Металлургия циркония

Курсовой проект - Разное

Другие курсовые по предмету Разное

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Подтвердите что Вы не робот:
2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



о по тем же режимам можно выщелачивать известковые спеки азотной кислотой, получая растворы, содержащие Zr(OH)2(NО3)2. Преимущества последней состоят в возможности утилизации азотнокислых маточных растворов после извлечения из них циркония и получения азотнокислых солей.

В случае применения серной кислоты можно выщелачивать известковый спек в одну стадию без существенных затруднений в отношении отделения раствора от осадка кремниевой кислоты. Обработку спека проводят раствором 300-400 г/л H2SО4 при температуре не выше 80-90 С. В этих условиях осадки содержат гидратированные сульфаты кальция - CaSО4 2 H2О и CaSO4 0,5 H2О, что обеспечивает хорошую фильтрацию осадков. С целью снижения потерь циркония сульфатный кек, количество которого велико (~6 т на 1 т ZrО2) многократно промывают водой.

 

2.2.2 Выделение циркония из растворов и получение ZrО2

Растворы, полученные в результате выщелачивания содовых или известковых спеков, содержат цирконий (100-200 г/л) и примеси железа, титана, алюминия, кремния и др. В промышленной практике применяют четыре способа выделения циркония из растворов:

. Выделение основного хлорида Zr(OH)2Cl2 7 H2О.

. Выделение основных сульфатов циркония.

. Осаждение кристаллогидрата сульфата циркония Zr(SО4)2 4 H2О.

. Кристаллизация сульфато-цирконатов натрия или аммония (дубитель для кожевенной промышленности).

Ниже рассмотрим наиболее распространенные первые два способа.

 

.2.2.1 Выделение основного хлорида

Способ основан на малой растворимости кристаллогидрата Zr(OH)2Cl2 7H2О в концентрированной соляной кислоте, в то время как в воде и разбавленной НС1 растворимость высокая:

 

Концентрация

НСl, г/л..................... 7,2 135,6 231,5 318 370

Растворимость при

С Zr(OH)2 7H2О,

г/л............................. 567,5 164,9 20,5 10,8 17,8

 

Растворимость основного хлорида в концентрированной НС1 при 70С примерно в 5 раз выше, чем при 20С. Выпариванием нельзя достигнуть концентрации НС1 выше ~220 г/л, так как образуется азеотропная смесь. Однако в кислоте такой концентрации растворимость Zr(OH)2Cl27H2О невысокая (~25г/л), что позволяет после охлаждения раствора выделить в кристаллы 70-80 % циркония, содержащегося в растворе. Основной хлорид выделяется в виде крупных кристаллов, имеющих форму тетрагональных призм, легко отделяемых от маточного раствора.

Способ дает возможность получить соединения циркония высокой чистоты, так как большинство примесей остается в солянокислом маточном растворе.

Из основного хлорида легко можно получить другие соединения циркония. Для получения ZrО2 основной хлорид растворяют в воде и осаждают добавлением раствора аммиака гидроксид циркония. Прокаливанием последнего при 600-700 С получают диоксид с содержанием ZrО2 99,6-99,8%. Для получения других соединений (нитрата, фторидов) гидроксид растворяют в соответствующей кислоте.

 

2.2.2.2 Выделение основных сульфатов

Малорастворимые основные сульфаты, состав которых можно выразить общей формулой х ZrО2y SО32H2О (х>у), выделяются из растворов при рН = 2-3 и мольном отношении SО3 : ZrО2 в исходном растворе в пределах 0,55-0,9.

При нейтрализации сернокислого раствора, содержащего значительный избыток кислоты, содой или аммиаком, гидролитическое выделение основного сульфата циркония не происходит. Это объясняется тем, что в таких растворах цирконий находится в составе прочных анионов [ZrO(SО4)2]2-, образующих с катионами натрия и аммония хорошо растворимые соли. Гидролиз наступает лишь в случае вывода части ионов SO4 из растворов, например добавлением ВаС12 или СаС12, что усложняет технологию.

Значительно проще гидролитическое выделение основных сульфатов из солянокислых или азотнокислых растворов, так как в этом случае в раствор вводится дозированное количество сульфат-ионов (добавляют H2SО4 или Na2SО4).

Для осаждения основного сульфата в солянокислый раствор, содержащий 40-60 г/л циркония, добавляют H2SО4 (0,5-0,7 моля на 1 моль ZrО2), нейтрализацией и разбавлением доводят кислотность до 1-1,5 г/л по НС1, а затем нагревают раствор до 70-80 С. В осадок выделяется 97-98% циркония, его состав примерно соответствует формуле

 

ZrО2S035H2О.

Осадок основного сульфата после промывки, фильтрации и сушки прокаливают для удаления SО3 при 850-900С в муфельных печах, футерованных высокоглиноземистым огнеупором. Получаемый технический диоксид циркония содержит 97-98% ZrО2. Основные примеси следующие, %: ТiO2 0,25-0,5; SiO2 0,2-0,5; Fe2O3 0,05-0,15; СаО 0,2-0,5; SO3 0,3-0,4.

Переработку цирконового концентрата по способу спекания с карбонатом кальция проводят по схеме представленной на рисунке 1

 

Рисунок 1. Технологическая схема переработки цирконового концентрата по способу спекания с карбонатом кальция

 

3. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

 

3.1 Металлургические расчеты

 

Задание. Рассчитать процесс спекания цирконового концентрата с известью и хлористым кальцием с последующим выщелачиванием спека соляной кислотой, осаждением циркония из раствора в виде основного сульфата и его прокалкой с получением технического ZrО2. Определить расход сырья и материалов на 1 т готовой продукции при производительности цеха 200 т/г. диоксида циркония.

Для расчета принимаем:

состав цирконового концентрата, %: 58,44 ZrO2; 31,2 SiO2; 4,26 Fe2O3, 5,5 ТiO2; 0,6 прочие;

содержание ZrO2 в техническом диоксиде циркония - 99,8 %;

степень вскрытия циркона - 98 %;

потери по операциям: спекание концентрата с известью - 10 %, обработка соляной кислотой и фильтрация - 2 % на каждой стадии, выдел

s