海绵锆的生产工艺涉及多步骤的化学还原与分离技术，主要包括以下核心流程：

一、基础工艺：克劳尔法

1、原料处理‌

以锆英砂或二氧化锆为原料，通过氯化反应生成四氯化锆（ZrCl₄）。具体步骤包括：

锆英砂与碳粉混合压团，在高温氯化炉中反应生成粗四氯化锆。

粗产物通过蒸馏提纯，去除铝、硅、钛等杂质。

2、镁热还原‌

四氯化锆与熔融镁在氩气保护下反应生成海绵锆和氯化镁：

反应温度为800–900℃，需控制压力为9.8–19.6kPa以实现高效还原。

3、真空蒸馏‌

还原产物经高温真空蒸馏去除残余镁和氯化镁，最终得到多孔海绵状金属锆。

二、核级海绵锆的特殊工艺：锆铪分离

1、必要性‌

核反应堆需使用铪含量低于100ppm的海绵锆，因此需分离锆（Zr）和铪（Hf）。

2、分离方法‌

萃取法‌：利用锆铪化合物在盐酸或硝酸体系中的溶解度差异进行分离。

气相分离法‌：基于四氯化锆与四氯化铪挥发性的差异，通过分馏实现分离。

沸腾氯化法：通过锆英砂直接氯化生成四氯化锆溶液，结合盐酸体系分离锆铪，同步生产核级氧化锆和氧化铪。

三、现代工艺改进

1、沸腾氯化法‌

采用沸腾床反应器直接氯化锆英砂，缩短流程并降低成本。例如，1万吨四氯化锆溶液可生产约1700吨核级海绵锆。

2、三罐法还原蒸馏联合工艺‌

通过升华罐与双还原罐的联动设计，实现连续化生产，提升单炉产能并缩短蒸馏周期至40–50小时。

四、工艺流程总结

原料预处理 → 氯化制ZrCl₄ → 锆铪分离（核级需额外步骤） → 镁热还原 → 真空蒸馏 → 海绵锆成品

五、成本与副产品

核级海绵锆成本‌：锆英砂占原材料成本的60%以上。

副产品氧化铪‌：每万吨ZrCl₄可产60吨氧化铪，显著提升经济效益。

六、应用领域

海绵锆主要用于核反应堆燃料包壳、航空航天高温合金、化工耐蚀设备等。核级产品对纯度要求极高。