锆英石氯化(chlorination of zircon)

以碳为还原剂、用氯气氯化锆英石精矿制取四氯化锆的锆氯化方法。所得的四氯化锆经提纯后用作生产二氧化锆、锆盐和海绵锆的原料。锆英石加碳氯化按照所用炉型分为竖炉氯化和流态化炉氯化两种方法。20世纪50～60年代用竖炉氯化，70年代后国际上普遍采用流态化氯化法氯化反应的通式为：

竖炉氯化   竖式氯化炉由炉顶、炉身和炉底三部分组成，用柱形钢质圆筒作外壳，炉壁用保温材料和耐高温、耐酸腐蚀的耐火砖砌成。为提高炉子的整体密封性，内衬采用预制圈构筑。炉顶设置球团连续加料机，炉底装有螺旋输送机定期扒出氯化炉渣。氯气在炉体下部经过分配管均匀送入炉床。氯化温度为1073～1273K，反应温度靠三相石墨电极通电加热维持。竖炉氯化由制团、焦化和氯化三道作业组成。先将锆英石砂和炭黑、粘结剂按比例混合制成球团，然后分盘放入电热炉于1073～1173K温度下进行焦化处理。典型焦化球团含ZrO2约45％、SiO2约25％、C 20％～25％。炉料的氯化效果和球团的物理机械性能、料层高度及氯气分布均匀度等因素有关。当反应带高度为炉料高的1／3～1／4时，氯化状况最好。氯化生成的四氯化锆和副产物(SiCl4、TiCl4、FeCl3和炉气等)经收尘器、冷凝器、列管冷却塔和淋洗塔分别捕集，收得的Zrcl4送提纯，SiCl4也经提纯回收利用。竖炉氯化的最大的ZrCl4生产能力为1.6t／(m2•d)。

流态化氯化   流态化氯化炉由炉顶、炉身和炉底三部分组成。整体结构分为通氯气室、气体分布板、反应段、过渡段、扩大段、顶盖和加料、排渣系统。炉子工作时，氯气经分布板以一定流速、自下而上通过固体颗粒床层使床层上的物料形成沸腾态，进行氯化反应。锆英石氯化因反应热不足需要外加热。加热方式有两种，一种是从炉顶插入石墨电极直至料层的电阻加热，另一种是在反应区段用大直径石墨管作为内衬的感应加热。氯化反应的温度控制在1173～1273K。生成的四氯化锆气体从炉顶侧管逸出，经镍质过滤器后进入冷凝器，因大多数气体杂质的凝固点比四氯化锆低，维持冷凝器的温度在473K左右时，ZrCl4便由气体转为固体而与其他杂质分离。SiCl4及其他低沸点杂质进入废气过滤器再次被分离，主要副产物SiCl4送到精馏提纯后回收使用。流态化氯化炉ZrCl4的生产能力一般为3.5～4.0t／(m2•d)。粗ZrCl4中主要杂质的典型含量(质量分数ω／％)为：Fe 0.34，Al 0.48，Ti 0.05，Si 0.16， O 0.55，不溶物0.4。与竖炉氯化相比，流态化氯化具有下列优点：(1)工艺流程简短，可直接使用粉料；(2)能强化生产过程和生产连续化，生产率高；(3)设备密封性好，改善了劳动环境。70年代后世界上大的海绵锆生产厂(1000t／a以上)均已采用流态化氯化法，一些规模较小的工厂，仍采用竖炉氯化法。