氧氯化锆是制备锆系化学制品的主要原料,在核工业、航空航天以及机械电子等领域占有极其重要的地位。我国是氧氯化锆生产大国,产量和产能居世界第一位,开展氧氯化锆生产工艺的研究工作对我国锆冶金行业有重要意义。石灰烧结法生产氧氯化锆工艺具有生产成本低、对设备腐蚀小、易于实现机械化连续生产等优势,受到锆化工生产企业的关注。但石灰烧结法存在烧结温度高、生产效率低的技术缺陷,还未能在锆化工行业广泛应用。降低石灰烧结法分解锆英砂精矿的烧结温度,提高企业生产效率,对石灰烧结法生产氧氯化锆的工业化应用具有十分重要的意义。本文选用CaCl₂作为添加剂,通过CaCO₃-CaCl₂复合分解锆英砂精矿,研究了CaCl₂添加剂对石灰烧结法生产氧氯化锆工艺的影响。对CaCO₃-CaCl₂-ZrSiO₄三元体系进行热力学分析,设计正交试验和单因素试验优化了烧结工艺条件,并研究石灰烧结法生产氧氯化锆的浸出工艺,考察了浸出过程中Ca²⁺、Si⁴⁺去除效率的影响因素和转化行为。采用EDTA络合滴定法测定了锆英砂的分解率,借助X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对锆英砂精矿分解产物和浸出产物的物相组成和形貌进行分析,通过差热-热重同步分析仪（TG-DSC）研究CaCO₃-CaCl₂-ZrSiO₄体系的反应过程,初步探讨了CaCl₂对石灰烧结法分解锆英砂精矿反应过程的影响。主要研究结果如下:对CaCO₃-CaCl₂-ZrSiO₄反应体系的热力学分析表明,在反应过程中,CaCO₃分解生成CaO和CO₂,CaO进一步与锆英砂反应生成CaZrO₃和Ca₂SiO₄,随着烧结温度的升高,锆英砂分解反应的吉布斯自由能越负,对锆英砂分解越有利。基于正交试验高温烧结工艺中,在所选参数范围内,影响锆英砂分解率指标的显著性顺序为CaCO₃与锆英砂摩尔比>烧结温度>反应时间>CaCl₂的添加量。通过单因素试验进一步优化CaCO₃-CaCl₂复合分解锆英砂的烧结工艺,锆英砂的分解率随着CaCO₃与锆英砂摩尔比、烧结温度和反应时间的增大呈升高趋势,随着CaCl₂添加量的增大呈现先上升后下降的变化趋势。石灰烧结法分解锆英砂精矿烧结工艺优选的工艺条件为:CaCO₃与锆英砂的摩尔比为3.5,烧结温度为1200℃、烧结时间为300 min,CaCl₂的添加量为CaCl₂与锆英砂摩尔比为0.24,此工艺条件下锆英砂的分解率达到93.99%。对CaCO₃-CaCl₂复合分解锆英砂的反应过程研究表明,CaCO₃分解锆英砂体系引入CaCl₂后,可将锆英砂的分解起始温度降低至850℃,在升温的过程中,CaCl₂可与CaCO₃形成熔盐,从而能够降低锆英砂的分解起始温度。CaCO₃-CaCl₂复合分解锆英砂烧结工艺中,CaCO₃加入量不足会导致锆英砂分解不充分,出现副产物Ca₃ZrSi₂O₉,当锆英砂经CaCO₃充分分解后,产物的主要物相组成为CaZrO₃、Ca₂SiO₄、CaO和ZrSiO₄,其中CaZrO₃多呈1-3μm的球形颗粒,Ca₂SiO₄主要以玻璃态的团聚体存在。对石灰烧结法生产氧氯化锆的浸出工艺研究表明,Ca²⁺、Si⁴⁺的去除效率均随着盐酸浓度、液固比以及浸出时间的增加呈现出升高的变化趋势。适宜的浸出工艺参数为盐酸浓度为2 mol/L,液固比为6 ml/g,浸出时间为30 min,此工艺条件下Ca²⁺、Si⁴⁺的去除效率分别为61.22%和71.96%。锆英砂分解产物经盐酸浸出过滤后,Ca₂SiO₄和CaO产物被盐酸分解,以硅酸和氯化钙的形式溶于滤液中,过滤后的固相物主要为CaZrO₃,其中CaZrO₃球形颗粒分散均匀且大小在1-3μm左右。CaCO₃-CaCl₂复合分解锆英砂精矿工艺开发后,可实现降低锆英砂分解温度,达到节能降耗,减少氧氯化锆企业的生产成本的目的,为石灰烧结法实现工业化应用奠定了基础。