Основные свойства, назначение и роль в народном хозяйстве циркония

курсовая работа

2.1 Способы разложения цирконовых концентратов

Таблица 2.1 - Способы разложения цирконовых концентратов [2]

Способ разложения

Продукты разложения

Конечные продукты переработки

1. Термическое разложение

ZrO2, SiO2

Технический ZrO2 (1 - 5% SiO2)

2. Спекание с CaO (или CaCO3) с добавками минерализаторов

1) ZrO2, CaSiO3

2) CaZrO3, CaSiO4

Технический ZrO2

ZrO2 сульфатоцирконат натрия, карбонат.

3. Спекание и сплавление с Na2CO3 или NaOH.

1) Na2ZrO3, Na4SiO4

2) Na2ZrSiO5

Технический ZrO2

ZrO2 сульфатоцирконат натрия, карбонат.

4. Спекание и сплавление с K2SiF6

K2ZrF6, SiO2

K2ZrF6

5. Хлорирование хлором: циркон + углерод

ZrCl4, SiCl4, CO2, CO

ZrCl4 технический

6. Хлорирование хлором: оксикарбонитрид

ZrCl4, N2, C, CO2, CO

ZrCl4 технический

2.1.1 Термическое разложение циркона

Метод основан на том, что при температуре 1700 оС ZrSiO4 разлагается на ZrO2 и расплав, богатый по содержанию SiO2, по реакции:

ZrSiO4 = ZrO2 + SiO2 (расплав) (2.1)

При высоких температурах от 10000 до 13000 оС разложение циркона идет с большой скоростью. Измельченный цирконовый концентрат подается в нагретую до 12700 оС аргоновую плазму. За несколько секунд пребывания в плазме происходит расплавление и практически полное разложение циркона. После охлаждения и затвердевания продукт содержит сферические частицы моноклинного диоксида циркония, который покрыт слоем аморфного кремнезема. Последний благодаря своей повышенной реакционной способности подвергается избирательному выщелачиванию пятидесяти процентным раствором едкого натра при температуре 120 оС. После выщелачивания получают диоксид циркония, содержащий менее 1 % кремнезема, и раствор силиката натрия, направляемым на обогащение руд.

Процесс проводится в цепи аппаратов, состоящей из плазматрона, плазменного реактора, реактора-выщелачивателя, центрифуги и вакуум-фильтра. [3]

2.1.2 Разложение циркона спеканием с CaCO3 (или СaO)

Данная технология имеет два варианта осуществления в зависимости от мольного соотношения компонентов.

При соотношении CaO: ZrO2 ? 3 процесс протекает по реакции:

ZrSiO4 + 3CaCO3 = CaZrO3 + CaSiO4 + 3CO2 ^ (2.2)

Поскольку цирконат кальция растворяется в кислотах, в результате выщелачивания продукта спекания кислотами получают цирконий содержащие растворы, из которых затем выделяют соединения циркония.

При мольном отношении CaO: ZrSiO4 = 1:1 процесс протекает с образованием ZrO2 и метасиликата кальция:

ZrSiO4 + CaCO3 = ZrO2 + CaSiO3 + CO2 ^ (2.3)

Конечным продуктов в этом случае является является технический диоксид циркония. Поэтому данный вариант называют «прямым» способом получения диоксида циркония. Первый вариант позволяет создать универсальную схему получения ряда соединений циркония: ZrO2 (различной степени чистоты), основного хлорида, сульфатоцирконата, а также осуществить разделение циркония и гафния методом экстракции.

При варианте, рассчитанном на образование цирконата и силиката кальция по реакции (2.2), измельченный цирконовый концентрат смешивают с известняком или мелом и хлоридом кальция при массовом соотношении примерно 1:2:0,5. Это соответствует избытку CaCO3 около 20% от СНК.

Спекание ведут во вращающихся печах при температуре 1100 - 1200 оС. Степень разложения циркона достигает 99,5 %. В продукте спекания 96-98 % циркония находится в составе растворимого в кислотах CaZrO3, 3,5-1,5 % остается в виде ZrO2. Последующее выщелачивание ведут в две стадии с получением технического диоксида моноклинной структуры. [3]

2.1.3 Разложение циркона спеканием с содой

В зависимости от состава шихты возможны два варианта разложения содой: способ полного разложения с получением цирконата натрия и растворимого в воде силиката натрия; способ спекания с получением цирконосиликата натрия.

В общем виде процесс можно представить следующими реакции:

ZrSiO4 + 2Na2CO3 = Na2ZrO3 + NaSiO3 + 2CO2 ^ (2.4)

Тонкоизмельченный концентрат смешивают с кальцинированной содой при отношении 1:2 и смесь выдерживают в дуговой печи при температуре 1400 оС. Предполагается, что в следствие термической диссоциации карбоната в реакции участвуют двуокись натрия. Плав обрабатывают водой и образующеюся гидроокись циркония прокаливают при температуре 2300-2400 оС. При этом кремний и натрий улетучиваются в виде окислов. Далее продукт промывают раствором минеральной кислоты и сушат, полученная двуокись циркония содержит 99,95 % ZrO2. [1]

2.1.4 Способ хлорирования

Тетрахлорид циркония можно получить хлорированием трех продуктов: цирконового крнцентрата, диоксида циркония и карбида (или карбонитрида) циркония.

При хлорирование цирконового концентрата его смешивают с углем с достаточной для практических целей скоростью при температуре 900 - 1000 оС. Основная реакция процесса:

ZrSiO4 + 4Cl + 2C = ZrCl4 + SiCl4 + 2CO2 (2.5)

Хлорирование проводят в шахтных хлораторах с питанием брикетированной шихтой, в хлораторах с солевым расплавом и в кипящем слое.

При варианте хлорирования карбида (или карбонитрида) циркония циркон восстанавливается углеродом при температуре 1900 - 2200 оС с образованием карбида циркония, при этом большая часть кремния удаляется в составе монооксида SiO. В результате восстановления получается продукт с высоким содержанием циркония, который активно хлорируется при низких температурах. При соответствующем содержании углерода в шихте восстановление протекает преимущественно по реакции

ZrSiO4 + 4C = ZrC + SiО + 3CO (2.6)

Карбид и карбонитрид хлорируются с высокой скоростью при температуре 400 оС, причем выделяемого тепла достаточно для протекания процесса даже в хлораторах небольшого размера. Основные реакции:

ZrC + 2Cl2 > ZrCl4 + C + 842 кДж (2.7)

ZrC + 2Cl2 > ZrCl4 + 1/2N2 + 670 кДж (2.8)

Процесс проводят в печи кипящего слоя для карбонизации циркона. [2]

Делись добром ;)