不同堆积密度的氟锆酸钾结构性能研究

舒友，胡扬剑，胡仿

(怀化学院 功能无机及高分子材料怀化市重点实验室，湖南 怀化 418008)

氟锆酸钾的用途十分广泛，主要应用于生产金属锆及其他锆化合物，也用于原子能工业、镁锆合金、铝锆合金、玻璃及陶瓷的生产等［1］。目前，氟锆酸钾的生产工艺多为传统的氢氟酸氯化钾法，获得的氟锆酸钾产品的堆积密度不稳定，有高有低。采用低堆积密度氟锆酸钾制备镁锆合金、铝锆合金，氟锆酸钾的用量较大，生产周期长，使得生产成本较高，生产效率较低，而采用高堆积密度氟锆酸钾的话会得到完全相反的好效果［2］。所以，探索生产稳定堆积密度氟锆酸钾的生产工艺变得极为迫切，而研究不同堆积密度氟锆酸钾的性能结构对其具有积极重要的指导意义。目前未见该方面的研究报道。

本文对三种不同堆积密度氟锆酸钾的Zr 含量、熔点进行测定，通过X 射线多晶粉末衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对它们的晶型结构及微观形貌进行研究。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

氟锆酸钾，工业品;堆积密度1 号样1.6 g/cm3，2 号样1.8 g/cm3，3 号样2.0 g/cm3。堆积密度按参考文献［3］中的夯实法测定。

JXL1400 型马弗炉;JSM-6480 SEM;Rigaku ultima IV XRD。

1.2 指标测试

1.2.1 锆含量测试 按照参考文献［4］中的方法测试。

1.2.2 熔点的测试 将样品置于马弗炉中焙烧，温度从300 ℃以10 ℃/min 的速率升至1 000 ℃，每升50 ℃恒温5 min。每50 ℃观察1 次。

1.2.3 XRD 测试 Cu-Ka 射线，管压20 kV，管流20 mA，扫描速度为10 (°)/min，扫描范围10 ～80°。

2 结果与讨论

2.1 锆含量分析

不同样品的Zr 含量见表1。

表1 Zr 含量对比表Table 1 Zr content of the different samples

由表1 可知，随着堆积密度的增大，样品的Zr 含量降低。由此可见，堆积密度越大越有利于降低成本。另外，纯六氟锆酸钾的Zr 含量为32.2%，而1 ～3号样品的Zr 含量分别为33.4%，32.5%，31.6%，与纯六氟锆酸钾的存在偏差，由此可推断，样品要么不是纯净的六氟锆酸钾，要么是晶型结构存在差异。

2.2 熔点分析

不同样品的熔点见表2。

表2 熔点对比表Table 2 Melting point of the different samples

由表2 可知，随着堆积密度的增大，样品的熔点增加。纯六氟锆酸钾的熔点为840 ℃，1 ～3 号样品的熔点分别为700，750，850 ℃，与纯六氟锆酸钾的存在偏差，由此亦可推断，样品要么不是纯净的六氟锆酸钾，要么是晶型结构存在差异。

2.3 SEM 分析

图1 样品SEM 照片Fig.1 SEM photographs of the different samples

由图1 可知，1 号样为棒状;3 号为比较规整的六面体;2 号样大部分为不规整的六面体，少部分为棒状。可见不同堆积密度的六氟锆酸钾产品的颗粒形状不同，堆积密度越小的样品，形状越趋于棒状;堆积密度越大的样品，形状越趋于规整的六面体。颗粒形状不同，直接影响着样品的堆积密度，也间接地反映了样品的晶型结构是存在差异的。

2.4 XRD 分析

图2 为不同样品XRD 图谱。

图2 XRD 图谱Fig.2 XRD patterns of the different samples

对照六氟锆酸钾XRD 标准卡片(PDF#44-0843)可知，六氟锆酸钾在2θ = 15. 49，20. 09，27.13，30. 05，40. 80，42. 00，43. 85，44. 00，47. 87，49.64°处的衍射峰较强，对应的晶面指数为(020)、(021)、(200)、(13-1)、(042)、(310)、(15-1)、(241)、(330)、(24-2);在2θ=37.82，50.66，52.68，55.94，58.26，59.76°处的衍射峰较弱，对应的晶面指数为(202)、(22-3)、(004)、(400)、(350)、(17-1)。由图2 可知，3 个样品不仅在与以上相应2θ 角处出现晶面指数相同、峰的强弱存在很大差别的衍射峰，而且在2θ ＞60°区域，出现了不同数量的峰强很弱的衍射峰，其中1 号样的强衍射峰数最少，峰强最弱;3 号样的强衍射峰数最多，峰强最强;2 号样的情况介于1、3 号样之间。由此可以判断，3 个样品都为六氟锆酸钾，同时含有少量不同程度的杂质;堆积密度越大，样品XRD 衍射峰越强，晶型结构越完善，堆积密度越小，样品XRD 衍射峰越弱，晶型结构缺陷越多。

3 结论

堆积密度增大，样品的Zr 含量降低，熔点升高，原料利用率提高，产品热稳定性增强。堆积密度越大，样品XRD 衍射峰越强，晶型结构越完善，外形越趋于规整的六面体;堆积密度越小，样品XRD 衍射峰越弱，晶型结构缺陷越多，外形越趋于棒状。晶型结构的完善程度是样品Zr 含量、熔点、形状及堆积密度产生差异的最根本和最主要因素，杂质为次要影响因素。

［1］ 舒友，黄忠孝，刘峙军，等.一种用氟硅酸制备氟锆酸钾的方法:中国，CN102874868A［P］.2013-01-16.

［2］ 舒友，叶迪，朱维. 氟锆酸钾堆积密度影响因素研究［J］.广州化工，2014，21:107-109.

［3］ 陈思伟，赵美敬，李光明，等.无机化工产品中堆积密度测定方法概况［J］.检验检测，2009，29(10):17-18.

［4］ 熊文，赖心. 氟锆酸钾中氟、锆、钾的测定［J］. 冶金分析，2005，25(3):93-94.