氧化鋯制備工藝——化學(xué)法研究
http://m.hxud.cn 2013-02-28 09:55 中企顧問網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：堿熔工藝有二堿二酸法及一堿一酸法，近年來通過技術(shù)改進(jìn)，基本上已經(jīng)采用一堿一酸法，因此一堿一酸法是目前最主流的化學(xué)制備氧化鋯方法。
“一酸一堿”的化學(xué)法——優(yōu)點(diǎn)純度高質(zhì)量好，缺點(diǎn)成本高污染大
這里說的化學(xué)法主要是指堿熔法，生產(chǎn)超細(xì)氧化鋯有使用水解法也是化學(xué)法一種。堿熔法是國內(nèi)外最早、最常用的方法，工藝非常成熟。根據(jù)堿熔料不同，又分為燒堿法和純堿法。燒堿堿熔法是將鋯英石精礦與燒堿在650~750℃熔融，然后以熱水浸溶體，硅以硅酸鈉形式進(jìn)入溶液中，鋯酸鈉不溶于水，留在固相渣中，用鹽酸處理固相渣，生成水溶性的ZrOCl2，過濾除去酸不溶物，將清液蒸發(fā)結(jié)晶析出ZrOCl2〃8H2O，經(jīng)洗滌、800℃焙燒，即得ZrO2產(chǎn)品。為了降低原料成本，可用純堿代替燒堿作堿熔劑。但堿熔溫度要升高到1050~1100℃才能反應(yīng)完全。
堿熔工藝有二堿二酸法及一堿一酸法，近年來通過技術(shù)改進(jìn)，基本上已經(jīng)采用一堿一酸法，因此一堿一酸法是目前最主流的化學(xué)制備氧化鋯方法。
該法具體而言是將鋯英石和燒堿在650-750℃下熔合，使鋯英石轉(zhuǎn)化為可溶于酸的Na2ZrO3和溶于水的Na2SiO3。過程可有下列兩個反應(yīng)式：
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
ZrSiO4+6NaOH→Na2ZrO3+Na4SiO4+3H2O
反應(yīng)產(chǎn)物用水浸洗，可除去大部分的硅和鈉，再經(jīng)過濾后獲得濾餅，可選用鹽酸分解，生成可溶的鋯鹽，反應(yīng)式如下：
Na2ZrO3+4HCI→ZrOCI2+2NaCI+2H2O
為了獲得純凈的鋯鹽。在分解后期加人能除硅的絮凝劑。經(jīng)過濾除硅后的鋯溶液，可直接濃縮結(jié)晶制取氯氧化鋯晶體，經(jīng)焙解(900～1100℃)即得一般純度的ZrO2；或?qū)⒐I(yè)級的氯氧化鋯晶體進(jìn)一步凈化。徹底除去硅。重結(jié)晶獲得純凈的ZrOCl2〃8H2O，經(jīng)焙解便獲得高純度的ZrO2；或?qū)⒓儍舻腪rOCl2〃8H2O溶于水，后用氨水中和沉淀出氫氧化鋯，再將濾出沉淀物烘干、煅燒即獲得細(xì)粒級的ZrO2。上述過程的反應(yīng)式如下：
ZrOCl2〃8H2O→ZrO2+2HCl+7H20
ZrOCl2+4NH4OH→Zr(OH)4+2NH4CI+2NH3+H2O
Zr(OH)4→ZrO2+2H2O
堿熔法生產(chǎn)的氧化鋯純度較高，可達(dá)99.8％以上。但該法的鋯回收率低，一般為60％～65％，個別廠可達(dá)72％左右。
化學(xué)法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品純度高、質(zhì)量好，雜質(zhì)少且粒度分布好，通常高純度可以實(shí)現(xiàn)99.9%以上，并且容易控制反應(yīng)量；缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝流程長，初始投入大，生產(chǎn)環(huán)節(jié)中特別是需要預(yù)先生產(chǎn)中間產(chǎn)品氧氯化鋯，生產(chǎn)中需要消耗大量的酸堿試劑，而中間產(chǎn)品氧氯化鋯污染大，并且產(chǎn)生廢棄物硅渣、廢酸、廢堿液很難處理，因此生產(chǎn)成本很高。即使改進(jìn)為一酸一堿生產(chǎn)流程生產(chǎn)成本依舊很高。
這里說的化學(xué)法主要是指堿熔法，生產(chǎn)超細(xì)氧化鋯有使用水解法也是化學(xué)法一種。堿熔法是國內(nèi)外最早、最常用的方法，工藝非常成熟。根據(jù)堿熔料不同，又分為燒堿法和純堿法。燒堿堿熔法是將鋯英石精礦與燒堿在650~750℃熔融，然后以熱水浸溶體，硅以硅酸鈉形式進(jìn)入溶液中，鋯酸鈉不溶于水，留在固相渣中，用鹽酸處理固相渣，生成水溶性的ZrOCl2，過濾除去酸不溶物，將清液蒸發(fā)結(jié)晶析出ZrOCl2〃8H2O，經(jīng)洗滌、800℃焙燒，即得ZrO2產(chǎn)品。為了降低原料成本，可用純堿代替燒堿作堿熔劑。但堿熔溫度要升高到1050~1100℃才能反應(yīng)完全。
堿熔工藝有二堿二酸法及一堿一酸法，近年來通過技術(shù)改進(jìn)，基本上已經(jīng)采用一堿一酸法，因此一堿一酸法是目前最主流的化學(xué)制備氧化鋯方法。
該法具體而言是將鋯英石和燒堿在650-750℃下熔合，使鋯英石轉(zhuǎn)化為可溶于酸的Na2ZrO3和溶于水的Na2SiO3。過程可有下列兩個反應(yīng)式：
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
ZrSiO4+6NaOH→Na2ZrO3+Na4SiO4+3H2O
反應(yīng)產(chǎn)物用水浸洗，可除去大部分的硅和鈉，再經(jīng)過濾后獲得濾餅，可選用鹽酸分解，生成可溶的鋯鹽，反應(yīng)式如下：
Na2ZrO3+4HCI→ZrOCI2+2NaCI+2H2O
為了獲得純凈的鋯鹽。在分解后期加人能除硅的絮凝劑。經(jīng)過濾除硅后的鋯溶液，可直接濃縮結(jié)晶制取氯氧化鋯晶體，經(jīng)焙解(900～1100℃)即得一般純度的ZrO2；或?qū)⒐I(yè)級的氯氧化鋯晶體進(jìn)一步凈化。徹底除去硅。重結(jié)晶獲得純凈的ZrOCl2〃8H2O，經(jīng)焙解便獲得高純度的ZrO2；或?qū)⒓儍舻腪rOCl2〃8H2O溶于水，后用氨水中和沉淀出氫氧化鋯，再將濾出沉淀物烘干、煅燒即獲得細(xì)粒級的ZrO2。上述過程的反應(yīng)式如下：
ZrOCl2〃8H2O→ZrO2+2HCl+7H20
ZrOCl2+4NH4OH→Zr(OH)4+2NH4CI+2NH3+H2O
Zr(OH)4→ZrO2+2H2O
堿熔法生產(chǎn)的氧化鋯純度較高，可達(dá)99.8％以上。但該法的鋯回收率低，一般為60％～65％，個別廠可達(dá)72％左右。
一酸一堿式堿熔法生產(chǎn)工藝流程圖
與 氧化鋯 的相關(guān)內(nèi)容
