Сведения об открытии металла

Содержание

Введение

Общие сведения

    Сведения об открытии металла

    Физические и химические свойства циркония

    Нахождение в природе и минералы циркония

    Применение циркония

Технология переработки цирконовых концентратов

2.1 Способы разложения цирконовых концентратов

Продукты переработки цирконовых концентратов

Способ разделения циркония и гафния

2.4 Производство металлического циркония

Фторсиликатный способ вскрытия цирконовых концентратов

Характеристика технологического процесса

4 Расчёт процесса спекания цирконового концентрата с фторсиликатом калия

Рациональный состав цирконового концентрата

Расчёт количества потерь по операциям технологической схемы

Расчёт материального баланса процесса спекания

Заключение

Список использованных источников

Введение

 

Цирконий получают из силикатной руды, содержащей минерал циркон, путем восстановления оксида и хлорида титана и т.п., или путем электролиза. Он представляет собой металл серебристо-серого цвета, ковкий и вязкий.

Крупнейшими странами-продуцентами циркония являются Австралия, с долей в мировой добыче 41%, ЮАР с долей 32% и Китай с долей 11% в мировой добыче. Кроме того заметными продуцентами также являются Индонезия, Украина, Индия и Бразилия. Россия с учетом достаточно больших запасов занимает в производстве циркония низкие позиции, с долей в мировой добыче 1%.

Мировая торговля циркониевыми рудами и концентратами составляет около 80% мировой добычи. Основными импортерами руд и концентратов циркониевых являются Китай с долей 47% в мировом импорте и Испания с долей 12% в мировом импорте. Заметными импортерами также являются Италия, Германия, Индия, Бельгия, Франция, Япония, Нидерланды, Таиланд, США, Индонезия. Объем импорта по крупнейшим странам-импортерам в 2009 году снизился. Китай снизил ввоз на 8% до 470 тыс.тонн циркония в концентрате, Испания на 23% до 117 тыс.тонн. Увеличили импорт Индия на 12% до 30 тыс.тонн и Бельгия на 66% до 28, 9 тыс.тонн. Импорт циркониевых руд и концентратов в Россию в 2009 году снизился на 46% до 7, 6 тыс.тонн. Экспорт руд и концентратов также снизился на 23% до 5, 2 тыс.тонн.

Объем торговли собственно металлическим цирконием, а также изделиями из него достаточно мал, как впрочем и производство. В Россию в основном импортируется цирконий необработанный, порошки и прочие изделия, занимающие в общих объемах импорта 99%. В 2009 году объем импорта циркония в Россию сократился на 41% до 78 тонн.

 

Общие сведения

Сведения об открытии металла

 

В 1789 году немецкий химик член Берлинской Академии наук Мартин Генрих Клапрот, анализируя одну из разновидностей минерала циркона, обнаружил новый элемент, который он назвал цирконием. Благодаря красивой окраске - золотистой, оранжевой, розовой - циркон еще в эпоху Александра Македонского считался драгоценным камнем. Название минерала происходит, по-видимому, от арабского слова «царгун» - золотистый.

Металлический цирконий получен Берцелиусом в 1824 году в виде сильно загрязненного порошка. В 1925 году Ван-Аркель и де-Бур, применив йодидное рафинирование, получили пластичный металл. Такой разрыв во времени обусловлен высокой химической активностью циркония, которая затрудняла как его выделение из природного сырья и искусственных соединений, так и получение в пластичном виде.

В 1923 г. Кюстер и Хевеши сообщили об открытии в циркониевом сырье элемента с атомным номером 72, который они назвали гафнием. Пластичный гафний был получен одновременно с пластичным цирконием также йодидным рафинированием. [1]

 

Физические свойства и химические свойства циркония

 

Цирконий относится к числу тугоплавких элементов, входящих в четвертую и пятую группу периодической системы. Металл отличается высокой прочностью кристаллической решетки, что определяет повышенную плотность, температуру плавления и стойкость против коррозии.

Природный цирконий состоит из пяти изотопов с массовыми числами 90, 91, 92, 94 и 96. Кроме того, известно восемь искусственных радиоактивных изотопов циркония с массовыми числами 86, 87, 88, 89, 93, 95, 97. Цирконий имеет как металлические, так и металлоидные свойства. Существуют устойчивые нерастворимые цирконаты и гафнаты щелочных металлов типа Me₂MeO₃, а также многочисленные фторцирконаты, в которые цирконий входит в состав в виде анионов со фтором.

При температурах до 100 ^oC цирконий стоек по отношению к соляной, азотной и фосфорной кислотам любой концентрации и к серной кислоте концентрации до 50%; однако он легко растворяется в царской водке и плавиковой кислоте.

Отмечается высокая стойкость циркония по отношению к концентрированным растворам щелочей при повышенных температурах, расплавленным щелочным металлам до 600 ^оС, воде подогретой до 300-350 ^оС и пару до 400 ^оС.

При обыкновенной температуре цирконий стоек на воздухе, но при нагревании взаимодействует с кислородом с выделением значительных количеств тепла.

Коррозийная стойкость циркония значительно уменьшается в присутствии некоторых примесей. При нагревании цирконий образует галоидные соединения: с азотом и водородом - нитриды и гидриды, с углеродом - карбиды. [1]

 

Таблица 1.1 - Физические свойства циркония [1]

Свойство	Величина
Атомная масса	91, 22
Атомный номер	40
Плотность, г/см3	6, 45
Температура плавления, оС	1852
Температура кипения, оС	3580 - 3700
Удельная теплоемкость, кал/г ∙ оС	0, 0693
Теплопроводность при 50 оС кал / (см ∙ сек ∙ оС)	0, 050

 

1.3
Нахождение в природе и минералы циркония

 

Соединения циркония широко распространены в литосфере. Содержание циркония в земной коре 1, 7 ∙ 10^-2 %. Концентрация в морской воде 5 ∙ 10^-5 мг/л. Насчитывается около 40 минералов циркония.

Основной рудообразующий циркониевый минерал - циркон ZrSiO₄, содержащий 49, 5 % Zr. Он встречается во всех видах пород. Меньшее промышленное значение имеет бадделит ZrO₂. Запасы этих минералов превышают 25 - 27 млн. т.

Месторождения третьего минерала - эвдиалита, несмотря на огромные запасы, представляют для циркониевой промышленности лишь потенциальный интерес, потому что содержание циркония в эвдиалите в 5-7 раз меньше, чем в двух предыдущих минералах.

Во всех месторождениях вместе с цирконием присутствует и гафний благодаря изоморфному замещению атома циркония. Гафний не образует самостоятельных минералов, но в виде изоморфной примеси всегда сопутствует цирконию. Содержание двуокиси гафния: в цирконе - 0, 8-0, 8 %; в бадделеите - 0, 1-3, 5 %; в эвдиалите - 0, 1-1 %. Производство гафния может быть организовано лишь при комплексном использовании циркониевых руд.

В настоящее время разрабатываются россыпные месторождения, образованию которых способствовали высокая плотность, большая твердость, отсутствие спайности и химическая устойчивость минералов. Обычно в шлихах россыпных месторождений содержится 30-70 % рудных минералов, в том числе 0, 5-10 % циркона. Рентабельными считаются россыпи, содержащие не менее 8-10 кг циркона в 1 м³. [1]

Циркониевым минералам сопутствует магнетит, ильменит, рутил, монацит и др.

Наиболее крупные месторождения циркония находятся в США, Австралии, Индии, Бразилии, Марокко, Мавритании, Нигерии и на Шри-Ланке. Мировая доля производства в первых четырех странах составляет 100 - 160 тыс. т в год.

В России, на долю которой приходится 10 % мировых запасов циркония (3 место в мире после Австралии и ЮАР), основными месторождениями являются: Ковдорское коренное бадделит-апатит-магнетитовое в Мурманской области, Туганское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Томской области, Лукояновское россыпное циркон-рутил-ильменитовое в Нижегородской области, Катугинское коренное циркон-пирохлор-криолитовое в Читинской области. [5]

 

Применение циркония

 

В промышленности цирконий стал применяться с 30-х годов XX века. Из-за высокой стоимости его применение ограничено.

Единственным предприятием, специализирующемся на производстве циркония в России (и на территории бывшего СССР), является Чепецкий механический завод < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B5%D0%BF%D0%B5%D1%86%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D0%B2%D0%BE%D0%B4> (Глазов < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2>, Удмуртия < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%B4%D0%BC%D1%83%D1%80%D1%82%D0%B8%D1%8F> ).

Области применения циркония и его соединений весьма разнообразны. Значительная часть циркония используется в виде концентратов обогащения без химической переработки или с незначительной химической подготовкой, требующейся для удаления примесей. В больших масштабах потребляется двуокись циркония и в значительно меньших количествах - металл.

Цирконий имеет очень малое сечение < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%B5%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5> захвата тепловых нейтронов < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5_%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%8B> и высокую температуру плавления. Поэтому металлический цирконий, не содержащий гафния < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B0%D1%84%D0%BD%D0%B8%D0%B9>, и его сплавы < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2> применяются в атомной энергетике для изготовления тепловыделяющих элементов < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>, тепловыделяющих сборок < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%8E%D1%89%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%BA%D0%B0> и других конструкций ядерных реакторов.

В металлургии применяется в качестве лигатуры < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_(%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D1%83%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F)>. Хороший раскислитель и деазотатор, по эффективности превосходит Mn < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86>, Si < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D0%B8%D0%B9>, Ti < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD_(%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82)>. Легирование < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B3%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5> сталей < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C> цирконием (до 0, 8 %) повышает их механические свойства и обрабатываемость. Делает также более прочными и жаростойкими сплавы меди < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%B4%D1%8C> при незначительной потере электропроводности < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C>.

Цирконий обладает замечательной способностью сгорать в кислороде воздуха (температура самовоспламенения - 250 °C) практически без выделения дыма и с высокой скоростью. При этом развивается самая высокая температура для металлических горючих (4650 °C). За счет высокой температуры образующаяся двуокись циркония < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D1%86%D0%B8%D1%80%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D1%8F(IV)> излучает значительное количество света, что используется очень широко в пиротехнике (производство салютов и фейерверков), производстве химических источников света, применяемых в различных областях деятельности человека (факелы, осветительные ракеты, осветительные бомбы, ФОТАБ - фотоавиабомбы < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BE%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%B1%D0%B0>; широко применялся в фотографии в составе одноразовых ламп-вспышек, пока не был вытеснен электронными вспышками). Для применения в этой сфере представляет интерес не только металлический цирконий, но и его сплавы с церием < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%B9>, дающие значительно больший световой поток. Порошкообразный цирконий применяют в смеси с окислителями (бертолетова соль < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0_%D1%81%D0%BE%D0%BB%D1%8C> ) как бездымное средство в сигнальных огнях пиротехники и в запалах, заменяя гремучую ртуть < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B5%D0%BC%D1%83%D1%87%D0%B0%D1%8F_%D1%80%D1%82%D1%83%D1%82%D1%8C> и азид свинца < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B7%D0%B8%D0%B4_%D1%81%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B0>. Проводились удачные эксперименты по использованию горения циркония в качестве источника света для накачки лазера < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B7%D0%B5%D1%80>.

В виде конструкционного материала идет на изготовление кислотостойких химических реакторов < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80>, арматуры, насосов. Цирконий применяют как заменитель благородных металлов. В атомной энергетике цирконий является основным материалом оболочек твэлов < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8F%D1%8E%D1%89%D0%B8%D0%B9_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82>.

Область применения диоксида циркония - производство огнеупоров-бакоров. Применяется в качестве заменителя шамота < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%82>, так как в 3-4 раза увеличивает кампанию в печах для варки стекла и алюминия. Огнеупоры на основе стабилизированной двуокиси применяются в металлургической промышленности для желобов, стаканов при непрерывной разливке сталей, тиглей для плавки редкоземельных элементов. Также применяется в керметах < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D1%82> - керамикометаллических покрытиях, которые обладают высокой твёрдостью и устойчивостью ко многим химическим реагентам, выдерживают кратковременные нагревания до 2750 °C. Двуокись - глушитель эмалей < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BC%D0%B0%D0%BB%D1%8C>, придает им белый и непрозрачный цвет. На основе кубической модификации двуокиси циркония, стабилизированной скандием < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D0%B9>, иттрием < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D1%82%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9>, редкими землями, получают материал - фианит < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%82>. Этот материал применяется в качестве оптического материала с большим коэффициентом преломления (линзы плоские), в медицине (хирургический инструмент), в качестве синтетического ювелирного камня (дисперсия, показатель преломления и игра цвета больше, чем у бриллианта < http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%80%D0%B8%D0%BB%D0%BB%D0%B8%D0%B0%D0%BD%D1%82> ), при получении синтетических волокон и в производстве некоторых видов проволоки (волочение). При нагревании диоксид циркония проводит ток, что иногда используется для получения нагревательных элементов, устойчивых на воздухе при очень высокой температуре.

Нагретый цирконий способен проводить ионы кислорода как твердый электролит. Это свойство используется в промышленных анализаторах кислорода. [5]

 

Способ хлорирования

Тетрахлорид циркония можно получить хлорированием трех продуктов: цирконового крнцентрата, диоксида циркония и карбида (или карбонитрида) циркония.

При хлорирование цирконового концентрата его смешивают с углем с достаточной для практических целей скоростью при температуре 900 - 1000 ^оС. Основная реакция процесса:

 

ZrSiO₄ + 4Cl + 2C = ZrCl₄ + SiCl₄ + 2CO₂ (2.5)

 

Хлорирование проводят в шахтных хлораторах с питанием брикетированной шихтой, в хлораторах с солевым расплавом и в кипящем слое.

При варианте хлорирования карбида (или карбонитрида) циркония циркон восстанавливается углеродом при температуре 1900 - 2200 ^оС с образованием карбида циркония, при этом большая часть кремния удаляется в составе монооксида SiO. В результате восстановления получается продукт с высоким содержанием циркония, который активно хлорируется при низких температурах. При соответствующем содержании углерода в шихте восстановление протекает преимущественно по реакции

 

ZrSiO₄ + 4C = ZrC + SiО + 3CO (2.6)

 

Карбид и карбонитрид хлорируются с высокой скоростью при температуре 400 ^оС, причем выделяемого тепла достаточно для протекания процесса даже в хлораторах небольшого размера. Основные реакции:

 

ZrC + 2Cl₂ → ZrCl₄ + C + 842 кДж (2.7)

ZrC + 2Cl₂ → ZrCl₄ + 1/2N₂ + 670 кДж (2.8)

 

Процесс проводят в печи кипящего слоя для карбонизации циркона. [2]

Характеристика технологии

 

Рисунок 3.1 - Принципиальная технологическая схема процесса спекания цирконового концентрата с фторсиликатом калия. [4]

 

Этот способ, разработанный в СССР Н.П. Сажиным и Е.А. Пепеляевой, основан на взаимодействии циркона с фторсиликатом калия в присутствие хлористого калия при температуре 650-700 ^оС, в результате которого образуется K₂ZrF₆:

 

ZrSiO₄ + K₂ZrF₆ → K₂ZrF₆ + 2SiO₂ (3.1)

 

Хлористый калий образует легкоплавкую жидкую фазу, содержащую K₂SiF₆. Также хлористый калий способствует более полному разложению циркона, которая достигает 97-98 %. Это повышает активность взаимодействия с цирконом и подавляет диссоциацию K₂SiF₆ с образованием летучего SiF₄. В присутствие KCl при температуре 650-700 ^оС в основном взаимодействие протекает по реакции:

 

ZrSiO₄ + K₂ZrF₆ + KCl ↔ K₂ZrF₆Cl + 2SiO₂ (3.2)

 

В процессе охлаждения расплав K₂ZrF₆Cl разлагается:

 

K₂ZrF₆Cl → K₂ZrF₆ + KCl (3.3)

 

Полученный спек содержит в основном K₂ZrF₆, но присутствуют также K₂ZrF₇ и K₂ZrF₆Cl.

Продукты реакции (3.1) при температуре 700-900 ^оС взаимодействуют по уравенению:

 

K₂ZrF₆ + SiO₂ = 2KF + SiF₄ + ZrO₂ (3.4)

 

Для предотвращения этого процесса, влекущего образование нерастворимой в воде двуокиси циркония, необходим избыток четырехфтористого кремния в исходной шихте и продуктах реакции. Это достигается повышением реагента в шихте, спеканием в герметичном аппарате, а также осуществлением процесса при возможно более низкой температуре без снижения вскрытия циркона. Окислы металлов по своей способности к реакции с кремнефтористым калием располагаются в следующий ряд: ZrO₂ > Al₂O₃ > TiO₂ > Fe₂O₃.

При введение в шихту около 150 % K₂ZrF₆ от СНК по реакции (3.1) и 30-50 % КCl от массы цирконового концентрата, измельченного до крупности 0, 1 мм, взаимодействие протекает полно при 650-700 ^оС за 1-1, 5 часа. Хлористый калий вводят в шихту в виде раствора, что обеспечивает равномерность его распределения.

Влажную шихту подают в барабанную печь, где в зоне спекания поддерживают температуру 650-700 ^оС.

 

Рисунок 3.2 - Схема муфельной барабанной печи: 1 - муфель; 2 - нагреватели; 3 - огнеупорная кладка печи; 4 - холодильник; 5 - вход в печь; 6 - выход из печи. [5]

 

Выше 730-750 ^оС материал оплавляется, что нарушает работу печи. Вследствие трудностей строгого поддержания оптимальной температуры. Так как в барабанной печи с открытым факелом степень разложения концентрата сильно колеблется, процесс лучше проводить в муфельной барабанной печи. Муфель изготовлен из жаропрочного сплава, футеровка заключена в металлический кожух.

Спек состоит из гранул размером 5-10 мм. Его измельчают до крупности - 0, 15 мм и выщелачивают 1%-ным раствором соляной кислоты при отношении Т: Ж = 1: 7 и температуре 85 ^оС. Кремневую кислоту отделяют отстаиванием и декантацией при температуре 80 ^оС. Затем раствор охлаждают, и основная часть выпадающих кристаллов фторцирконата калия вместе с соответствующей солью гафния выпадает в раствор. После отстаивания при температуре не ниже 80 ^оС осветленный горячий раствор поступает на кристаллизацию. цирконий концентрат гафний калий

Растворимость K₂ZrF₆ сильно зависит от температуры.

Таблица 3.1 - Зависимость температур и растворимости K₂ZrF₆

Температура, оС	10	20	40	60	80	90
Растворимость K2ZrF6 г/100 г H2O	1, 22	1, 55	2, 37	3, 81	6, 9	11, 1

 

Это позволяет, охлаждая раствор, выделить в кристаллы от 70 до 90 % циркония в зависимости от его исходной концентрации. Из маточных растворов осаждают аммиаком гидроксид циркония, который возвращают в шихту для спекания. Получаемые по описанной технологии из цирконовых концентратов кристаллы K₂ZrF₆ имеют следующий состав: (Zr + Hf) 31, 9 - 32; К 27, 2 - 27, 6; F 39, 9 - 40, 05; Fe 0, 044 - 0, 045; Ti 0, 041 - 0, 042; Si 0, 06 - 0, 07; Cl 0, 006 - 0, 008; Hf 1, 5 - 2, 5. Гафний от циркония отделяют дробной кристаллизацией.

Также, помимо фторсиликатного способа, существуют другие варианты переработки цирконового концентрата фторсодержащими реагентами, например 40 %-ной плавиковой кислотой. При выпаривание полученного осадка досуха кремний удаляется в виде летучего SiF₂; остаток от упаривания растворяют в воде и цирконий осаждают из раствора в виде гидроокиси.

Имеются сообщения о вскрытии тонкоизмельченного циркона с плавлением с 4- и 6-кратным по массе количеством KHF₂ или NaHF₂. Плав затем измельчают, выщелачивают горячей водой, подкисленной плавиковой кислотой, а двойной фторид циркония и щелочного металла, выпадающий при охлаждении раствора, отфильтровывают. Методы не нашли промышленного применения в связи с высокой стоимостью реагентов. [1, 2]

Заключение

 

В курсовой работе представлены основные свойства, назначение и роль в народном хозяйстве циркония. В этой работе собран краткий аналитический обзор процесса из разных источников, кратко представлена технология промышленного получения и переработки циркония. Здесь подробно изложен фторсиликатный способ вскрытия цирконовых концентратов.

Рассчитан рациональный состав концентрата и суточный материальный баланс процесса переработки цирконового концентрата по фторсиликатному способу.

Содержание

Введение

Общие сведения

    Сведения об открытии металла

    Физические и химические свойства циркония

    Нахождение в природе и минералы циркония

    Применение циркония

Технология переработки цирконовых концентратов

2.1 Способы разложения цирконовых концентратов

Продукты переработки цирконовых концентратов

Способ разделения циркония и гафния

2.4 Производство металлического циркония

Фторсиликатный способ вскрытия цирконовых концентратов

Характеристика технологического процесса

4 Расчёт процесса спекания цирконового концентрата с фторсиликатом калия

Рациональный состав цирконового концентрата

Расчёт количества потерь по операциям технологической схемы

Расчёт материального баланса процесса спекания

Заключение

Список использованных источников

Введение

 

Цирконий получают из силикатной руды, содержащей минерал циркон, путем восстановления оксида и хлорида титана и т.п., или путем электролиза. Он представляет собой металл серебристо-серого цвета, ковкий и вязкий.

Крупнейшими странами-продуцентами циркония являются Австралия, с долей в мировой добыче 41%, ЮАР с долей 32% и Китай с долей 11% в мировой добыче. Кроме того заметными продуцентами также являются Индонезия, Украина, Индия и Бразилия. Россия с учетом достаточно больших запасов занимает в производстве циркония низкие позиции, с долей в мировой добыче 1%.

Мировая торговля циркониевыми рудами и концентратами составляет около 80% мировой добычи. Основными импортерами руд и концентратов циркониевых являются Китай с долей 47% в мировом импорте и Испания с долей 12% в мировом импорте. Заметными импортерами также являются Италия, Германия, Индия, Бельгия, Франция, Япония, Нидерланды, Таиланд, США, Индонезия. Объем импорта по крупнейшим странам-импортерам в 2009 году снизился. Китай снизил ввоз на 8% до 470 тыс.тонн циркония в концентрате, Испания на 23% до 117 тыс.тонн. Увеличили импорт Индия на 12% до 30 тыс.тонн и Бельгия на 66% до 28, 9 тыс.тонн. Импорт циркониевых руд и концентратов в Россию в 2009 году снизился на 46% до 7, 6 тыс.тонн. Экспорт руд и концентратов также снизился на 23% до 5, 2 тыс.тонн.

Объем торговли собственно металлическим цирконием, а также изделиями из него достаточно мал, как впрочем и производство. В Россию в основном импортируется цирконий необработанный, порошки и прочие изделия, занимающие в общих объемах импорта 99%. В 2009 году объем импорта циркония в Россию сократился на 41% до 78 тонн.

 

Общие сведения

Сведения об открытии металла

 

В 1789 году немецкий химик член Берлинской Академии наук Мартин Генрих Клапрот, анализируя одну из разновидностей минерала циркона, обнаружил новый элемент, который он назвал цирконием. Благодаря красивой окраске - золотистой, оранжевой, розовой - циркон еще в эпоху Александра Македонского считался драгоценным камнем. Название минерала происходит, по-видимому, от арабского слова «царгун» - золотистый.

Металлический цирконий получен Берцелиусом в 1824 году в виде сильно загрязненного порошка. В 1925 году Ван-Аркель и де-Бур, применив йодидное рафинирование, получили пластичный металл. Такой разрыв во времени обусловлен высокой химической активностью циркония, которая затрудняла как его выделение из природного сырья и искусственных соединений, так и получение в пластичном виде.

В 1923 г. Кюстер и Хевеши сообщили об открытии в циркониевом сырье элемента с атомным номером 72, который они назвали гафнием. Пластичный гафний был получен одновременно с пластичным цирконием также йодидным рафинированием. [1]

 

123Следующая ⇒

Поделиться: