吨氧氯化锆生产工艺的改进研究和经济效益分析模板.doc

10000 吨氧氯化锆生产工艺改善研究和经济效益分析

摘　要: 经过对晶安高科万吨氧氯化锆生产工艺研究改善, 在生产中取得很好经济效益, (1) 洗渣中二氧化锆回收率提升; (2) 用于洗涤硅渣工业盐酸加入量降低, 降低了酸雾对环境污染; (3) 水转料中二氧化硅含量降低了, 氧氯化锆使回收率提升了; (4)水转料中氧化钠含量降低了, 产品质量得到提升; 二次废酸使用周期延长。
关键词: 生产工艺; 氧氯化锆工艺; 研究; 经济效益
1　概述
氧氯化锆是制备锆化合物一个关键中间产品, 其锆化合物已被广泛用于实际生活中 , 锆英砂制备氧氯化锆有四种方法: 两酸两碱法、一酸一碱法、石灰法、氯化法。其中两酸两碱法已不被企业采取, 一酸一碱法成为生产主流。我企业在吸收上海大学和北京有色金属研究总院二单位工艺优点基础上加以改善, 前后进行了从试验室、生产中试到产业化生产一系列攻关研究。对生产工艺中部分关键工序进行深入完善和改善, 经数月中试和生产验证, 取得较满意效果。回收率提升到82%(其它企业为74% ); 杂质降低(Fe2O3 10×10-6、Na2O 15×10-6以下, 其它企业为: Fe2O3 30×10-6、Na2O 50×10- 6) ; 盐酸单耗较其它企业少0.8吨左右; 生产效率高; 废碱液、硅渣、挥发氯化氢得到合理利用并取得一定经济效益, 成为中国同行业中最好生产工艺步骤。
2　氧氯化锆生产工艺介绍
一酸一碱法工艺步骤以下图1。
3　关键改善工序介绍
经对工艺数次、多原因试验, 结果表明, 最有突破且能取得很好经济效益是“水洗转型”工序和“硅渣洗涤”工序(即逆流洗涤工艺)。其它试验已经有验证, 不再反复。本研究关键对以上两工序作了大量工作。水转工序其关键目标是除硅、钠, 是整个工艺关键工序, 关系到锆回收率和二次废酸循环利用, 因为每千克二氧化硅产生十千克硅渣, 且吸附大量锆,在弃置硅渣中流失。而钠含量高将会在二次结晶时呈盐份析出造成产品不合格和二次废酸循环次数降低, 需排放废酸(废酸成份:二氧化锆35～40g/L 、HCl5.5~5.7mol/L 有害成份为Na2O) 造成锆和酸流失。并做了对比分析。改善后工序能取得相当可观经济效益。
3. 1　“水洗转型”工序
水洗目标是除硅, 使锆和硅分离, 在水洗过程中, 大部分Na2SiO3 Na4SiO4 NaAlO2 Na3PO4、放射性物质和反应剩下N aOH 等易溶于水, 在漂洗中除去, 而Na2ZrO3、Na2ZrSiO5难溶于水。
转型目标是除钠。水洗料液关键成份为锆酸钠, 除钠需加酸进行转型处理。
原工艺是在水洗温度为70℃时, 分三次漂洗, 水洗固液比1:5(第一次);1:4 (第二次)；1: 5(第三次)。加酸转型、压滤, 得水转料。
改善后工艺为水洗温度为70℃时, 按固液比1: 8 浸取一次, 即进行压滤分离; 按固液比1∶3加水, 用废液转型, 压滤, 得水转料。其特点是水转料钠、硅含量下降, 提升了劳动效率。
3. 2　“硅渣洗涤”工序(即逆流洗涤工艺)
硅渣洗涤工序目标: 一次结晶后, 水溶压滤后硅渣会吸附氧氯化锆, 在弃置硅渣之前,须对其进行洗涤, 降低硅渣中锆量, 以预防锆被硅渣带走、流失。
原工艺为: 压滤后硅渣, 卸至硅渣池中, 按固液比1: 2 加水, 搅拌30 分钟, 压滤, 滤液进一次结晶槽中, 硅渣弃置。

新工艺采取以下步骤见图2。其特点是: 硅渣含锆量下降; 采取回收酸洗涤; 使水溶液酸度提升, 降低了水溶液浓缩终点后工业酸加入量。
4　结果和讨论
4. 1　水洗转型工序改善
4. 1. 1　试验方法
取适量烧结料, 加一定量水在70℃时, 搅拌、离心甩干, 废酸转型、甩干, 得转型料, 见表1。

4. 1. 2　水转工序新、旧生产工艺实际生产情况对比(表2)

从上表能够看出, 旧工艺水转料中, 每千克氧化锆中有0.2096千克二氧化硅。而新工艺只有0.1782千克二氧化硅, 比旧工艺硅降低了15%(1 千克二氧化硅可产生10千克硅渣)。按年产氧氯化锆10000吨计算(生产一吨氧氯化锆产生一吨硅渣),可降低氧氯化锆流失为133吨, 折合人民币79.8万元。
旧生产工艺水转料中, 每千克二氧化锆所含氧化钠为0.03748千克, 新生产工艺只有0.03015千克, 比旧工艺降低了19.6%，使二次废酸钠量上升幅度变小。因为二次废酸在生产过程中不停循环使用,致使钠量不停升高,至20g/L 时, 须全部排放一次, 不然, 钠元素呈盐份析出, 使成品不合要求, 故旧工艺为每四个月排放一次; 按现行检测结果趋势分析, 新工艺排放周期应在八至九个月排放一次。
4. 2　洗渣工序改善
洗渣工序目标: 一次结晶后, 水溶压滤后硅渣会吸附氧氯化锆, 在弃置硅渣之前,须对其进行洗涤, 降低硅渣中含锆量, 以预防锆被硅渣带走、流失。原工艺为: 压滤后硅渣, 卸至硅渣池中, 按固液比1∶2 加水, 搅拌30 分钟, 压滤, 滤液进一次结晶槽中, 硅渣弃置。
采取以上逆流洗涤工艺, 较原来旧工艺有较大优越性(见表3)。

(1) 节省盐酸用量: 因为硅渣洗涤从原工艺以水洗涤, 改为以酸化和浓缩过程中回收冷凝酸, 使得水溶液酸度普遍提升0.5mol/L ,降低浓缩终点后工业酸加入量, 平均每锅盐酸加入量降低60L , 按10000T/年生产氧氯化锆计算, 可节省工业盐酸用量936 吨; 折合人民币561600 元。(2) 提升氧氯化锆回收量: 废弃硅渣含锆量由4.20% 下降至2.0%。按年产氧氯化锆10000 吨计算, 能够多收氧氯化锆465 吨, 累计人民币279 万元。
4. 3　经济效益分析及计算说明见表4。

5　结论
经过几年不停探索、研究、改善取得了突破性进展。简化了生产工艺步骤、提升了氧氯化锆回收率(即增加了产品产量)、降低了原材料(盐酸) 消耗、降低了废酸排放量。既产生了经济效益又含有社会效益。经多个部门共同联合跟踪考察核实, 认为其经济效益是可观。
具体表现在: (1) 洗渣中二氧化锆回收率: 硅渣中二氧化锆含量降低了2.2% , 回收率提升了4.64% , 发明价值278.4万元; (2) 用回收冷凝酸洗涤硅渣, 使水溶液浓缩后终点工业盐酸加入量降低了936 吨, 发明价值56.16万元, 并降低了酸雾对环境污染; (3) 水转料中二氧化硅含量比旧工序降低了15% , 降低了硅渣吸附氧氯化锆, 使回收率提升了1.33% , 发明价值79.8万元; (4) 水转料中氧化钠含量比旧工序减低了19.6% , 使产品质量得到提升;二次废酸使用周期延长。按10000 吨/年计算, 增加氧氯化锆产品597吨, 折合人民币358.2万元; 节省用酸量936吨(不包含氧氯化锆焙烧成二氧化锆工序中盐酸回收) , 折合56.16万元, 每十二个月可节省资金414.36 万元。若年产18000 吨, 可节省资金745.848 万元。