本發明涉及礦物加工，具體為一種鋯英石中的鋯鉿分離方法。

背景技術：

1、鋯與鉿是地殼中珍貴的稀有金屬，它們常常共同存在于鋯英石礦物之中，這兩種金屬各具特色，在多個領域展現出了不可替代的價值，鋯以其卓越的耐腐蝕性和極低的熱中子吸收截面而聞名，這一特性使其在核工業中占據了舉足輕重的地位，在核反應堆的建設與運行中，鋯能夠抵御輻射和高溫的侵蝕，確保反應堆的安全穩定運行，相比之下，鉿則以其高熱中子吸收截面而著稱，這一獨特性質使得鉿成為了核潛艇反應堆控制棒的關鍵材料，通過精確控制鉿的含量與分布，可以實現對反應堆中子流量的有效調節，從而確保核潛艇的動力系統既強勁又可靠。

2、傳統的鋯鉿分離常采用濕法冶金工藝，如溶劑萃取、分步結晶和離子交換等，雖然理論上能夠實現鋯鉿的有效分離，但在實際操作中卻面臨著分離效率低下的難題，這些工藝往往需要復雜的流程和大量的化學試劑，導致生產成本居高不下，此外，濕法冶金過程中產生的廢水、廢渣等廢棄物，若處理不當，極易對環境造成嚴重的污染，火法冶金工藝雖然在一定程度上簡化了分離流程，但其能耗高、污染大的問題同樣突出，在高溫條件下，鋯鉿與其他雜質元素易發生化學反應，導致分離純度難以保證，存在著一定的缺陷。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了解決傳統鋯鉿分離方法中普遍存在的分離效率低、成本高以及環境污染大的問題，而提出的一種鋯英石中的鋯鉿分離方法。

2、本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

3、一種鋯英石中的鋯鉿分離方法，包括以下步驟：

4、s10、原料預處理，將鋯英石原料通過顎式破碎機破碎至0.5mm至5mm粒度，經由振動篩分設備獲取粒度均勻的顆粒，隨后采用重選、磁選及電選相結合的選礦提純技術，依據密度、磁性和電性差異，去除脈石、鐵鈦雜質；

5、s20、氯化反應，將預處理后的鋯英石與碳按質量比1:0.8混合，置于高溫氯化爐中，于850℃至1100℃溫度下氯化4小時，生成(zr,hf)cl4混合氣體，并通過冷凝與洗滌裝置收集并凈化該氣體，確保氣體中鋯鉿氯化物的純度；

6、s30、溶劑萃取與離子交換聯合分離，采用改良的mibk-scn體系作為萃取劑，通過逆流萃取工藝，依據zr和hf在萃取劑中分配系數的差異，實現初步分離，隨后，利用大孔陽離子吸附樹脂進行離子交換，進一步依據zr和hf在樹脂上吸附能力的不同，達到高效分離的目的；

7、s40、產品制備，對分離得到的zrcl4和hfcl4進行多級蒸餾提純，去除痕量雜質；接著，在惰性氣體保護下，采用鎂熱還原法，于700℃進行還原反應，得到海綿鋯和海綿鉿，最后，通過真空蒸餾去除殘留氯化物和金屬鎂，破碎處理后，獲得粒度均勻的鋯鉿產品。

8、在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

9、更進一步的，所述在步驟s10原料預處理步驟中，顎式破碎機的工作轉速設定為每分鐘300轉，振動篩分設備采用20目至100目篩網，確保所得顆粒尺寸均勻，在重選的過程中利用礦石中礦物顆粒間的密度差異，通過重力場的作用使礦物顆粒分離，其中重選采用跳汰、搖床、溜槽其中一種方式進行分選，在磁選中在磁場作用下使磁性礦物與非磁性礦物分離，其中所采用的磁選設備為筒式磁選機、盤式磁選機其中的一種，在電選的過程中在電場作用下使礦物顆粒分離，同時可通過調整磁場強度、電場電壓的參數，精確調控分離效率，電選設備采用靜電分選機。

10、更進一步的，所述在步驟s20中，可向氯化爐內通入惰性氣體保護，其反應式為2(zr,hf)o2+c+4cl2→2(zr,hf)cl4+co2，其中所采用的惰性氣體為氮氣，在向氯化爐內通入氮氣時應以一定的流量連續通入氯化爐內，以保持爐內氣氛的穩定，同時，氯化過程中還需定期取樣分析氣體成分，根據分析結果調整氯化溫度和時間，確保(zr,hf)cl4混合氣體的生成率和純度。

11、更進一步的，所述在步驟s30中改良的mibk-scn體系萃取劑的體積配比為mibk:scn＝3:1，逆流萃取級數設定為5級，通過精確控制萃取劑流量、溫度及ph值，實現zr和hf的高效分離，其采用的公式為：

12、

13、kd為分離系數，用于量化zr和hf在萃取劑與水相之間的分配差異，其中，[zr]和[hf]分別代表鋯和鉿在萃取相和水相中的濃度，kd值越大，zr和hf在萃取劑中的分配差異越大，分離效果越好，分離系數大于1.5；

14、在步驟s30中逆流萃取工藝包括以下步驟：

15、a1、準備階段：確保萃取塔清潔且干燥，檢查并調整萃取塔的流速控制系統，確保穩定且可控的液體流動，準備改良的mibk-scn體系萃取劑和水相溶液，其中水相溶液為含有zr和hf的溶液；

16、a2、裝填階段：將萃取劑裝入萃取塔的上部，而水相溶液則從下部進入，確保萃取劑和水相溶液在塔內形成清晰的界面，避免混合；

17、a3、萃取階段：開啟流速控制系統，使水相溶液以一定的流速從萃取塔底部向上流動，同時萃取劑從頂部向下流動，萃取過程中，zr和hf將根據它們在萃取劑中的分配系數差異，從水相逐漸轉移到萃取劑相中，萃取塔的設計應允許兩相充分接觸，以確保高效的溶質轉移；

18、a4、收集階段：在萃取塔的頂部收集富含zr和hf的萃取劑相，在萃取塔的底部收集已去除大部分zr和hf的水相溶液；

19、a5、后處理階段：對收集的萃取劑相進行進一步的處理洗滌和反萃取，以回收zr和hf，對萃余液進行適當處理。

20、更進一步的，所述在步驟s30中用大孔陽離子吸附樹脂進行離子交換具體包括以下步驟：

21、b1、樹脂預處理：將大孔陽離子吸附樹脂進行清洗，去除雜質和未固定的離子，用稀鹽酸對樹脂進行再生，以恢復其離子交換能力；

22、b2、裝柱：將預處理后的樹脂裝入離子交換柱中，確保樹脂層均勻且緊密；

23、b3、上樣：將逆流萃取后得到的含有zr和hf的萃取劑相以一定的流速通過離子交換柱；

24、b4、離子交換：在離子交換過程中，zr和hf將根據它們在樹脂上的吸附能力差異進行分離，吸附能力較強的離子hf會優先被樹脂吸附，而吸附能力較弱的離子zr則更多地留在溶液中；

25、b5、洗脫與收集：用洗脫劑以一定的流速通過離子交換柱，將吸附在樹脂上的離子洗脫下來，分別收集洗脫液中的zr和hf，進行進一步的純化和回收；

26、b6、樹脂再生與重復使用：在完成一次離子交換后，對樹脂進行再生處理，以便重復使用。

27、更進一步的，所述在步驟s30中，大孔陽離子吸附樹脂的型號為d001，樹脂床層高度為50cm，離子交換流速控制在1bv/h，通過調節樹脂再生周期和再生劑濃度，保持樹脂的高吸附能力，確保zr和hf的分離效率不低于99％。

28、更進一步的，所述在步驟s30中，采用濃度為3mol/l的鹽酸作為洗脫劑，洗脫溫度為40℃，洗脫時間2小時，通過精確控制洗脫條件，有效回收樹脂吸附的zrcl4和hfcl4，其采用的公式為：

29、

30、

31、其中r表示zrcl4的回收率，r′表示hfcl4的回收率，[zrcl4]回收液和[hfcl4]回收液分別代表回收液中zrcl4和hfcl4的濃度，[總zrcl4]樹脂吸附和[總hfcl4]樹脂吸附分別代表樹脂吸附的總zrcl4和hfcl4量，回收率越高，洗脫效果越好，樹脂吸附的zrcl4和hfcl4被有效回收。

32、更進一步的，所述在步驟s40中蒸餾提純采用多級蒸餾塔，在步驟s40中，真空蒸餾設備采用冷凝式真空泵，真空蒸餾的條件為真空度10^-4pa，溫度1200℃，破碎處理采用錘式破碎機，粒度控制在0.5mm至2mm之間。

33、更進一步的，所述該方法還包括原料化學成分分析的預處理步驟，采用x射線熒光光譜儀分析鋯英石中鋯、鉿及主要雜質的含量，根據分析結果動態調整后續處理步驟的參數，如氯化溫度、萃取劑配比、離子交換條件，以實現定制化生產，提高分離效率和產品質量。

34、與現有技術相比，本技術的技術方案具有以下有益技術效果：

35、通過顎式破碎機和振動篩分設備將鋯英石原料破碎并篩分成粒度均勻的顆粒，同時，采用重選、磁選及電選相結合的選礦提純技術，能夠精確依據密度、磁性和電性差異去除脈石、鐵鈦等雜質，為后續步驟提供了高純度的原料，從而在源頭上減少了后續分離過程中的干擾因素，提高了整體分離效率，其次，通過精確控制鋯英石與碳的質量比以及氯化溫度和時間，成功生成了高純度的(zr,hf)cl4混合氣體，這一過程不僅簡化了傳統濕法冶金工藝中的復雜流程，還避免了大量化學試劑的使用，從而降低了生產成本和環境污染，同時，冷凝與洗滌裝置的引入確保了收集到的氣體中鋯鉿氯化物的純度，為后續的高效分離奠定了堅實基礎，在溶劑萃取與離子交換聯合分離階段，采用了改良的mibk-scn體系作為萃取劑，并通過逆流萃取工藝實現了zr和hf的初步分離，隨后，利用大孔陽離子吸附樹脂進行離子交換，進一步提高了分離效率，這一聯合分離方法不僅充分利用了zr和hf在萃取劑和樹脂上分配系數及吸附能力的差異，還避免了傳統濕法冶金工藝中繁瑣的分離步驟和高能耗問題，實現了高效、環保的鋯鉿分離，最后，通過多級蒸餾提純去除了分離得到的zrcl4和hfcl4中的痕量雜質，確保了產品的純度，同時，在惰性氣體保護下采用鎂熱還原法進行還原反應，得到了海綿鋯和海綿鉿，最后通過真空蒸餾去除殘留氯化物和金屬鎂，經過破碎處理后獲得了粒度均勻的鋯鉿產品，這一步驟不僅提高了產品的質量和穩定性，還滿足了不同領域對鋯鉿材料的需求，綜上所述，這一方法的成功應用將為鋯鉿資源的有效利用提供有力支持，并推動相關領域的科技進步和發展。