Циркониевые минералы, руды и рудные концентраты

Области применение циркония и гафния

Важнейшие свойства циркония и гафния и их химических соединений

Компактный цирконий по внешнему виду напоминает сталь, порошкообразный цирконий – темно-серого цвета.

Плотность – 6,52 г/см³; температура плавления – 1852 ± 10 ^оС; температура кипения» 3600 ^оС. Аналог циркония – гафний – плотность 13,3 г/см³; температура плавления – 2130 ± 15 ^оС; температура кипения – около 5400 ^оС.

Физические и особенно механические свойства циркония сильно зависят от чистоты металлов. Чистый цирконий пластичен, легко обрабатывается механически, стоек на воздухе.

При нагревании компактных металлов до 400 – 600 ^оС он покрывается пленкой окиси ZrO₂, затрудняя дальнейшее окисление.

Порошкообразный Zr при 180 - 285 ^оС окисляется на воздухе с воспламенением.

Цирконий поглощает водород при 300 - 400 ^оС с образованием твердого раствора водорода в металле и гидридов (ZrH и ZrH₂). При 1200 - 1300 ^оС в вакууме водород может быть удален из металла. Выше 900 ^оС с азотом образует нитриды и с углеродом карбиды. В отличие от водорода азот и углерод не удаляются в вакууме. До 100 ^оС цирконий стоек против HCl, HNO₃ и H₂SO₄ – до 50 % -й концентрации.

Цирконий растворяется в HF и концентрированной H₂SO₄ при 100 ^оС.

Для циркония возможна степень окисления +2, +3, +4. Наиболее характерна валентность +4.

Оксиды: высший оксид циркония – ZrO₂ получается при прокаливании гидроокиси циркония или сульфатов, нитратов. Чистая двуокись белого цвета, она нерастворима в HCl, HNO₃ и разбавленной H₂SO₄, растворяется в HF и концентрированной H₂SO₄ при нагревании; температура плавления ZrO₂ – 2700 - 2900 ^оC. При сплавлении со щелочами и щелочноземельными металлами образует соли циркониевой кислоты, типа Na₂ZrO₃, K₂ZrO₄, CaZrO₃.

ZrO₂ + 2 MeOH = Me₂ZrO₃ + H₂O (2.121)

Хлориды: ZrCl₄ – одно из соединений для получения металлического циркония. Получается по реакции:

ZrO₂ + 2 C + 2 Cl₂ = ZrCl₄ + 2 CO (2.122)

Температура плавления – 440 ^оС. ZrCl₄ весьма гигроскопичен и гидролизует в водном растворе и во влажном воздухе с образованием оксихлорида циркония:

ZrCl₄ + H₂O = ZrOCl₂ + 2 HCl (2.123)

Иодиды: ZrI₄ – температура плавления» 500 ^оС. Это соединение используется для получения циркония высокой чистоты.

Производство циркониевых концентратов – 400 - 500 тыс. тонн в пересчете на 55 – 65 % -й концентрат. В основном их производят в Австралии – 380 тыс. тонн; Индия, Бразилия, Цейлон – 10 тыс. тонн каждая; США – 50 тыс. тонн.

Цирконий используется в следующих областях:

1) электровакуумная техника;

2) атомная энергетика;

3) химическое машиностроение (центрифуги, насосы и т.д.);

4) турбостроение;

5) пиротехника;

6) сплавы, огнеупоры, глазури, эмали, стекла.

В России производят цирконий на Урале, в Красноярском крае.

Весовое содержание циркония в земной коре – 0,025 %. Известно около 20 минералов циркония.

Минералы циркония можно разделить на 2 группы:

1) двуокись циркония (минерал бадделеит, содержащий ZrO₂, несколько процентов гафния, уран (до 1 %), SiO₂, TiO₂ и Fe₂O₃).

2) ортосиликаты циркония (минерал циркон – ZrSiO₄ – 67,2 % ZrO₂ и 32,8 % SiO₂, 0,5 – 4 % Hf, до 0,35 % Fe₂O₃ и до 4 % СаО).

3) цирконосиликаты (эвдиалит и эвколит). Состав эвдиалита может быть выражен общей эмпирической формулой: (Na,Ca)₆Zr[Si₆O₁₈] [OH, Cl]₂

Эвколит - разновидность эвдиалита, содержащего ионы Fe²⁺

Эвдиалит и эвколит встречаются в магматических щелочных породах (нефелиновых сиенитах).

Руды обогащают с получением циркониевых концентратов; в концентратах ZrO₂ от 58 до 66 %, Fe₂O₃ от 0,8 до 4,3 %, SiO₂ от 31 до 35 %, TiO₂ до 5,5 %. Руды обогащают гравитацией в сочетании с магнитной и электростатической сепарацией.

Дата добавления: 2014-01-11