氧化鋯制備工藝——化學法研究
http://www.xibaipo.cc 2013-02-28 09:55 中企顧問網
本文導讀：堿熔工藝有二堿二酸法及一堿一酸法，近年來通過技術改進，基本上已經采用一堿一酸法，因此一堿一酸法是目前最主流的化學制備氧化鋯方法。
“一酸一堿”的化學法——優點純度高質量好，缺點成本高污染大
這里說的化學法主要是指堿熔法，生產超細氧化鋯有使用水解法也是化學法一種。堿熔法是國內外最早、最常用的方法，工藝非常成熟。根據堿熔料不同，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，將清液蒸發結晶析出ZrOCl2〃8H2O，經洗滌、800℃焙燒，即得ZrO2產品。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，近年來通過技術改進，基本上已經采用一堿一酸法，因此一堿一酸法是目前最主流的化學制備氧化鋯方法。
該法具體而言是將鋯英石和燒堿在650-750℃下熔合，使鋯英石轉化為可溶于酸的Na2ZrO3和溶于水的Na2SiO3。過程可有下列兩個反應式：
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
ZrSiO4+6NaOH→Na2ZrO3+Na4SiO4+3H2O
反應產物用水浸洗，可除去大部分的硅和鈉，再經過濾后獲得濾餅，可選用鹽酸分解，生成可溶的鋯鹽，反應式如下：
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。經過濾除硅后的鋯溶液，可直接濃縮結晶制取氯氧化鋯晶體，經焙解(900～1100℃)即得一般純度的ZrO2；或將工業級的氯氧化鋯晶體進一步凈化。徹底除去硅。重結晶獲得純凈的ZrOCl2〃8H2O，經焙解便獲得高純度的ZrO2；或將純凈的ZrOCl2〃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、煅燒即獲得細粒級的ZrO2。上述過程的反應式如下：
ZrOCl2〃8H2O→ZrO2+2HCl+7H20
ZrOCl2+4NH4OH→Zr(OH)4+2NH4CI+2NH3+H2O
Zr(OH)4→ZrO2+2H2O
堿熔法生產的氧化鋯純度較高，可達99.8％以上。但該法的鋯回收率低，一般為60％～65％，個別廠可達72％左右。
化學法優點是產品純度高、質量好，雜質少且粒度分布好，通常高純度可以實現99.9%以上，并且容易控制反應量；缺點是生產工藝流程長，初始投入大，生產環節中特別是需要預先生產中間產品氧氯化鋯，生產中需要消耗大量的酸堿試劑，而中間產品氧氯化鋯污染大，并且產生廢棄物硅渣、廢酸、廢堿液很難處理，因此生產成本很高。即使改進為一酸一堿生產流程生產成本依舊很高。
這里說的化學法主要是指堿熔法，生產超細氧化鋯有使用水解法也是化學法一種。堿熔法是國內外最早、最常用的方法，工藝非常成熟。根據堿熔料不同，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，將清液蒸發結晶析出ZrOCl2〃8H2O，經洗滌、800℃焙燒，即得ZrO2產品。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，近年來通過技術改進，基本上已經采用一堿一酸法，因此一堿一酸法是目前最主流的化學制備氧化鋯方法。
該法具體而言是將鋯英石和燒堿在650-750℃下熔合，使鋯英石轉化為可溶于酸的Na2ZrO3和溶于水的Na2SiO3。過程可有下列兩個反應式：
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
ZrSiO4+6NaOH→Na2ZrO3+Na4SiO4+3H2O
反應產物用水浸洗，可除去大部分的硅和鈉，再經過濾后獲得濾餅，可選用鹽酸分解，生成可溶的鋯鹽，反應式如下：
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。經過濾除硅后的鋯溶液，可直接濃縮結晶制取氯氧化鋯晶體，經焙解(900～1100℃)即得一般純度的ZrO2；或將工業級的氯氧化鋯晶體進一步凈化。徹底除去硅。重結晶獲得純凈的ZrOCl2〃8H2O，經焙解便獲得高純度的ZrO2；或將純凈的ZrOCl2〃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、煅燒即獲得細粒級的ZrO2。上述過程的反應式如下：
ZrOCl2〃8H2O→ZrO2+2HCl+7H20
ZrOCl2+4NH4OH→Zr(OH)4+2NH4CI+2NH3+H2O
Zr(OH)4→ZrO2+2H2O
堿熔法生產的氧化鋯純度較高，可達99.8％以上。但該法的鋯回收率低，一般為60％～65％，個別廠可達72％左右。
一酸一堿式堿熔法生產工藝流程圖
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