CN114182111A - 一种从硅酸锆中提取氧化锆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿石提炼技术领域,具体涉及一种从硅酸锆中提取氧化锆的方法。主要包括以下步骤:称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀,升温至指定温度,之后进行保温。保温结束后冷却并进行固液分离,再次冷却后放入浓碱液中除去氧化硅,即完成了氧化锆的提取。本发明的方法能够解决传统生产氧化锆工艺的不足,可以高效地从硅酸锆中将氧化锆提取出来,为氧化锆的生产提供了一种新的方法,大大缩短了传统锆英砂矿物的冶炼工艺流程。相比现有的提取氧化锆的技术,本发明的方法减少了废液废渣的排放,更为绿色环保,工艺生产条件简单,生产成本较低,可以有效地降低人力成本,提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于矿石提炼技术领域,具体涉及一种从硅酸锆中提取氧化锆的方法。
背景技术
由于具有独特的物理及化学性质,氧化锆作为现代高新技术材料发展领域中重要的结构和功能材料之一,具备优越的热稳定性、高温导电性及较好的高温强度和韧性,其性能稳定且抗腐蚀性强,而广泛用于制造压电元件、陶瓷电容器、气敏元件、固体电解质电池、陶瓷内燃机等。此外,氧化锆相关制品还被广泛应用于耐火材料领域。
硅酸锆是生产氧化锆的重要原料,目前世界上已探明锆资源约为1900万吨(以金属锆计),我国锆英石主要分布在山东、广西、海南和台湾等地区,目前国内制取二氧化锆工艺较为落后,品种单一,且产品附加值较低,因此合理利用我国珍贵的锆资源,缩小与其他国家的差距,便具有重要意义。
硅酸锆的化学性质极其稳定,从硅酸锆中将锆与硅分离并提取锆十分困难,现有的分解方法主要有氢氧化钠分解法、碳酸钠烧结法、石灰烧结法、氟硅酸钾烧结法、等离子熔炼法、氯化法和高温还原法。目前工业上采用氢氧化钠碱熔法分解锆英砂的工艺更为普遍,其原理是:锆英砂在氢氧化钠和高温作用下分解为Na2ZrO3和Na4SiO4,Na4SiO4更易溶于水,而Na2ZrO3不溶于水,利用水洗工艺可实现硅锆分离。该工艺存在烧碱用量大,能耗高,废液废渣处理量大等缺点。
目前主要采用的碱熔法等从硅酸锆中提取氧化锆的方法普遍存在烧碱等反应物消耗大、耗能高、污染严重、废液废渣处理量大等缺点。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出了一种从硅酸锆中提取氧化锆的方法,包括以下步骤:
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比优选2.1~3.9;氟化物添加剂为氟化钙、氟化镁、氟化锂、氟化钾的一种或多种混合,氟化物添加剂的质量分数为氟化物总质量(即氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂的总质量)的1%~20%;氟化物总质量与硅酸锆的质量比为10:1~2:1。
S2、将步骤S1配制好的混合物升温至指定温度,之后进行保温。
优选的,采用5~7℃/min的速率将混合物加热升温到850~1050℃,保温30~300min。在这一过程中,高温条件下氟化钠和氟化铝形成的冰晶石体系,配合氟化物添加剂腐蚀性极强,可以破坏硅酸锆中氧化锆和氧化硅的化学键,使其分解,从而得到氧化锆。
S3、将步骤S2保温后的混合物进行冷却,优选冷却至400~700℃,此时混合物分层成上层的含氟融液和下层的硅酸锆分解后的固体,固体中主要包含氧化锆和氧化硅。此时进行固液分离,除去上层液体,即可得到下层的包含氧化硅和氧化锆的混合固体。
S4、将步骤S3得到的混合固体放入浓碱液中除去氧化硅,即可得到固体氧化锆。这一过程中,最好将混合固体先冷却至25~250℃范围,再放入浓碱液中进行反应。
优选的,所述浓碱液为3~15mol/L的氢氧化钠溶液。
本发明的方法能够解决传统生产氧化锆工艺的不足,可以高效地从硅酸锆中将氧化锆提取出来,为氧化锆的生产提供了一种新的方法,大大缩短了传统锆英砂矿物的冶炼工艺流程。相比现有的提取氧化锆的技术,本发明的方法减少了废液废渣的排放,更为绿色环保,工艺生产条件简单,生产成本较低,可以有效地降低人力成本,提高生产效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的详细方案做进一步说明。本发明的实施例中,对氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆等固体原料进行干燥的方法为在烘箱中以120℃干燥15h,混合均匀的方法为在研钵中研磨3h,使其混合均匀。
实施例1
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为2.5,氟化钠与氟化铝的质量之和为42g;称量氟化物添加剂:氟化钙2.000g,氟化镁3.000g,氟化锂1.000g、氟化钾2.000g;称量硅酸锆15.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用6℃/min的速率升温至960℃,之后进行保温,保温持续180min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至600℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至100℃,放入5mol/L的氢氧化钠溶液中,反应90min,剩余固体进行XRF检测,结果发现固体主要为氧化锆。
实施例2
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为2.1,氟化钠与氟化铝的质量之和为40g;称量氟化物添加剂:氟化钙2.000g,氟化镁3.000g,氟化锂1.500g、氟化钾3.500g;称量硅酸锆5.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用7℃/min的速率升温至1050℃,之后进行保温,保温持续30min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至400℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至200℃,放入15mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
实施例3
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为3.2,氟化钠与氟化铝的质量之和为49g;称量氟化物添加剂:氟化锂1.000g;称量硅酸锆10.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用5℃/min的速率升温至900℃,之后进行保温,保温持续120min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至700℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至50℃,放入10mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
实施例4
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为3.5,氟化钠与氟化铝的质量之和为45g;称量氟化物添加剂:氟化镁3.500g、氟化锂1.500g;称量硅酸锆15.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用5℃/min的速率升温至850℃,之后进行保温,保温持续300min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至550℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至150℃,放入5mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
实施例5
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为3.2,氟化钠与氟化铝的质量之和为48g;称量氟化物添加剂:氟化钙2.000g;称量硅酸锆20.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用6℃/min的速率升温至920℃,之后进行保温,保温持续60min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至500℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至25℃,放入3mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
实施例6
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为3.9,氟化钠与氟化铝的质量之和为45g;称量氟化物添加剂:氟化钙2.000g,氟化钾3.000g;称量硅酸锆25.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用6℃/min的速率升温至960℃,之后进行保温,保温持续240min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至600℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至100℃,放入5mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
实施例7
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为2.8,氟化钠与氟化铝的质量之和为45g;称量氟化物添加剂:氟化钙2.000g,氟化镁3.000g;称量硅酸锆15.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用7℃/min的速率升温至980℃,之后进行保温,保温持续180min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至500℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至100℃,放入10mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
实施例8
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀。其中氟化钠与氟化铝的摩尔比为3.5,氟化钠与氟化铝的质量之和为46g;称量氟化物添加剂:氟化钙2.500g,氟化锂1.500g;称量硅酸锆15.000g,随后将上述固体原料混合均匀。
S2、将步骤S1配制好的混合物,采用6℃/min的速率升温至900℃,之后进行保温,保温持续150min。
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却至600℃,进行固液分离,倒出上层液体,获得下层固体。
S4、将步骤S3得到的下层固体先冷却至120℃,放入5mol/L的氢氧化钠溶液中,反应除去氧化硅,剩余的固体主要为氧化锆。
Claims (9)
1.一种从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、称量干燥后的氟化钠、氟化铝、氟化物添加剂及硅酸锆,并混合均匀;
S2、将步骤S1配制好的混合物升温至指定温度,之后进行保温;
S3、将步骤S2保温后的混合物冷却后进行固液分离,除去上层融液,得到氧化硅和氧化锆混合固体;
S4、将步骤S3得到的混合固体放入浓碱液中除去氧化硅,得到固体氧化锆。
2.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S1中,氟化钠与氟化铝的摩尔比为2.1~3.9。
3.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S1中,氟化物添加剂为氟化钙、氟化镁、氟化锂、氟化钾的一种或多种混合,氟化物添加剂的质量分数为氟化物总质量的1%~20%。
4.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S1中,氟化物的总质量与硅酸锆的质量之比为10:1~2:1。
5.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S2中的升温方法为:以5~7℃/min的速率加热升温到850~1050℃。
6.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S2中的保温时间为30~300min。
7.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S3中,将混合物冷却至400~700℃进行固液分离。
8.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S4中,将混合固体冷却至25~250℃,再放入浓碱液中。
9.根据权利要求1中所述的从硅酸锆中提取氧化锆的方法,其特征在于,所述步骤S4中,浓碱液为3~15mol/L的氢氧化钠溶液。
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