一种硫酸锆的制备方法
技术领域
本发明属于硫酸锆制备领域，具体涉及一种硫酸锆制备方法。
背景技术
硫酸锆是用于制备其他锆化合物的中间产品，也可作为成品销售，用于橡胶、造纸、鞣革等行业。生产硫酸锆的方法有很多，由锆英石生产硫酸锆的方法有：(1)锆英石→碱熔→水洗→硫酸浸出→氨水沉淀→洗涤除钠→硫酸溶解→蒸发结晶→重结晶→硫酸锆产品；(2)锆英石→碱熔→水洗→盐酸浸出→水解→硫酸溶解→结晶→硫酸锆产品。从上述两种方法存在以下缺点：
(1)方法一和方法二均用到碱熔，而碱熔原料一般为氢氧化钠或者碳酸钠，增加了后续的除钠步骤，并且会形成Na2[ZrO(SO4)2]·3H2O的复盐，更不易将钠清除干净；(2)方法一和方法二由于均有碱熔步骤，因此需要增加酸液浸出的步骤，方法一中采用硫酸浸出，硫酸的量需要精准控制，硫酸不够，转型料中的Na2ZrSiO5难以浸出，浸出率低，并且硅酸凝聚不好，过虑困难，硫酸过量，浸出液酸度过高，蒸发困难，并且蒸发过程中容易形成硅胶，过滤困难；方法二中的采用盐酸浸出，盐酸容易造成生产设备严重腐蚀；(3)方法一需重结晶才能得到高纯度硫酸锆，而方法二采用低酸浸出高酸溶解，产品收率低。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种硫酸锆制备方法，本发明采用直接将锆英砂与硫酸在加温加压下反应，避免碱熔，节省了生产步骤，提高了生产效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种硫酸锆制备方法，包括以下步骤：将粉碎后的锆英砂在加压加热的条件下与硫酸反应3-5h，反应完毕后依次加水洗涤、过滤，并收集滤液，除去滤液中的杂质，将得到的硫酸锆溶液进行结晶，即可得到硫酸锆。
进一步的，反应温度为200-230℃。
进一步的，反应压力为0.5MPa。
进一步的，锆英砂粉碎成粒径小于325目的细粉。
进一步的，锆英砂与硫酸的质量比为1:5.5-7。
进一步的，硫酸的浓度为65-70％。
进一步的，加水洗涤的加水量为锆英砂质量的5-20倍。
进一步的，除去滤液中的杂质的方法为，往混合溶液中加入络合剂搅拌反应，反应温度为60-80℃，反应时间为2-3h。
进一步的，所述络合剂包括草酸、焦磷酸或者盐酸。
进一步的，除去滤液中的杂质的方法为，通过过滤膜或者吸附剂，将滤液中的铁元素过滤或者吸附，得到硫酸锆溶液，所用过滤膜为酸液均相滤膜，所用吸附剂是重金属离子交换树脂。
本发明的原理为：锆英砂直接在加温加压下与硫酸反应，产物经水洗浸出后，过滤掉硅酸、部分二氧化钛固体杂质，过滤液中为硫酸锆、硫酸铁以及微量钛，除去滤液中的硫酸铁，得到较高的硫酸锆溶液，对其进行结晶处理，硫酸锆结晶析出，微量钛杂质则留在母液中，从而得到高纯度的硫酸锆晶体，避免了重结晶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用将锆英砂直接与硫酸在加温加压条件下反应的方法制备硫酸锆，未采用碱熔，避免使用氢氧化钠或者碳酸钠，节省了除钠的步骤，只需结晶一次便可得到高纯度的硫酸锆；(2)本发明在制备硫酸锆时，在加热加压的条件下，反应物仅为锆英砂和硫酸，未加其他助剂，避免代入新的杂质或者产生有害废气，避免产生有害废气，有利于环境保护；(3)本申请的工艺路线短，有利于提高生产效率；(4)本发明除去滤液中杂质的方法之一为采用络合剂将三价铁离子络合成易溶于水的络合物，这样在结晶时，硫酸锆结晶析出，铁的络合物以及微量钛则留在母液中被除去；(5)本发明除去滤液中的杂质的另一中方法为，选择合适的过滤膜或者吸附剂，将杂质过滤或者吸附，得到高纯度的硫酸锆溶液，再将该高纯度的硫酸锆溶液进行结晶，则得到高纯度的硫酸锆晶体产品。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
将锆英砂粉碎成粒径小于325目的锆英砂细粉，将锆英砂细粉与硫酸在0.5MPa、200℃的条件下反应5h，其中锆英砂与硫酸的质量比为1:5.5，硫酸的浓度为70％；反应完成后，冷却至100℃以下，加为锆英砂质量的5倍的水进行搅拌洗涤，然后过滤并收集滤液，往滤液中加入草酸进行络合，草酸加入的质量为三氧化二铁的3.5倍，反应温度为60℃，反应2h，将得到的溶液进行结晶，得到硫酸锆。
实施例2
将锆英砂粉碎成粒径小于325目的锆英砂细粉，将锆英砂细粉与硫酸在0.5MPa、210℃的条件下反应4h，其中锆英砂与硫酸的质量比为1:5.6，硫酸的浓度为68％；反应完成后，冷却至100℃以下，加为锆英砂质量的10倍的水进行搅拌洗涤，然后过滤并收集滤液，往滤液中加入焦磷酸进行络合，焦磷酸加入的质量为三氧化二铁的2.6倍，反应温度为65℃，反应2.5h，将得到的溶液进行结晶，得到硫酸锆。
实施例3
将锆英砂粉碎成粒径小于325目的锆英砂细粉，将锆英砂细粉与硫酸在0.5MPa、220℃的条件下反应3h，其中锆英砂与硫酸的质量比为1:5.7，硫酸的浓度为65％；反应完成后，冷却至100℃以下，加为锆英砂质量的15倍的水进行搅拌洗涤，然后过滤并收集滤液，往滤液中加入盐酸进行络合，盐酸加入的质量为三氧化二铁的1.8倍，反应温度为70℃，反应2.5h，将得到的溶液进行结晶，得到硫酸锆。
实施例4
将锆英砂粉碎成粒径小于325目的锆英砂细粉，将锆英砂细粉与硫酸在0.5MPa、230℃的条件下反应3h，其中锆英砂与硫酸的质量比为1:6，硫酸的浓度为70％；反应完成后，冷却至100℃以下，加为锆英砂质量的20倍的水进行搅拌洗涤，然后过滤并收集滤液，往滤液中加入焦磷酸进行络合，焦磷酸加入的质量为三氧化二铁的2.6倍，反应温度为80℃，反应3h，将得到的溶液进行结晶，得到硫酸锆。
实施例5
将锆英砂粉碎成粒径小于325目的锆英砂细粉，将锆英砂细粉与硫酸在0.5MPa、230℃的条件下反应3h，其中锆英砂与硫酸的质量比为1:6，硫酸的浓度为70％；反应完成后，冷却至100℃以下，加为锆英砂质量的20倍的水进行搅拌洗涤，然后过滤并收集滤液，采用过酸液均相滤膜过滤所得滤液，得到过滤后的高纯度硫酸锆溶液，将得到的溶液进行结晶，得到硫酸锆。
实施例6
将锆英砂粉碎成粒径小于325目的锆英砂细粉，将锆英砂细粉与硫酸在0.5MPa、230℃的条件下反应3h，其中锆英砂与硫酸的质量比为1:6，硫酸的浓度为70％；反应完成后，冷却至100℃以下，加为锆英砂质量的20倍的水进行搅拌洗涤，然后过滤并收集滤液，采用重金属离子交换树脂吸附滤液中的杂质，得到高纯度硫酸锆溶液，将其结晶处理，得到硫酸锆。
购买锆英石原料，其中三氧化铁含量为0.1％，二氧化钛含量为0.39％，二氧化硅含量为33.04％，按照实施例1-6的方法实施制备硫酸锆。将得到的硫酸锆产品按照行业标准HG/T3786-2005《工业硫酸锆》中规定的方法，对本发明所得产品进行杂质检测。
表1检测结果单位：％
