фтороаммонийный способ разложения циркона

Формула изобретения

Способ разложения циркона (ZrSiO₄) включает смешивание исходного порошка циркона с фторидом аммония (NH₄F), отличающийся тем, что смесь выдерживают в изохорных условиях при температуре 250-400^oС в течение 1-4 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии редких элементов и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях и предприятиях Министерства РФ по атомной энергии.

Основной источник циркония - минерал циркон, который является химически прочным соединением и не реагирует с кислотами и щелочами при нормальных условиях.

Известен способ разложения циркона, основанный на спекании его с известью СаО при температуре 1500^oС, с последующим кислотным выщелачиванием [Химия и технология редких и рассеянных элементов, под ред. Большакова К.А., Том 2, М.: ВШ, 1976].

Недостатками этого метода являются повышенные температуры процесса, что приводит к большим затратам электроэнегии, и трудности, возникающие при фильтрации после выщелачивания.

Известен способ разложения циркона сплавлением с гидроксидом натрия NaOH [Г. Л. Миллер, Цирконий, ИЛ, 1955]. Тонкоизмельченный цирконовый концентрат постепенно добавляют к расплавленному гидроксиду натрия при температуре 600^oС. Образовавшийся сплав выщелачивают водой, потом кислотами.

Недостатками этого процесса являются высокая агрессивность реагента и возможность образования щелочного тумана, действующего на дыхательные пути и кожные покровы человека.

Известен способ разложения циркона, основанный на спекании его с фторосиликатам калия [Н. П. Сажин, Е.А. Пепеляева, Сб."Исследования в области геологии, химии и металлургии", АН СССР, 1955]. Фторосиликат калия шихтуют с цирконом и спекают во вращающейся барабанной печи при температуре 650^o-700^oС, с последующим выщелачиванием спека водой и кристаллизацией из раствора фтороцирконата калия.

Недостатками этого метода являются повышенные температуры и возможность образования летучего тетрафторида кремния, что требует соблюдения герметичности аппаратуры, и повышенные требования к технике безопасности.

Известен способ разложения циркона, основанный на реакции взаимодействия фторида аммония с циркониевым концентратом, выбранный в качестве прототипа [Патент RU 2048559 "Способ переработки циркониевого концентрата" Мельниченко Е. И., Эпов Д.Г., Гордиенко П.С., Школьник Э.Л., Нагорский Л.В., Козленко И. А., Бузник В.М.].

Недостатком этого способа является проведение процесса при низких температурах - ниже 190^oС и при атмосферном давлении. Для полного вскрытия циркона в заявленных условиях необходимо длительное время до 72 ч, что затрудняет организацию многотоннажного производства.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового технологичного способа разложения циркона.

Поставленная задача достигается тем, что смешивают предварительно измельченный циркон с фторидом аммония и в герметично закрытом сосуде в изохорных условиях (при постоянном объеме и повышенном давлении) выдерживают при температуре 250-400^oС. Количество используемого фторида аммония составляет 100-120% от стехиометрического. Реакция идет согласно формуле

ZrSiO₄+13NH₄F=(NН₄)₃ZrF₇+(NН₄)₂SiF₆+8NH₃+4Н₂O

При автоклавном разложении циркона степень реагирования достигала 95% при температуре 250^oС за время 4 ч и при температуре 400^oС за время 1 ч.

Полученный в результате реакции гептафтороцирконат аммония (NH₄)₃ZrF₇ при температуре 400^oС на воздухе превращается в тетрафторид циркония, который в дальнейшем очищается от примесей методом сублимации.

Проведенные экспериментальные исследования по автоклавному вскрытию циркона фторидом аммония позволяют освоить многотоннажную технологию получения тетрафторида циркония ядерной чистоты без применения элементного фтора и фтороводорода, пригодного как для кальцийтермического восстановления и получения металлического циркония, так и для получения керамики на основе оксида циркония.

Преимущество использования фторида аммония перед фтором, фтороводородом и другими фторирующими агентами заключается в его малой агрессивности, а также возможностью регенерации и возвращения в цикл.

Пример 1

В экспериментальных работах использовались цирконовый флотоконцентрат Туганского месторождения и фторид аммония марки ЧДА.

Навеску циркона массой 2 г смешивают с 8 г фторида аммония, смесь количественно переносят в автоклав объемом 100 мл футерованный изнутри кварцем. Герметизированный автоклав выдерживают при температуре 250^oС в течение 4 ч. После чего содержимое автоклава сульфатизируют (отдымливают в 5 мл серной кислоты) и подвергают водному выщелачиванию. В растворе получают до 1, 3 г цирконил иона (в пересчете на ZrO₂), что соответствует 95% степени извлечения иона циркония из минерала ZrSiO₄ в раствор.

Пример 2

Отличается от примера 1 тем, что герметизированный автоклав выдерживают при температуре 400^oС в течение 1 ч.