Разложение циркона спеканием с карбонатом кальция

Разложение циркона спеканием с содой

Производство химических соединений циркония

Циркон – весьма прочный минерал. Для его разложения применяют различные пирометаллургические способы, цель которых – разрушение силиката циркония. Основные продукты, получаемые при переработке цирконовых концентратов – ZrO₂ – двуокись циркония, фторцирконат калия K₂ZrF₆ и ZrCl₄, а также ферросиликоцирконий и ферроцирконий.

Способы разложения циркона:

1. Сплавление с едким натром или содой, в результате которого получают цирконаты натрия.

2. Спекание с известью или мелом с образованием цирконатов кальция CaZrO₃.

3. Сплавление с фторосиликатом калия K₂SiF₆ с образованием фтороцирконата калия.

4. Хлорирование циркона в смеси с углем или ZrC с получением ZrCl₄. ZrC получают восстановительной плавкой с углем.

В зависимости от состава шихты возможны два варианта вскрытия циркона спеканием с содой:

1. Способ «полного» разложения с получением цирконата натрия и воднорастворимого силиката натрия; здесь вводится 2 моля соды на 1 моль циркона:

ZrSiO₄ + 2 Na₂CO₃ = Na₂ZrO₃ + Na₂SiO₃ + 2 CO₂ (2.124)

2. Способ спекания с получением цирконосиликата натрия; здесь в шихту вводится 1 моль соды на 1 моль циркона.

ZrSiO₄ + Na₂CO₃ = Na₂ZrSiO₅ + CO₂ (2.125)

Преимущество второго способа состоит в сокращении в 2 - 2,5 раза расхода соды. Но расход кислот для разложения цирконосиликатов выше.

Спекание проводят при 1100 ^оС в трубчатых вращающихся печах. Шихта подается в печь либо в виде гранул, либо в виде полужидкой массы, время спекания 4 - 5 часов, степень вскрытия 97 – 98 %. Полученный спек обрабатывают водой, при этом силикаты натрия переходят в раствор и отделяются от цирконата натрия, который в осадке. Остаток выщелачивают HCl, H₂SO₄ или HNO₃.

Na₂ZrO₃ + 4 HCl = ZrOCl₂ + 2 NaCl + 2 H₂O (2.126)

Na₂ZrO₃ + 3 H₂SO₄ = H₂[ZrO(SO₄)₂] + Na₂SO₄ + 2 H₂O (2.127)

Циркон взаимодействует с СаО при 1400 - 1500 ^оС с образованием цирконата и силиката кальция:

ZrSiO₄ + 2 CaO = CaZrO₃ + CaSiO₃ (2.128)

ZrSiO₄ + 3 CaO = CaZrO₃ + Ca₂SiO₄ (2.129)

Сплавление в смеси с хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, в частности CaCl₂, позволяет снизить температуру спекания до 1100 ^оС. Кроме того, возможна реакция:

2 CaCl₂ + ZrSiO₄ = ZrCl₄ + Ca₂SiO₄ (2.130)

ZrCl₄ + 3 CaO = CaZrO₃ + 2 CaCl₂ (2.131)

Спекание проводят в муфельных или вращающихся печах в течение 4 - 5 часов, степень вскрытия 97 – 98 %.

Спек направляют на кислотное выщелачивание в 2 стадии:

I стадия – выщелачивание проводят на холоду 5 – 10 % HCl. Целью этой стадии является удаление СаО, CaCl₂ и кремневой кислоты.

II стадия – выщелачивание ведут при нагревании до 85 - 90 ^оС соляной кислотой концентрации 25 - 30 %. Цель – перевод циркония в раствор:

CaZrO₃ + 4 HCl = ZrOCl₂ + CaCl₂ + 2 H₂O (2.132)

Выщелачивание можно проводить и серной кислотой.

Этот способ вскрытия имеет преимущества перед спеканием с Na₂CO₃:

1) используемые реагенты значительно дешевле;

2) проведение процесса в крупном производственном масштабе проще.

Недостаток – несколько сложнее извлечение циркония в раствор и отделение его от двуокиси кремния.

Далее раствор направляют на выделение циркония из соответствующих солей.

Дата добавления: 2014-01-11