» » Разложение циркона по способу сплавления с едким натром
06.02.2017

Принципиальная схема процесса разложения циркона по способу сплавления с едким натром приведена на рис 107.
Сплавление. При сплавлении циркона с едким натром образуются цирконаты и силикаты натрия:
ZrSiO4 + 4NaOH = Na2ZrO3 + Na2SiO3 + 2Н3O.

Кроме метацирконата и метасиликата натрия, по всей вероятности получаются также ортоцирконат Na4ZrO4, сложные циркоyосиликаты (хNa2O*уZrO2*zSiO2), а также другие силикаты натрия, например Na2Si2O5, Na2Si2O7. Примеси титана (в виде минералов рутила, ильменита) реагируют с едким натром с образованием титанатов натрия.
Железо и алюминий находятся в сплаве в виде феррита (NaFeO2) и алюмината (NaAlO2) натрия.
Сплавление с едким натром производится в железных тиглях или чугунных котлах при температуре 500—600°.
Сначала расплавляют кусковой едкий натр. Затем в расплав постепенно добавляют тонкоизмельченный цирконовый концентрат. Такой порядок загрузки предотвращает выбросы, которые возможны вследствие выделения при реакции паров воды.
Разложение циркона по способу сплавления с едким натром

Чтобы обеспечить полное разложение концентрата, применяют значительный избыток едкого натра (100—200%) против теоретически необходимого по реакции.
При сплавлении наблюдается вспенивание, связанное с выделением паров воды. В целях безопасности плавильные котлы должны быть снабжены крышками. Загрузка концентрата должна осуществляться через загрузочную трубу в крышке. Выделяющиеся пары воды отсасываются через присоединенную к крышке вентиляционную трубу.
При плохой вентиляции в производственном помещении образуется «щелочной туман» (устойчивый аэрозоль едкого натра) действующий на кожные покровы и дыхательные пути человека.
Это затрудняет проведение операции в крупном масштабе Преимуществом метода является сравнительно низкая температура и высокая скорость протекания реакции.
Сплав выливают в железные противни и после остывания дробят на куски, поступающие затем на выщелачивание водой. Можно упростить операцию, вливая сплав непосредственно в воду. При этом необходимо принять меры против разбрызгивания щелочи.
Водное выщелачивание сплава. Водную обработку щелочного сплава производят в железных чанах с мешалками или в барабанных выщелачивателях с шарами. Полученный раствор после отстаивания осадка декантируют и осадок подвергают повторной водной обработке.
При выщелачивании водой в раствор переходит основная масса кремния в виде силиката на1рия. Одновременно происходит частичный гидролиз цирконата натрия с образованием гидроокиси циркония:
Na3ZrO3 + 2Н2О = ZrO (OH)2 + 2NaOH.

В процессе повторной водной обработки осадка по мере понижения щелочности раствора частично гидролизуется также и силикат натрия:
Na2SiO3 + 2Н2О = H2SiO3 + 2NaOH.

Чтобы предотвратить гидролиз, необходимо поддерживать определенную щелочность раствора (содержание NaOH порядка 3—5%).
При водной обработке примесь титаната натрия вместе с цирконием остается в осадке, алюминат натрия переходит в раствор. Феррит железа разлагается с образованием щелочи и гидратированной окиси железа.
Осадок после водной обработки сплава содержит таким образом цирконат натрия, гидроокись циркония, неотмытый силикат натрия, кремневую кислоту, титанат натрия, окислы железа, а также некоторое количество цирконосиликата натрия. Примерный состав осадка: 80—84% ZrO2; 8—12% SiO2; 4—6% Na2O. Далее осадок поступает на кислотное выщелачивание.
Кислотное выщелачивание. Выщелачивание осуществляют соляной или серной кислотой. В первом случае получают раствор хлористого цирконила, во втором случае — раствор, содержащий сульфат цирконила и цирконилсерную кислоту.
Серная кислота обладает рядом преимуществ по сравнению с соляной кислотой; стоимость ее ниже, транспортировка проще и рентабельнее, выбор материала аппаратуры не вызывает затруднений.
Однако выбор кислоты определяется не только экономическими соображениями, но и требованиями к чистоте конечного продукта.
При необходимости получения двуокиси циркония высокою чистоты обычно используют соляную кислоту, так как выделение циркония из солянокислых растворов в виде оксихлорида циркония позволяет получить более чистый продукт по сравнению с тем, который получается из сернокислых растворов. Реакции растворения выражаются уравнениями
Na2ZrO3 + 4НСl = ZrCCl2 + 2NaCl + 2Н2O;
Na2ZrO3 + 2H2SO4 = ZrO (SO4) + Na2SO4 + 2Н2O;
ZrO(SO4) + H2SO4 = H2[ZrO(SO4)2].

Одновременно в раствор переходит железо и другие растворимые в кислотах примеси.
Кремневая кислота частью остается в нерастворимом остатке вместе с неразложившимся цирконом, частью находится в растворе в коллоидном состоянии.
Для коагуляции кремневой кислоты в раствор добавляют коагуляторы, например столярный клей. Благодаря противоположным зарядам коллоидных частиц кремневой кислоты и столярного клея происходит взаимная нейтрализация частиц и коагуляция коллоидной кремневой кислоты. Объемистые осадки кремневой кислоты увлекают с собой часть циркония.
Растворение в соляной кислоте производят при нагревании в керамических, деревянных или железных гуммированных чанах с мешалками. Возможно применение чанов из искусственной смолы — фаолита. Растворение в серной кислоте проводится в освинцованных чанах или чанах, выложенных кислотоупорной керамической плиткой.
После отделения раствора от осадка, состоящего в основном из кремневой кислоты и неразложившегося минерала, цирконий выделяют из раствора одним из описанных ниже способов.