鋯真空蒸餾(vacuum distillation of zirconi-um)是指在壓力低於常壓的條件下蒸餾除去海綿鋯中的金屬鎂和MgCl2的過程。蒸餾產出的海綿鋯再經真空熔鑄為金屬或合金用於原子能、冶金、化學等工業部門。
基本介紹
- 中文名：鋯真空蒸餾
- 外文名：vacuum distillation of zirconi-um
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 作用：蒸餾除去金屬鎂和MgCl2
簡介,原理,裝置,工藝,產品處理,
簡介
鋯真空蒸餾(vacuum distillation of zirconi-um)是指在壓力低於常壓的條件下蒸餾除去海綿鋯中的金屬鎂和MgCl2的過程。蒸餾產出的海綿鋯再經真空熔鑄為金屬或合金用於原子能、冶金、化學等工業部門。
原理
蒸餾原料為四氯化鋯鎂還原的產物，含鋯55%-60%、鎂25%-30%、MgCl2 10%-15%和少量ZrCl3、ZrCl2。原料中的各組分在一定溫度和壓力下的蒸氣壓不同，如在標準狀態下，鎂的沸點為1380K，MgCl2為1691K，鋯為4673K，在常壓和1173K溫度時，鎂的平衡蒸氣壓為13332. 2Pa，MgCl2為999. 9Pa，鋯小於130μPa。因此，通過控制合適的蒸餾溫度和壓力，就可使鋯和其他組分分離。此外，在10Pa真空度下，鎂和氯化鎂的沸點分別降至789K和950K，揮發速度比常壓蒸餾大很多倍。因此，採用真空蒸餾可以縮短蒸溜時間，降低蒸餾溫度，提高分離效果，並可避免海綿鋯與鐵壁生成污染產物的Zr-Fe合金。
裝置
主要由蒸餾爐、蒸餾罐、冷凝套筒、冷凝器、隔熱罩和真空系統等組成。按冷凝器的安裝位置可分為上冷式和下冷式兩種，二者結構基本相同。在工業生產中，蒸餾爐和還原反應器是通用的。因此，還原反應器的結構設計和材料選擇要兼顧還原、蒸餾工藝的要求。冷凝器是一個可吊起的鐘罩式圓筒罐體。外設冷卻水套。冷凝套筒呈圓筒形，冷凝面積按蒸餾排出的冷凝物最設定。在蒸餾罐和冷凝器之間設有隔熱罩，其作用是減少加熱區向冷凝器的輻射熱量，又不妨礙從蒸餾罐逸出的氣流通過。為了提高隔熱效果，隔熱取大部分為多層結構。蒸餾爐結構和還原反應器相同，但前者的爐殼要密封，並連線抽真空裝置，在作業時爐內處在低真空狀態，以減少對蒸餾罐的外壓力，防止後者變形。
工藝
將還原坩堝連同反應產物倒置於蒸餾爐的蒸餾罐中。將蒸餾罐抽真空至13.3-1mPa，然後將蒸餾爐加熱到573-673K溫度並恆溫1-4h，以脫除蒸餾設備組裝過程中MgCl2吸附的結晶水。接著將護溫升高至1023-1073K。此時，因金屬鎂和MgCl2開始大量揮發。真空度急劇下降，需要控制好升溫速度。蒸餾進入恆溫階段後，溫度以控制在1223-1273K為宜。經過20-25h的恆溫，當蒸餾罐內的真空度回升到低於1Pa趨於穩定並保持一定時間後，揮發物殘留量已極少，蒸餾作業結束。在整個蒸餾過程中要控制好蒸餾溫度、真空度和蒸餾時間等工藝參數。蒸餾700-800kg鋯約需50-60h，蒸餾產出的海綿鋯具有自燃性。當蒸餾罐冷卻到323K溫度後，要緩慢通入由60%乾燥空氣和44%室內空氣組成的混合氣體，降低海綿鋯的表面活性，使其鈍化後再出爐。生產1t海綿鋯的總能耗約為8.7萬kW·h。
產品處理
從還原坩堝取出的海綿鋯可分成A、B、C、D四種類型。A型海綿鋯約占總量的35%，是大塊緻密金屬，幾乎不含金屬鎂和MgCl2。 B型海綿始約占總量的20%，是反應初期生成的產物，呈板狀，厚約10mm，除金屬鎂外，含鐵、氮雜質較多。C型海綿鋯約占總量的35%，是輕而多孔的海綿體，雜質最少，但在氣孔中含有相當數量的金屬鎂和氯化物。D型海綿鋯是緊貼在坩堝壁的產物，雜質含量較多，一般返回氯化處理回收其中的鋯。
海綿鋯是一種硬而韌的金屬，通常用配有刀具的立式油壓機將鋯坨切割成塊，再經中碎和細碎使其粒徑達到5-25mm，然後篩分、分級、組批混合、充氬包裝。
