精餾用氯化物鹽填裝，最后啟動裝置，在精餾條件下實現(xiàn)鋯鉿氯化物的分離。該分離裝置和方法具有較好的易用性和工藝適應性，制備得到四氯化鋯、四氯化鉿滿足原子能、航空航天、大功率激光、集成電路等領域的使用要求，為鋯鉿四氯化物熔鹽精餾分離技術(shù)和裝備的研發(fā)與應用提供了借鑒和指導。

技術(shù)研發(fā)人員：馬朝輝,閆瀟,閆國慶,吳剛,張順利,張建東,陳健,黃永章
受保護的技術(shù)使用者：有研資源環(huán)境技術(shù)研究院（北京）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2