CN102583532A - 从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法 - Google Patents

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陈杰
刘学燕
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Abstract

本发明涉及一种从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法，属于化工材料制备技术领域。该方法是将锆刚玉废砖通过酸化反应使其中的氧化锆转化为硫酸锆，硫酸锆再经中和反应生成氢氧化锆，获得的氢氧化锆经过焙烧得到高纯氧化锆。本发明简化了生产工艺，提高了生产效率，制得高纯度氧化锆产品的同时副产氧化铝，节约了矿产资源。所得高纯氧化锆颜色白，氧化锆质量含量大于等于99.5％，杂质含量低。

Description

从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法
技术领域
本发明涉及一种从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法，属于化工材料制备技术领域。
背景技术
随着社会的不断发展和人们生活水平的提高，人们对高科技产品的需求越来越多，这样玻璃窑炉等行业替换下的锆刚玉废砖也越来越多。锆刚玉废砖是经高温烧结稳定或高温熔融稳定形成氧化锆、氧化铝共熔项。因其温度高，晶相稳定，无法采用化学方法完全分解及高纯化学检测，从而无法完全分离提纯。锆刚玉废砖目前没有利用价值只能当普通材料或垃圾处理掉。由于锆刚玉废砖中锆和铝含量较高，这部分废品如不加利用，里面的部分锆和铝就会白白的浪费掉。
为了废物回收利用，我们解决了这一难题，通过提纯处理得到氧化锆和氧化铝产品。提纯的氧化锆和氧化铝是一种高级耐火材料，有较好的热稳定性，纯净的氧化锆和氧化铝是白色固体。由于氧化锆和氧化铝材料高温下性能稳定，具有耐温耐磨抗腐蚀等特点，在电子工业中用作生产高档耐火材料、陶瓷、磨料、化工原料等使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法，制得高纯度氧化锆产品的同时副产氧化铝，节约了矿产资源。
本发明所述的从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法，是将锆刚玉废砖通过酸化反应使其中的氧化锆转化为硫酸锆，硫酸锆再经中和反应生成氢氧化锆，获得的氢氧化锆经过焙烧得到高纯氧化锆。
所述酸化反应是由锆刚玉废砖和硫酸在硫酸铵催化作用下进行的焙烧反应。
所述锆刚玉废砖、硫酸铵和硫酸按照质量份数1∶2～3∶3～5混合。
所述酸化反应的焙烧温度为120～1100℃。
酸化反应后的产物依次经过水中浸取、固液分离、得到的清液中和反应、压滤、洗涤滤渣获得氢氧化锆，再经焙烧得到氧化锆。
浸取时固液比为1∶4.5～1∶6，浸取温度为50～80℃，浸取时间为2～3h。
所述中和反应的溶液PH值控制在9～12，所述中和反应是硫酸锆与氨水进行反应。
所述氢氧化锆经温度为750～1200℃的焙烧后得到氧化锆。
所述高纯氧化锆的质量含量为99.5％以上。
所述的从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法，具体包括以下步骤：
(1)配料：将锆刚玉废砖粉、硫酸铵、硫酸按照质量份数1∶2～3∶3～5混合；
(2)酸化反应：将以上混合物在120～1100℃焙烧，使之反应生成硫酸盐；
(3)浸取：将硫酸盐加入水中进行浸取；浸取温度为50～80℃，浸取时间为2～3h，硫酸盐和水的固液比为1∶4.5～6；
(4)固液分离：浸出结束后进行固液分离，过滤出清液；
(5)中和：将清液中加入氨水进行中和反应，控制PH值为9～12；
(6)压滤：将中和反应产物进行压滤；
(7)洗涤：将得到的压滤渣洗涤3～5次；
(8)焙烧：洗涤后的滤渣经过750～1200℃焙烧制得高纯氧化锆。
将洗涤滤渣后得到的清液加入氨水进行反应，PH值控制在3～6，即硫酸铝与氨水进行中和反应，得到AI(OH)3，经压滤、洗涤、750～1200℃焙烧，获得高纯氧化铝，为本发明副产物。
本发明中所用原料锆刚玉废砖，经粉碎后粒度小于60目，ZrO2质量含量为30～35％，Fe2O3≤0.1％，余量为AI2O3和杂质。硫酸质量含量≥93％，工业硫酸铵N含量≥20％。
本发明的反应方程式如下：
ZrO2+2H2SO4＝Zr(SO4)2+2H2O
Al2O3+3H2SO4＝Al2(SO4)3+3H2O
Zr(SO4)2+4NH3·H2O＝Zr(OH)4↓+2(NH4)2SO4
Zr(OH)4＝ZrO2+2H2O
Al2(SO4)3+6NH3·H2O＝2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4
2AI(OH)3＝Al2O3+3H2O
锆刚玉废砖中铝含量较高，在(NH4)2SO4的催化下与硫酸反应，使其中的锆和铝转化成硫酸盐即Zr(SO4)2和Al2(SO4)3，将生成的硫酸盐加入水中进行浸取除去杂质，将浸出液过滤得清液，对清液进行中和反应，得到Zr(OH)4和Al(OH)3沉淀的混合物，溶液PH值控制在9～12时，得到的Al(OH)3沉淀又重新溶解到溶液中，经压滤和洗涤得到Zr(OH)4后，经焙烧获得高纯氧化锆，再将洗涤滤渣后得到的清液加入氨水进行第二次中和反应，PH值控制在3～6，得到AI(OH)3，再经过焙烧获得副产物高纯氧化铝。
本发明所具有的有益效果是：
本发明简化了生产工艺，提高了生产效率，制得高纯度氧化锆产品的同时副产氧化铝，节约了矿产资源。所得高纯氧化锆颜色白，氧化锆质量含量大于等于99.5％，杂质含量低。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
本发明中所用原料锆刚玉废砖，经粉碎后粒度小于60目，ZrO2质量含量为30～35％，Fe2O3≤0.1％，余量为AI2O3和杂质。硫酸质量含量≥93％，工业硫酸铵N含量≥20％。
实施例1
(1)配料：将锆刚玉废砖粉、硫酸铵、硫酸按照质量份数1∶2.5∶4混合；
(2)酸化反应：将以上混合物在550℃焙烧，使之反应生成硫酸盐；
(3)浸取：将硫酸盐加入水中进行浸取，固液比为1∶5，温度控制在65℃，浸出时间控制在2.5h；
(4)过滤：浸出结束后进行固液分离，过滤出清液；
(5)中和：将清液中加入氨水进行中和反应，控制PH值为10；
(6)压滤：将中和反应产物进行压滤；
(7)洗涤：将得到的压滤渣洗涤5次；
(8)焙烧：洗涤后的滤渣经过850℃焙烧制得高纯氧化锆。
本发明制得的高纯氧化锆颜色白，氧化锆含量为99.5％，Fe2O3含量为0.03％，SiO2含量为0.03％，余量为杂质。
本发明步骤(7)洗涤滤渣后的清液加入氨水进行中和反应，控制PH值为4，得到AI(OH)3，再经850℃焙烧后获得高纯氧化铝；氧化铝质量含量为99.6％，Fe2O3含量为0.03％，SiO2含量为0.03％，余量为杂质，获得的高纯氧化铝为本发明副产物。
实施例2
(1)配料：将锆刚玉废砖粉、硫酸铵、硫酸按照质量份数1∶2∶3混合；
(2)酸化反应：将以上混合物在1000℃焙烧，使之反应生成硫酸盐；
(3)浸取：将硫酸盐加入水中进行浸取，固液比为1∶4.5，温度控制在55℃，浸出时间控制在2h；
(4)过滤：浸出结束后进行固液分离，过滤出清液；
(5)中和：将清液中加入氨水进行中和反应，控制PH值为11；
(6)压滤：将中和反应产物进行压滤；
(7)洗涤：将得到的压滤渣洗涤5次；
(8)焙烧：洗涤后的滤渣经过750℃焙烧制得高纯氧化锆。
本发明制得的高纯氧化锆颜色白，氧化锆含量为99.6％，Fe2O3含量为0.02％，SiO2含量为0.04％，余量为杂质。
本发明步骤(7)洗涤滤渣后的清液加入氨水进行中和反应，控制PH值为5，得到AI(OH)3，再经750℃焙烧后获得高纯氧化铝；氧化铝质量含量为99.5％，Fe2O3含量为0.02％，SiO2含量为0.03％，余量为杂质，获得的高纯氧化铝为本发明副产物。
实施例3
(1)配料：将锆刚玉废砖粉、硫酸铵、硫酸按照质量份数1∶3∶5混合；
(2)酸化反应：将以上混合物在230℃焙烧，使之反应生成硫酸盐；
(3)浸取：将硫酸盐加入水中进行浸取，固液比为1∶6，温度控制在75℃，浸出时间控制在3h；
(4)过滤：浸出结束后进行固液分离，过滤出清液；
(5)中和：将清液中加入氨水进行中和反应，控制PH值为12；
(6)压滤：将中和反应产物进行压滤；
(7)洗涤：将得到的压滤渣洗涤5次；
(8)焙烧：洗涤后的滤渣经过850℃焙烧制得高纯氧化锆。
本发明制得的高纯氧化锆颜色白，氧化锆含量为99.7％，Fe2O3含量为0.03％，Si02含量为0.03％，余量为杂质。
本发明步骤(7)洗涤滤渣后的清液加入氨水进行中和反应，控制PH值为6，得到AI(OH)3，再经850℃焙烧后获得高纯氧化铝；氧化铝质量含量为99.7％，Fe2O3含量为0.03％，SiO2含量为0.02％，余量为杂质，获得的高纯氧化铝为本发明副产物。
实施例4
(1)配料：将锆刚玉废砖粉、硫酸铵、硫酸按照质量份数1∶3∶5混合；
(2)酸化反应：将以上混合物在800℃焙烧，使之反应生成硫酸盐；
(3)浸取：将硫酸盐加入水中进行浸取，固液比为1∶4，温度控制在80℃，浸出时间控制在2.5h；
(4)过滤：浸出结束后进行固液分离，过滤出清液；
(5)中和：将清液中加入氨水进行中和反应，控制PH值为10；
(6)压滤：将中和反应产物进行压滤；
(7)洗涤：将得到的压滤渣洗涤5次；
(8)焙烧：洗涤后的滤渣经过950℃焙烧制得高纯氧化锆。
本发明制得的高纯氧化锆颜色白，氧化锆含量为99.8％，Fe2O3含量为0.02％，SiO2含量为0.02％，余量为杂质。
本发明步骤(7)洗涤滤渣后的清液加入氨水进行中和反应，控制PH值为5，得到AI(OH)3，再经950℃焙烧后获得高纯氧化铝；氧化铝质量含量为99.7％，Fe2O3含量为0.03％，SiO2含量为0.02％，余量为杂质，获得的高纯氧化铝为本发明副产物。
实施例5
(1)配料：将锆刚玉废砖粉、硫酸铵、硫酸按照质量份数1∶2.5∶4混合；
(2)酸化反应：将以上混合物在130℃焙烧，使之反应生成硫酸盐；
(3)浸取：将硫酸盐加入水中进行浸取，固液比为1∶5，温度控制在50℃，浸出时间控制在2h；
(4)过滤：浸出结束后进行固液分离，过滤出清液；
(5)中和：将清液中加入氨水进行中和反应，控制PH值为11；
(6)压滤：将中和反应产物进行压滤；
(7)洗涤：将得到的压滤渣洗涤5次；
(8)焙烧：洗涤后的滤渣经过1100℃焙烧制得高纯氧化锆。
本发明制得的高纯氧化锆颜色白，氧化锆含量为99.7％，Fe2O3含量为0.03％，SiO2含量为0.03％，余量为杂质。
本发明步骤(7)洗涤滤渣后的清液加入氨水进行中和反应，控制PH值为4，得到AI(OH)3，再经1100℃焙烧后获得高纯氧化铝；氧化铝质量含量为99.6％，Fe2O3含量为0.03％，SiO2含量为0.03％，余量为杂质，获得的高纯氧化铝为本发明副产物。

Claims (9)

1.一种从锆刚玉废砖中提纯制取高纯氧化锆的方法，其特征在于将锆刚玉废砖通过酸化反应使其中的氧化锆转化为硫酸锆，硫酸锆再经中和反应生成氢氧化锆，获得的氢氧化锆经过焙烧得到高纯氧化锆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述酸化反应是由锆刚玉废砖和硫酸在硫酸铵催化作用下进行的焙烧反应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述锆刚玉废砖、硫酸铵和硫酸按照质量份数1∶2～3∶3～5混合。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述酸化反应的焙烧温度为120～1100℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于酸化反应后的产物依次经过水中浸取、固液分离、得到的清液中和反应、压滤、洗涤滤渣获得氢氧化锆，再经焙烧得到高纯氧化锆。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于浸取时固液比为1∶4.5～1∶6，浸取温度为50～80℃，浸取时间为2～3h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述中和反应的溶液PH值控制在9～12，所述中和反应是硫酸锆与氨水进行反应。
8.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述氢氧化锆经温度为750～1200℃的焙烧后得到高纯氧化锆。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述高纯氧化锆的质量含量为99.5％以上。
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