KR20120062894A

KR20120062894A - 미네랄의 처리

Info

Publication number: KR20120062894A
Application number: KR1020127009250A
Authority: KR
Inventors: 윌럼 리벤버그 레티프; 요하네스 테오도러스 넬; 플레시스 윌헬미나 두; 필리퍼스 로드윅 크루즈; 룩스 요하네스 페트뤼스 레
Original assignee: 더 사우스 아프리칸 뉴클리어 에너지 코퍼레이션 리미티드
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-06-14
Also published as: ZA201202213B; EP2475792A1; US9416431B2; WO2011030301A1; US20120328496A1; JP5667193B2; CA2774050A1; KR101523978B1; CN102753710A; EP2475792B1; BR112012005455B1; RU2012127212A; ES2527469T3; RU2553150C2; CA2774050C; CN102753710B; JP2013504690A; BR112012005455A2

Abstract

공급원료의 처리 방법이 제공된다. 상기 공급원료는 미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 금속 산화물/실리케이트를 포함한다. 상기 방법은 반응 단계에서, 미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 금속 산화물/실리케이트를 1 < x ≤ 5인 일반식 NH4F?xHF를 갖는 불화 암모늄산을 반응시킴으로써 공급원료를 처리하는 단계를 포함한다. 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물이 반응 생성물로서 생성된다.

Description

미네랄의 처리{Treatment of minerals}

대체적으로, 본 발명은 미네랄의 처리에 관한 것이다. 특히 미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 금속 산화물/실리케이트의 처리 공정에 관한 것이다.

자연적으로 발생하는 미네랄로부터 후속의 화합물들을 제조하거나 미네랄을 출발 물질로 하여 금속을 얻기 위해서는, 미네랄은 용해되어야 하고, 용해된 중간 생성물은 정제되어 순도 사양을 충족해야만 하고, 그 중에서도, 최종 용도 적용 분야에 대해 요구되는 순도 사양을 충족해야만 한다. 예를 들면, 원자력급(nuclear-grade) 지르코늄 금속은 매우 엄격한 순도 사양을 충족해야만 한다. 전형적으로, 원자력급 지르코늄 금속은 열중성자 흡수 단면적(thermal neutron cross-section absorption) 관점에서 100ppm 미만의 하프늄 함량이 요구된다. 알루미늄의 생산에 대한 전구체로 사용되는 알루미늄 플로라이드 및 플루오로알루미네이트 유리 산업, 뿐만 아니라 전자 산업에서 사용되는 탄탈륨 및 니오븀 화합물에서 유사한 엄격한 순도 요구 조건이 적용된다. 그러나, 지르콘(zircon), 보크사이트(bauxite), 탄탈라이트(tantalite), 황록석(pyrochlore) 및 티탄철석(ilmennite)과 같은 미네랄은 자연 존재비로 금속 산화물 및 실리케이트를 함유하고 용해시키기 어려운 것으로 악명 높은 미네랄 그룹의 구성원이다. 전형적으로, 농축된 산에서 긴 시간에 걸친 고온 소화(high temperature digestion), 고온 알칼리성 용융 공정(high temperature alkaline melting process) 또는 고온 탄소염소화 공정(high temperature carbochlorinaton process)가 이러한 물질들의 용해를 달성하기 위해서 요구된다. 따라서, 이런 미네랄, 뿐만 아니라 이들과 회합된 원소들의 산화물 및 실리케이트는 극도로 안정하고 용해시키기 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 다양한 자연적으로 발생하는 미네랄, 뿐만 아니라 이들의 회합된 금속 산화물 및 실리케이트가 더 용이하게 처리되어 그것으로부터 유용한 중간 생성물 및 최종 생성물을 얻을 수 있게 하는 수단을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 금속 산화물/실리케이트를 포함하는 공급원료의 처리 방법으로서, 반응 단계에서, 상기 미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 상기 금속 산화물/실리케이트를 1 < x ≤ 5인 일반식 NH₄F.xHF를 갖는 불화 암모늄산(ammonium acid fluoride)과 반응시켜 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물을 반응 생성물로 생성함으로써 상기 공급원료를 처리하는 단계를 포함하는 공급원료의 처리 방법을 제공한다.

'금속 산화물/실리케이트'는 금속 산화물, 금속 실리케이트 또는 금속 산화물 및 금속 실리케이트 모두를 의미한다.

공급원료는 예를 들어, 지르콘과 같은 지르코니아계 미네랄 및/또는 예를 들어, 지르코니아 및/또는 실리카와 같은 지르코니아계 미네랄로부터 유도된 금속 산화물/실리케이트를 포함할 수 있다. 대신에, 공급원료는 탄탈라이트(tantalite), 콜럼바이트(columbite), 황록석(pyrochlore), 티탄철석(ilmenite), 금홍석(rutile), 모나자이트(monazite), 보크사이트(bauxite) 및 이들의 2 종 이상의 혼합물로부터 선택되는 미네랄 및/또는 이런 미네랄로부터 유도된 금속 산화물/실리케이트를 포함할 수 있다. 또 나아가, 공급원료는 앞에서 본 명세서에 개시된 미네랄일 수 있는 미네랄과 회합된 다른 금속 산화물 및/또는 서로 다른 금속 실리케이트의 혼합물을 포함할 수 있다. 미네랄 탄탈라이트는 일반식 [(Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆]을 갖고, 황록석은 일반적으로 (Na,Ca)₂Nb₂O₆(OH,F)로 표현된다. 보크사이트는 알루미늄 및 실리콘을 함유하는 미네랄이고, 티탄철석은 철 및 티타늄을 함유하고, 금홍석은 티타니아를 함유한다. 본 발명자들은 이런 모든 용해시키기 어려운 공급원료 물질들이 본 발명에 따라 불화 암모늄산으로 처리되는 경우, 암모늄 플루오로메탈레이트를 형성하는데 놀랍게도 민감하다는 것을 알아냈다. 추가적으로, 또한 본 명세서에서 이하에서 가리키는 것처럼, 본 발명의 방법에 따라 처리함으로써 형성된 금속 불화물은 이들의 선택적인 휘발로 분리 및/또는 정제될 수 있다.

불화 암모늄산은 액체이다. 따라서, 본 방법은 특히 화학양론적 초과의 불화 암모늄산이 일반적으로 사용될 것이기 때문에 습식 공정(wet process)이다.

공급원료가 지르코니아계인 경우, 이것은 해리된 지르콘, ZrO₂.SiO₂ 또는 'DZ'를 포함할 수 있다. 그 다음, 반응 단계는 x = 1.5인 반응 1.1(반응 계수는 맞춰지지 않음)에 따라 진행할 수 있고:

ZrO₂.SiO₂ + NH₄F.1.5HF → (NH₄)₃ZrF₇ + (NH₄)₂SiF₆ + H₂O..............1.1

따라서, (NH₄)₃ZrF₇ 및 (NH₄)₂SiF₆ 가 반응 생성물로 생성된다.

대신에, 공급원료가 지르코니아계인 경우, 이것은 탈규산화된(desilicated) 지르코니아 성분, ZrO₂를 갖는 적어도 부분적으로 탈규산화된 해리된 지르콘을 포함할 수 있다. 그 다음, 탈규산화된 지르코니아 성분은 x = 1.5인 반응 1.2 (반응 계수는 맞춰지지 않음)를 따라 반응할 수 있고:

ZrO₂ + NH₄F.1.5HF → (NH₄)₃ZrF₇ + H₂O..............................1.2

따라서, (NH₄)₃ZrF₇가 반응 생성물로 생성된다. 공급원료는 부분적으로 탈규산화된 해리된 지르콘 또는 전체적으로 탈규산화된 해리된 지르콘을 포함할 수 있다. 해리된 지르콘이 부분적으로만 탈규산화된 경우, 어느 정도의 (NH₄)₂SiF₆가 반응 생성물로 또한 형성될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.

따라서, 해리된 지르콘 및 부분적으로/전체적으로 탈규산화된 해리된 지르콘은 미네랄 지르콘으로부터 유도된 금속 산화물이다.

사용된 경우, 해리된 지르콘은 임의의 적합한 공정, 특히 열 공정(thermal process)를 통해 얻어질 수 있다. 따라서, 예를 들면, 해리된 지르콘은 플라즈마로(plasma furnace) 또는 플라즈마 발생기 안에서, 산화, 비활성 또는 환원 조건 하에서 높은 온도로 가열하여 지르콘 (ZrSiO₄)의 결정 매트릭스를 파괴함으로써 얻어진 것일 수 있다. 지르콘은 상대적으로 낮은 비용으로 풍부하게 얻을 수 있으나, 화학적으로 비활성이다. 따라서, 비활성 지르콘 미네랄은 플라즈마 해리를 통해 본 발명에 따른 화학 처리를 잘 받아들이도록 만들어진다. 플라즈마 해리 동안, 지르콘은 분리된(separate) 지르코니아 (ZrO₂) 및 실리카 (SiO₂) 미네랄 상(phase)으로 해리되고, 상기 생성물은 일반적으로 해리된 지르콘 ('DZ'), 플라즈마 해리된 지르콘 ('PDZ') 또는 ZrO₂.SiO₂로 지칭된다.

PDZ의 경우, 반응은 약 150℃ 미만의 온도, 전형적으로 약 50℃ 내지 약 100℃, 예를 들어 약 55℃에서 수행될 수 있고, 반응 (1.1)에 따라 반응 생성물로 (NH₄)₃ZrF₇ 및 (NH₄)₂SiF₆가 생성된다. 반응 기간은 그 중에서도 특히, 사용된 공급원료에 의하여 설정될 수 있다. 따라서, PDZ의 경우, 반응 기간은 몇 초, 예를 들어 5 내지 10초, 및 5분, 전형적으로 약 2분이 될 수 있고, 해리된 지르콘의 입자 크기 및 다른 반응 조건에 따라 달라질 수 있다. 티탄 철석과 같은 다른 공급원료의 경우, 반응 기간은 상당히 길 수 있고 100 분 이상, 예를 들어 100 분 내지 250분일 수 있다.

위에 기재된 것과 유사한 반응 조건들이 전술한 것과 같은 다른 극도로 비활성인 미네랄 또는 이런 미네랄로부터 유도되거나 이런 미네랄과 회합된 극도로 비활성인 금속 산화물 또는 실리케이트의 처리에 적용된다. 일 예로서, 탄탈륨 산화물 (미네랄 탄탈라이트에서 자연적으로 발생하는 금속 산화물)은 불화 암모늄산으로 x = 2.5인 반응 1.3을 따라 불화될 수 있다:

Ta₂O₅ + 4NH₄F?2.5HF → 2(NH₄)₂TaF₇ + 5H₂O ........................ 1.3

따라서, (NH₄)₂TaF₇가 반응 생성물로 생성된다.

다른 예로서, 티탄철석 (FeTiO₃)은 불화 암모늄산으로 불화될 수 있다. 이것은 x = 2인 반응 1.4에 따를 수 있다.

FeTiO₃ + 3NH₄F.2HF → (NH₄)₂TiF₆ + FeF₂ + 3H₂O + NH₄F .............1.4

본 방법은 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물 반응 생성물을 열처리하여 이들의 열분해를 일으킴으로써, 무수 불화물, 예를 들어 ZrF₄, AlF₃, TaF₅, NbF₅, TiF₄ 등을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 이들로부터 원하는 생성물을 생성할 수 있다.

따라서, 암모늄 플루오로메탈레이트의 열분해는 약 300℃ 초과의 온도, 전형적으로 약 450℃에서 하기 반응 (2)에 따라 일어날 수 있다.

(NH₄)₃ZrF₇ → ZrF₄ + NH₃ + HF (2.1)

(NH₄)₃AlF₆ → AlF₃ + NH₃ + HF (2.2)

(NH₄)₂TaF₇ → TaF₅ + NH₃ + HF (2.3)

(NH₄)₂TiF₆ → TiF₄ + NH₃ + HF (2.4)

따라서, 열처리 단계에 있어서, 암모늄 플루오로메탈레이트는 상응하는 불화물 및 NH₄F로 열분해되고, 암모니아 (NH₃) 및 불화 수소 (HF)가 NH₄F로부터 추가적인 분해 생성물로서 방출된다. 분해 동안 방출된 NH₃ 및 HF 증기는 서로 다시 반응하여 예를 들어, 응축기 트랩에서 암모늄 플루오라이드를 형성할 수 있다.

지르콘의 경우와 같이 미네랄 매트릭스에 실리콘이 있는 경우 (즉, 식 1.1), 본 방법은 반응 단계에 이후에, 제2 열처리 단계를 구성하는 앞에서 기술된 열분해에 앞서는 초기 열처리 단계를 포함할 수 있다. 초기 열처리 단계에 있어서, 실리콘 화합물, 예를 들어 (NH₄)₂SiF₆의 증발이 약 250℃ 내지 300℃의 온도에서, 전형적으로 약 280℃에서, 반응 (3)을 따라 일어난다.

(NH₄)₂SiF₆(s) → (NH₄)₂SiF₆(g) (3)

특히, 본 방법은 폐쇄 반응기 안에서 수행되어, 반응성을 보이는 HF 및 NH₃와 같은 기체 성분의 손실을 방지할 수 있다. 반응기는 전형적으로 3개의 구별되는 인접한 온도 구역(temperature zone)을 가질 수 있어서, 반응 단계, 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계는 각각의 온도 구역에서 각각 일어나고, 물질은 순차적으로 한 구역에서 다음 구역으로 통과한다. 따라서, 상기 반응 단계는 상대적으로 낮은 제1 온도 구역에서, 상기 제1 열처리 단계는 제1 온도 구역보다 더 높은 온도의 제2 온도 구역에서, 상기 제2 열처리 단계는 제2 온도 구역에 인접하고 제2 온도 구역보다 더 높은 온도의 제3 온도 구역에서 일어날 것이다. 바람직하게는, 반응기는 로터리 킬른(rotary kiln)이다.

본 발명이 첨부 도면을 참조하여 비한정적인 예시의 방법을 통해 서술될 것이다.

도면에서,
도 1은 본 발명에 따른 미네랄 처리 방법의 간략한 흐름도이다.
도 2는 실시예 1, 즉 PDZ와 NH₄F?1.5HF의 다른 온도에서의 반응에 대한, 시간에 따른 % 전환의 플롯이다.
도 3은 실시예 2, 즉 불화 암모늄산 (AAF, 56℃에서) 및 암모늄 비플루오라이드 (ABF, 148℃에서)의 PDZ에서 불화 용량의 비교에 대한, 시간에 따른 % 전환의 플롯이다.
도 4는 실시예 3, 즉 티탄철석과 각각 NH₄F?1.5HF 및 NH₄F.2HF의 반응에 대한, 시간에 따른 % 전환의 플롯이다.
도 5는 NH₄F?1.5HF와 티탄철석 반응에 대한 온도의 영향을 보인다.

도 1에 있어서, 공급원료는 지르콘 산화물/지르콘 실리케이트의 형태, 즉 플라즈마 해리된 지르콘 ('PDZ')이고, 이는 미네랄 지르콘으로부터 유도된다. PDZ는 NH₄F?1.5HF로 반응 (1.1)에 따라 처리된다.

도 1에 있어서, 참조 번호 10은 전반적으로 PDZ 처리 공정을 가리킨다.

공정 (10)의 상류에서, 플라즈마 해리 단계 (12)가 제공된다. 지르콘 (ZrSiO₄) 공급 라인 (14)은 단계 (12)에 연결된다. PDZ 이송 라인 (16)은 단계 (12)로부터 공정 (10)의 일 부분을 형성하는 반응 단계 (18)로 연결된다. 불화 암모늄산 (NH₄F.?1.5HF) 공급 라인 (20)은 단계 (18)에 또한 연결된다. 반응 생성물 이송 라인 (22)은 단계 (18)로부터 제1 열처리 단계 (24)에 연결된다. 선택적인 제1 열처리 단계 휘발성 생성물 제거 라인 (25)은 단계 (24)로부터 폐 가스(off-gas) 처리 또는 회수 수단 (미도시)에 연결된다. 제1 열처리 단계 생성물 이송 라인 (26)은 단계 (24)로부터 제2 열처리 단계 (28)에 연결된다. 제2 열처리 생성물 라인 (30)은 단계 (28)로부터 연결된다. 선택적인 제2 열처리 단계 휘발성 생성물 제거 라인 (29)은 단계 (28)로부터 폐 가스(off-gas) 처리 또는 회수 수단 (미도시)에 연결된다.

사용시, ZrSiO₄은 공급 라인 (14)을 따라 플라즈마 해리 단계 (12)에 공급된다. 단계 (12)에 있어서, 상기 지르콘은 플라즈마 해리로 PDZ로 해리된다. 상기 PDZ는 이송 라인 (16)을 따라 반응 단계 (18)로 통과한다.

PDZ 이외에 NH₄F?1.5HF가 공급 라인 (20)을 따라 반응 단계 (18)에 공급된다. 단계 (18)에 있어서, NH₄F?1.5HF 및 PDZ는 약 55℃의 온도에서 반응 (1.1)에 따라 반응한다. 반응 시간은 전형적으로 약 2분간이다. 따라서, (NH₄)₃ZrF₇ 및 (NH₄)₂SiF₆는 반응 생성물로서 형성되고, 이는 이송 라인 (22)을 따라 제1 열처리 단계 (24)로 통과한다.

제1 열처리 단계 (24)에 있어서, (NH₄)₃ZrF₇ 및 (NH₄)₂SiF₆는 약 280℃의 온도 및 약 5분의 반응 시간으로 열처리되고, 반응 (3)에 따라 (NH₄)₂SiF₆의 휘발로 이어진다. 휘발성의 (NH₄)₂SiF₆는 제거 라인 (25)을 통해 단계 (24)로부터 제거된다. 잔류의 (NH₄)₃ZrF₇은 이송 라인 (26)을 따라 제2 열처리 단계 (28)로 통과한다.

제2 열처리 단계 (28)에 있어서, (NH₄)₃ZrF₇은 약 450℃의 온도 및 약 10분의 반응 시간으로 열처리되고, 반응 (2.1)에 따라 (NH₄)₃ZrF₇의 ZrF₄로의 분해로 이어진다. ZrF₄는 생성물 라인 (30)을 따라 인출된다. 기체상 HF 및 NH₃가 제2 열처리 단계 (28)에서 또한 형성되고, 제거 라인 (29)을 통해 단계 (28)로부터 제거된다.

반응 단계 18에 있어서, 제1 열처리 단계 (24) 및 제2 열처리 단계 (28)는 전형적으로 3개의 구별되는 온도 구역을 갖는 로터리 킬른(미도시)을 통해 제공되고, 각각의 구역은 단계 18, 24 및 28로 표시된다. 그 다음, 이송 라인 (22) 및 (26)은 각각 킬른 안에서의 일 온도 구역에서 다음 온도 구역으로의 반응 생성물 및 (NH₄)₃ZrF의 이송을 나타내는 것으로 이해될 것이다.

하기 실시예들에 있어서, "% 전환" 또는 "전환 효율"은 휘발성의 생성물로서, 공정 동안 손실된 공급원료 물질의 분율(fraction)을 의미하고, 백분률로 표시되며, 즉 다음과 같다.

실시예 1

공정 10의 반응 단계 (18)의 실험실 규모의 실험에 있어서, (약 94%의 정도로 해리된) PDZ를 출발 물질로서 화학양론적으로 요구되는 양을 초과하는 NH₄F?1.5HF와 반응시켜, PDZ의 최대 전환을 달성할 수 있도록 하였다. 따라서, 매 1g의 PDZ에 대하여, 10g의 NH₄F?1.5HF를 사용하였다.

제1 시험에 있어서, NH₄F?1.5HF (실온에서 슬러리)를 PTFE (폴리테트라플루오로에틸렌) 반응 용기 또는 도가니에 위치시키고, 56℃의 온도까지 수조를 예열시켰다. 그 다음, 반응 용기를 수조로부터 제거하고, 정확하게 질량 측정된 PDZ를 액체 NH₄F?1.5HF에 첨가하였다. 반응 용기를 8분의 반응 기간 동안 56℃의 온도에서 조심스럽게 흔들었다.

반응 기간이 경과된 이후에, 반응을 붕산 용액을 첨가함으로써 퀀치하고, 그 후에, 용액을 여과하고 (NH₄)₃ZrF₇ 및 (NH₄)₂SiF₆로의 PDZ의 백분률 전환을 측정하였다.

모든 반응 생성물 및 잉여 NH₄F?1.5HF는 수용성이기 때문에, 약 5분의 반응 기간 내에 본질적으로 완전한 전환이 달성되었으며, PDZ 출발 물질의 약 6%의 비해리된 지르콘 부분만이 잔류한다는 것을 알아냈다 (도 2).

추가의 3번의 시험에 있어서, 반응 단계 (18)을 각각 61, 71 및 81℃의 반응 온도에서 반복하였으며 (도 2), 유사한 결과 및 약 2분까지 내려가는 상응하는 감소하는 반응 시간을 나타냈다.

실시예 2

반응 단계 또는 단계 (18)에서 PDZ에 대한 불화 암모늄산 (AAF 또는 NH₄F?xHF)의 불화 용량이 암모늄 비플루오라이드 (ABF 또는 NH₄F?HF)의 불화 용량과 비교되는 경우, 불화 암모늄산의 상당히 더 높은 반응성이 명백히 보일 수 있다 (도 3).

실시예 3

티탄철석 (FeTiO₃)을 불화 암모늄산에 용해시켜 수용성 (NH₄)₂TIF₆ 및 알려지지 않은 조성의 불용성 잔류물을 얻었다.

도 4는 티탄철석과 x = 1.5 및 2인 NH₄F?xHF과의 90℃의 반응 온도에서 반응의 전환 효율을 도시한다. 티탄철석과는 PDZ와의 경우보다 반응이 매우 느리게 일어난다는 것을 알아냈다. 이것은 플라즈마 해리된 PDZ이, 티탄철석으로 예시된 것과 같은 천연 미네랄보다 이미 더욱 화학 처리에 민감하기 때문이다.

도 5는 티탄 철석과 NH₄F?1.5HF과의 반응의 효율상에 반응 온도의 긍정적 효과를 도시한다. 따라서, 더 높은 온도에서 반응을 수행함으로써 반응속도가 추가로 증가될 수 있음을 예상할 수 있다. 이것은 표준 실험으로 최적화될 수 있다.

따라서, 본 출원인은 본 발명이 천연적으로 발생하는 미네랄들로부터, 특히, 이에 한정되는 것은 아니나, 해리된 형태의 지르콘, 탄탈라이트, 황록석, 티탄철석, 보크사이트 등으로부터 추가적인 공정, 예를 들어 관련된 금속 및/또는 금속 산화물을 최종 생성물로 얻기 위한 추가적인 공정을 잘 받아들이는 유용한 생성물을 얻는 빠르고, 비용 효율적인 방식을 예상외로 제공한다는 것을 알아냈다.

더욱이, 본 발명은 무수 불화물의 제조를 가능하게 하는 cjs연적으로 발생하는 미네랄의 선광(beneficiation)용 무수 경로(anhydrous route)를 제공한다. 예를 들어, ZrF₄는 수많은 적용 분야에서, ZrF₄.H₂O보다 선호되는 전구체이며, ZrF₄.H₂O는 종래의 수화 가용화(hydrous solubilization) 경로로 그러한 물질을 처리하는 경우에 형성된다.

Claims

미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 금속 산화물/실리케이트를 포함하는 공급원료의 처리 방법으로서, 반응 단계에서, 상기 미네랄 및/또는 미네랄로부터 유도되거나 미네랄과 회합된 상기 금속 산화물/실리케이트를 1 < x ≤ 5인 일반식 NH₄F?xHF를 갖는 불화 암모늄산과 반응시켜 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물을 반응 생성물로 생성함으로써 상기 공급원료를 처리하는 단계를 포함하는 공급원료의 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 공급원료는 지르코니아계 미네랄 및/또는 지르코니아계 미네랄로부터 유도된 금속 산화물/실리케이트를 포함하는 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 공급원료는 탄탈라이트, 콜럼바이트, 황록석, 티탄철석, 금홍석, 모나자이트, 보크사이트 및 이들의 2종 이상의 혼합물로부터 선택되는 미네랄 및/또는 이런 미네랄로부터 유도된 금속 산화물/실리케이트를 포함하는 처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 공급원료는 미네랄과 회합된 다른 금속 산화물 및/또는 다른 금속 실리케이트의 혼합물을 포함하는 처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 공급원료는 해리된 지르콘, ZrO₂.SiO₂을 포함하고, 상기 반응 단계는 x = 1.5인 반응 1.1을 따라 진행하고, (NH₄)₃ZrF₇ 및 (NH₄)₂SiF₆가 반응 생성물로 생성되는 처리 방법:
ZrO₂.SiO₂ + NH₄F?1.5HF → (NH₄)₃ZrF₇ + (NH₄)₂SiF₆ + H₂O..............1.1.
제2항에 있어서, 상기 공급원료는 탈규산화된 지르코니아 성분, ZrO₂를 갖는 적어도 부분적으로 탈규산화된 해리된 지르콘을 포함하고, 상기 탈규산화된 지르코니아 성분은 x = 1.5인 반응 1.2을 따라 반응하고, 따라서, (NH₄)₃ZrF₇가 반응 생성물로 생성되는 처리 방법:
ZrO₂ + NH₄F?1.5HF → (NH₄)₃ZrF₇ + H₂O..............................1.2.
제6항에 있어서, 상기 반응은 약 150℃ 미만의 온도에서 수행되는 처리 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 반응은 몇 초 내지 5분의 반응 기간 동안 수행되는 처리 방법.
제3항에 있어서, 상기 공급원료는 불화 암모늄산으로 x = 2.5인 반응 1.3을 따라 불화된 탄탈륨 산화물을 포함하고, 2(NH₄)₂TaF₇이 반응 생성물로 생성되는 처리 방법:
Ta₂O₅ + 4NH₄F?2.5HF → 2(NH₄)₂TaF₇ + 5H₂O ........................ 1.3.
제3항에 있어서, 상기 공급원료는 불화 암모늄산으로 x = 2인 반응 1.4를 따라 불화된 티탄철석을 포함하는 처리 방법.
FeTiO₃ + 3NH₄F.2HF → (NH₄)₂TiF₆ + FeF₂ + 3H₂O + NH₄F ...............1.4.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물 반응 생성물을 열처리하여 이들의 열분해를 일으킴으로써, 무수 불화물(anhydrous fluoride)을 형성하는 단계를 포함하는 처리 방법.
제11항에 있어서, 상기 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물의 열처리는 약 300℃ 초과의 온도에서 수행되어 상기 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물은 상응하는 불화물 및 NH₄F로 열분해되고, 암모니아 NH₃ 및 불화 수소 HF가 상기 NH₄F로부터 추가적인 분해 생성물로서 방출되는 처리 방법.
제12항에 있어서, 폐쇄 반응기에서 수행되어 기체 성분의 손실을 방지하는 처리 방법.
제13항에 있어서, 상기 반응기는 로터리 킬른(rotary kiln)인 처리 방법.
제5항에 있어서, 상기 반응은 약 150℃ 미만의 온도에서 수행되는 처리 방법.
제5항 또는 제15항에 있어서, 상기 반응은 5초 내지 5분의 반응 기간 동안 수행되는 처리 방법.
제5항, 제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물 반응 생성물을 열처리하여 이들의 열분해를 일으킴으로써 무수 불화물를 형성하는 단계를 포함하는 처리 방법.
제17항에 있어서, 상기 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물의 열처리는 약 300℃ 초과의 온도에서 수행되어 상기 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물은 상응하는 불화물 및 NH₄F로 열분해되고, 암모니아 NH₃ 및 불화 수소 HF가 상기 NH₄F로부터 추가적인 분해 생성물로서 방출되는 처리 방법.
제17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 열처리는 상기 반응 단계에 이어서, 제2 열처리 단계를 구성하는 상기 암모늄 플루오로메탈레이트 화합물의 열분해에 앞서는 제1 열처리 단계를 포함하는 처리 방법.
제19항에 있어서, 상기 제1 열처리 단계는 약 250℃ 내지 약 300℃의 온도에서 반응 3에 따른 (NH₄)₂SiF₆의 휘발을 포함하는 처리 방법:
(NH4)₂SiF₆(s) → (NH₄)₂SiF₆(g).......................................3.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 공정은 폐쇄 반응기에서 수행되어 기체 성분의 손실을 방지하는 처리 방법.
제21항에 있어서, 상기 반응기는 3개의 구별되는 인접한 온도 구역을 가져서, 상기 반응 단계, 상기 제1 열처리 단계 및 상기 제2 열처리 단계가 분리된 온도 구역에서 각각 일어나고, 반응 생성물들은 순차적으로 한 구역에서 다음 구역으로 통과하고, 상기 반응 단계는 상대적으로 낮은 제1 온도 구역에서 일어나고, 상기 제1 열처리 단계는 상기 제1 온도 구역보다 더 높은 온도의 제2 온도 구역에서 일어나고, 상기 제2 열처리 단계는 상기 제2 온도 구역에 인접하고 상기 제2 온도 구역보다 더 높은 온도의 제3 온도 구역에서 일어나는 처리 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 반응기는 로터리 킬른인 처리 방법.