传统法生产氧化锆除硅工艺的研究

张吉武

新疆晶硕新材料有限公司 新疆乌鲁木齐 830000

1 实验和结果

实验中应用的材料为锆英砂，含有62.7%的ZrO2。选择的锆英砂与烧碱（化学纯）的配比为1：1.3。将配比后的混合物放置于电炉中，设置650摄氏度的温度烧结30分钟。要保证每一组样品在烧结前具备锆英砂量为20g，在烧结结束后实施等分工作。

1.1 一次除硅

第一次除硅时，需要水漂洗烧结后研细的物质三次，在第一次水漂洗作业中，采取三种方法，方法如下：

第一，加入适量水的过程呈现慢慢加入并采取适当搅拌措施，静置一段时间后，观察上层溶液会产生从绿色转变成浅棕色的悬浊液。

第二，加入适量水的过程呈现快速加入并采取适当搅拌措施，静置一段时间后，观察上层溶液转变的颜色比第一方法中的浅棕色的悬浊液要深。

第三，加入适量水的过程为快速并实施猛烈搅拌措施，静置一段时间后，悬浊液呈棕色。

三种方法得到的漂洗液全部实施分离放置，实验一方法放置后在底部出现较多的白色物质，实验二方法放置后的白色物质少。漂洗液中存在的硅含量应用重量检测法测定，利用发射光谱分析三种水漂洗方法可知，实验一中得到的漂洗液存在较多的锆，而实验二中得到的漂洗液低于实验一，实验三中含量最少。

1.2 二次除硅

在二次除硅作业中，采取三组实验过程，应用上述实验三的方式达到除去漂洗液中存在的大部分可溶性Na2SiO3。

第一组实验的目的是得到盐酸提取过程中存在的恒温时间，对趁热抽滤、水处理盐酸提取体系后抽滤进行比较工作，确认两者的效果。漂洗后的样品实施烘干措施，并平均分成5份，标记为1度至5度，每一份都采取25%HCL（分析纯）的提取方式。在1度样品中加入适量凝聚剂，并在80±5摄氏度的电炉中恒温80分钟，并保持热度时开展抽滤工作。在此过程中，应多次更换滤纸，因为硅胶堵塞较为严重，如果不更换滤纸会影响最终的结果。2度样品同样实施恒温80分钟，而3-5度的样品实施逐一减少20分钟的方式。所以样品恒温结束后，需静置冷却4小时后再加入适量的水，从而有效溶解析出的ZrOCl2·8H2O。实施加热措施后静置20分钟，然后开展抽滤工作20-30分钟，此过程中不需要更换滤纸。洗涤2-5度样品中分析的硅胶，并进行900摄氏度的锻炼工作，得到纯白色的SiO2，并且呈现出微细粉末的状态。从各种样品得到的SiO2数量可知，恒温时间未对硅酸聚沉与分离产生任何影响。从1度样品的除硅过程中，分离后的硅胶与热盐酸腐蚀的滤纸在900摄氏度的煅烧后，得到的白色片状产物较为坚硬，可能是ZrO2、SiO2、SiC混合物。

第二组实验的目的是得到水对盐酸提取液处理后所需的静置时间，烘干漂洗后的样品，平均分成4份（标号为2-5度），提取盐酸时进行30分钟的恒温，待冷却后再静置60分钟，应用的水处理条件与第一组实验过程相同。实施自然冷却并静置2度样品30分钟，而3-5度样品采取依次增加静置时间30分钟，抽滤工作保持20-30分钟。稍微洗涤硅胶后，再进行煅烧，最后得到微细粉末的白色SiO2。从各种样品得到的SiO2数量可知，除硅量与静置时间密切相关，静置时间越长，除硅量越低。

第三组实验的目的是得到水处理工作中需要的加水量，烘干漂洗后的样品，平均分成4份，标号为2-5度，提取过程如同第二组实验。在2-5度样品中加水，水量比为1：1.5：2：2.5。加水后不需要加热，静置30分钟后开展抽滤工作。抽滤中不实施更换滤纸措施，过滤时间达到8-1ch。分离后的硅胶经过洗涤、煅烧后得到微细粉末的纯白色SiO2。从实验结果看，加水量与除硅量成反比，加水量越多除硅量越少[1]。

1.3 三次除硅

实施二次除硅工作后，滤液已经浓缩成一半，通过冷却方式将ZrOCl2·8H2O全部析出后，实施抽滤工作，抽滤后的物质运用少量的盐酸进行混合性的洗涤，使最后得到的物质呈纯白色，将得到的结晶体放置于适量的水中，再与空白溶液相对比。如果溶液产生浑浊需要采取过滤措施。

在三次除硅后，应用沉淀-分解法将Zr（OH）4分离出来，应用500摄氏度煅烧措施得到完整的、纯白色的四方相与单斜相混合体ZrO2。

2 讨论

从上述实验过程得到，锆英砂经过煅烧后产生的锆酸钠难溶于水，但是在遇水过程中会水解成Zr（OH）2。水漂洗过程属于放热的过程，如果产生局部温度高的现象，会使水解的速度加速[2]。在水漂洗过程中实施迅速搅拌方式，能够避免产生局部温度过高的问题，最低限度的控制水解。

经过测定盐酸提取液水处理后的酸度，产生降低5%左右的结果，未显著性影响硅酸凝聚。硅酸凝聚研究所应用的pH范围采取大于pH的范围内开展。影响硅酸聚合的因素中，酸度是影响力度最强的因素。如果站在质子化的硅酸正离子H5SiO4+、中性分子H4SiO4间的羟联反应角度，pH范围内，即使酸度发生较小的变化，也会引发H5SiO4+、H4SiO4相对量的较大变化，对聚合产生显著性的影响。站在本实验的角度，盐酸提取液酸度在15-20%的范围内变动不会明显影响两者的变化。

经过二次除硅的第二组、第三组实践可知，水处理后的盐酸提取液加热工艺能够重新聚合加水时产生局部破坏的硅胶，并有利于进一步陈化硅胶而实现降低粘度的目的[3]。第一组实验开展的趁热抽滤措施，是为了证明硅胶分离困难。从此可知，传统工艺中实施的趁热抽滤法，具有难以洗涤与分离硅胶吸附的大量ZrOCl2，使锆回收能力降低，并不利于硅胶的后处理工作。

本次研究提出的新工艺具有可行性的特点，结合了其他改进的单元操作模式，能够获得高纯度的氧化锆，并且回收率达70%左右，能够在每生产1吨ZrO2时降低0.5吨的锆英砂的消耗，具有经济优势。

3 结语

综上所述，传统法生产氧化锆除硅工艺存在着缺陷，通过研究工艺开展的过程，能够针对缺陷问题改善工艺措施，从而使此工艺的质量与效率大幅度提升，促进工艺的发展。另外，工艺开展过程中所产生的硅酸凝胶具有污染环境的问题，应改进传统工艺，避免硅酸凝胶污染环境。