Способ получения циркона, содержащего изоморфные примеси

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2776896:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к получению циркона, содержащего изоморфные примеси, и может быть использовано при получении пигментов, катализаторов, люминесцентных материалов, а также для иммобилизации радиоактивных отходов. Осуществляют приготовление смеси на основе диоксида циркония, аморфного диоксида кремния и оксида примесного металла - диоксида церия и подвергают механообработке в планетарной мельнице при интенсивности энергоподвода не менее 5 кДж/с на 1 кг смеси в течение 10-30 мин. Полученную шихту прокаливают в воздушной среде при температуре 1200-1250°С в течение 2,5-3,0 ч. Изобретение позволяет снизить температуру и длительность прокаливания шихты при уменьшении числа операций, а также повысить выход циркона до 97 мас.%. 3 пр.

Настоящее изобретение относится к получению циркона, содержащего изоморфные примеси, и может быть использовано при получении пигментов, катализаторов, люминесцентных материалов, а также для иммобилизации радиоактивных отходов.

При получении циркона ZrSiO₄, допированного различными металлами, присутствующими в виде изоморфных примесей, применяют способы, основанные на смешении оксидов циркония, кремния и примесного металла и прокаливании смеси при высоких температурах в течение длительного времени, что обусловлено высокой устойчивостью оксидов циркония и кремния.

Известен способ получения циркона, содержащего изоморфные примеси (см. Ushakov S.V., Burakov В.Е., Garbuzov V.M., et al., Synthesis of Cedoped zircon by a sol-gel process. Scientific Basis for Nuclear Waste Management XXI, 506, 281-288, 1998), включающий приготовление водно-метанольного раствора тетраэтоксисилана, оксинитрата цирконила и нитрата церия и аммония, получение на его основе геля в течение 80-200 часов, высушивание геля при 90°С с последующей термообработкой при 900°С и дальнейшим прокаливанием при 1400-1600°С в течение 1 часа на воздухе. Выход циркона при прокаливании составляет 85 мас.%, а содержание церия в цирконе - 2-4 ат. %.

Недостатками данного способа являются повышенная температура прокаливания смеси, значительное число операций, недостаточно высокий выход циркона и относительно невысокое содержание в нем изоморфной примеси церия, а также необходимость использования дорогостоящих реагентов и утилизации жидкофазных стоков. Все это снижает технологичность способа.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения циркона, содержащего изоморфные примеси (см. пат. 2049067 РФ, МПК⁶ C01G 25/00, 1991), включающий приготовление шихты смешением в шаровой мельнице порошка оксидов кремния, порошка примесного металла и пудры металлического циркония, прессование шихты в виде таблеток под давлением 10 МПа, нагрев в среде гелия, не снимая давления, до 1900°С, снижение давления до атмосферного, снижение температуры до 1600°С, дальнейшее снижение температуры до 1200°С в течение 3 суток с последующим прекращением нагревания и остыванием. Выход допированного циркона составляет не менее 75 мас.%.

Недостатками известного способа являются повышенная температура и большая продолжительность прокаливания смеси, необходимость проведения прокаливания при высоком давлении в инертной атмосфере, а также недостаточно высокий выход циркона. Все это снижает технологичность способа.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения температуры и длительности прокаливания шихты при уменьшении числа операций, а также повышения выхода циркона.

Технический результат достигается тем, что в способе получения циркона, содержащего изоморфные примеси, включающем приготовление смеси на основе цирконийсодержащего компонента, диоксида кремния и оксида примесного металла, механообработку смеси и прокаливание полученной шихты, согласно изобретению, в качестве цирконийсодержащего компонента берут диоксид циркония, в качестве диоксида кремния - аморфный диоксид кремния, а в качестве оксида примесного металла - диоксид церия, механообработку смеси ведут в планетарной мельнице при интенсивности энергоподвода не менее 5 кДж/с на 1 кг смеси в течение 10-30 минут, а прокаливание шихты осуществляют в воздушной среде при температуре 1200-1250°С в течение 2,5-3,0 часов.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Использование диоксида циркония в качестве цирконийсодержащего компонента обеспечивает прямое образование циркона в результате взаимодействия с диоксидом кремния и оксидом примесного металла без необходимости получения промежуточного аморфного соединения, содержащего цирконий, примесный металл и кислород, при высокой температуре в инертной среде под давлением.

Использование в качестве диоксида кремния аморфного диоксида кремния позволяет увеличить скорость реакции его взаимодействия с диоксидом циркония с образованием циркона.

Использование в качестве оксида примесного металла диоксида церия обеспечивает получение целевого продукта - циркона, содержащего изоморфную примесь металла.

Проведение механообработки смеси компонентов в планетарной мельнице при интенсивности энергоподвода не менее 5 кДж/с на 1 кг смеси в течение 10-30 минут позволяет обеспечить высокую степень гомогенизации компонентов смеси, а также формирование микрокомпозитов диоксида циркония, аморфного диоксида кремния и диоксида церия. В результате увеличивается скорость реакции образования циркона, что позволяет снизить температуру прокаливания. При интенсивности энергоподвода менее 5 кДж/с на 1 кг смеси и времени механообработки менее 10 минут скорость реакции образования циркона при прокаливании будет низка. Время механообработки более 30 минут нежелательно по причине высоких энергозатрат без существенного увеличения скорости реакции образования циркона при прокаливании.

Осуществление прокаливания шихты в воздушной среде при температуре 1200-1250°С и атмосферном давлении в течение 2,5-3,0 часов упрощает способ и обеспечивает высокий выход циркона, содержащего изоморфную примесь церия. Прокаливание при температуре менее 1200°С в течение менее 2,5 часов существенно снижает скорость образования циркона, а прокаливание при температуре более 1250°С и времени более 3 часов нецелесообразно, поскольку с ростом температуры уменьшается выход циркона и содержание в нем изоморфной примеси церия, а также повышаются энергозатраты.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения температуры и длительности прокаливания шихты при уменьшении числа операций, а также повышения выхода циркона.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. Берут диоксид циркония, аморфный диоксид кремния и диоксид церия при мольном отношении Si:Zr:Ce=1,0:0,9:0,1 и подвергают механообработке в планетарной мельнице в течение 14 минут при интенсивности энергоподвода 10 кДж/с на 1 кг смеси. Полученную шихту прокаливают в воздушной среде при температуре 1200°С течение 2,8 часов. Выход циркона составил 93 мас.%, содержание церия в цирконе - 5 ат.%.

Пример 2. Берут диоксид циркония, аморфный диоксид кремния и диоксид церия при мольном отношении Si:Zr:Ce=T,0:1,0:0,1 и подвергают механообработке в планетарной мельнице в течение 30 минут при интенсивности энергоподвода 5 кДж/с на 1 кг смеси. Полученную шихту прокаливают в воздушной среде при температуре 1250°С течение 2,5 часов. Выход циркона составил 94 мас.%, содержание церия в цирконе - 4,9 ат.%.

Пример 3. Берут диоксид циркония, аморфный диоксид кремния и диоксид церия при мольном отношении Si:Zr:Ce=1,0:0,95:0,1 и подвергают механообработке в планетарной мельнице в течение 10 минут при интенсивности энергоподвода 15 кДж/с на 1 кг смеси. Полученную шихту прокаливают в воздушной среде при температуре 1230°С течение 3 часов. Выход циркона составил 97 мас.%, содержание церия в цирконе - 5,1 ат.%.

Из вышеприведенных Примеров видно, что способ согласно изобретению позволяет снизить (до 1200°С) температуру прокаливания шихты, уменьшить (до 2,5 часов) длительность прокаливания шихты, а также уменьшить число операций и повысить выход циркона до 97 мас.%. Все это повышает технологичность заявляемого способа. Способ относительно прост и может быть реализован в промышленных условиях.

Способ получения циркона, содержащего изоморфные примеси, включающий приготовление смеси на основе цирконийсодержащего компонента, диоксида кремния и оксида примесного металла, механообработку смеси и прокаливание полученной шихты, отличающийся тем, что в качестве цирконийсодержащего компонента берут диоксид циркония, в качестве диоксида кремния - аморфный диоксид кремния, а в качестве оксида примесного металла - диоксид церия, механообработку смеси ведут в планетарной мельнице при интенсивности энергоподвода не менее 5 кДж/с на 1 кг смеси в течение 10-30 мин, а прокаливание шихты осуществляют в воздушной среде при температуре 1200-1250°С в течение 2,5-3,0 ч.

Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к способам переработки цирконового концентрата, и может быть использовано для получения бадделеитового концентрата – сырья для производства цирконийсодержащих продуктов: керамического диоксида циркония и металлического циркония и его сплавов, а также диоксида кремния в виде товарного продукта.

Способ получения порошков диоксида циркония со сфероидальной формой частиц с содержанием стабилизирующего компонента от 20 до 60 массовых процентов // 2769683

Изобретение относится к химической промышленности и порошковой металлургии и может быть использовано в плазменном напылении, шликерном литье, лазерном спекании. Сначала готовят общий раствор устойчивых к гидролизу в водном растворе неорганических солей циркония и солей металлов 3 группы Периодической системы химических элементов, выбранных из скандия, иттрия, лантана или лантаноидов, в количестве, обеспечивающем содержание последних до 20% от конечной массы композиции в пересчёте на оксиды.

Способ производства оксидных композиций церия-циркония и редкоземельных элементов // 2766540

Изобретение предназначено для использования в составе трехмаршрутных катализаторов очистки выхлопных газов автомобилей. Способ производства оксидных композиций церия-циркония включает приготовление общего раствора с концентрацией от 10 до 100 г/дм3 в пересчете на конечную композицию, содержащего растворимые соли циркония, церия, а также одного или нескольких редкоземельных элементов, выбранных из иттрия, лантана и неодима.

Способ получения карбонитрида циркония zr2cn кубической системы // 2754736

Изобретение относится к области получения тугоплавких соединений, конкретно к способу получения карбонитрида циркония Zr2CN кубической системы. Способ включает азотирование карбида циркония.

Смешанный оксид на основе церия и циркония // 2753046

Изобретение может быть использовано при очистке выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Предложен смешанный оксид циркония, церия, лантана и необязательно по меньшей мере одного редкоземельного элемента, отличного от церия и лантана (РЗЭ), также содержащий гафний.

Кластер на основе циркония в качестве активного вещества антиперспиранта и дезодоранта // 2749186

Изобретение относится к средствам для личной гигиены, таким как антиперспиранты, дезодоранты, средства для мытья тела, гели для душа, кусковое мыло, шампуни, кондиционеры для волос или косметические средства. Сначала объединяют основную аминокислоту, например, аргинин, и оксихлорид циркония в водном растворе при молярном соотношении основной аминокислоты и оксихлорида циркония менее 1,5.

Кислотный гидроксид циркония // 2743207

Изобретение может быть использовано при изготовлении катализаторов и сорбентов. Предложен гидроксид циркония, включающий в пересчете на оксид до 30% вес.

Способ получения водных суспензий нанокомпозитного материала на основе оксида графена и трисульфида циркония с противомикробными свойствами // 2739922

Изобретение может быть использовано в химической промышленности и сельском хозяйстве для обработки пористых систем, в том числе различных видов почв, с целью подавления активности патогенных микроорганизмов. Сначала синтезируют трисульфид циркония из металлического циркония и порошка элементарной серы, взятых в стехиометрическом соотношении в соответствии с реакцией Zr+3S=ZrS3, запаянных в кварцевые ампулы в вакууме не хуже 10-3 бар.

Способ получения коллоидного раствора трисульфида циркония с противомикробными свойствами // 2737850

Изобретение может быть использовано при обработке почв, пористых структур и сточных вод с целью подавления активности патогенных микроорганизмов. Способ получения коллоидных растворов трисульфида циркония в деионизированной воде включает синтез трисульфида циркония из металлического циркония и порошка элементарной серы, запаянных в кварцевые ампулы.

Способ получения композиций на основе циркония и церия // 2737778

Изобретение относится к технологии получения композиций на основе оксида циркония и оксида церия с добавкой по меньшей мере одного редкоземельного элемента и может быть применено в системах нейтрализации выхлопных газов автомобильного транспорта. Способ включает приготовление в жидкой среде смеси, содержащей соединения циркония, церия, лантана и другого редкоземельного элемента; соединение указанной смеси с основным соединением с получением в результате осадка; нагревание указанного осадка в жидкой среде до температуры по меньшей мере 100°С; добавление к осадку, полученному на предыдущем этапе, добавки, выбранной из анионных ПАВов, неионных ПАВов, полиэтиленгликолей, карбоновых кислот и их солей и ПАВов типа этоксилатов карбоксиметилированных жирных спиртов; сушку и обжиг осадка, при этом приготовление в жидкой среде смеси ведут путем приготовления раствора нитрата или хлорида циркония за счет растворения основного карбоната циркония в азотной или соляной кислоте при мольном отношении соответствующей кислоты к цирконию в диапазоне от 1 до 1,4 с последующим нагревом раствора нитрата или хлорида циркония до температуры не менее 60°С с получением раствора I; приготовления раствора II, содержащего водорастворимые соли церия, одного или нескольких других редкоземельных элементов и воду; приготовления смеси путем смешения раствора I и раствора II; смешение ведут путем дозирования смеси в реакционный объем, в котором поддерживается перемешивание и постоянное значение рН из диапазона значений от 7 до 9 включительно, за счет контролируемого введения водного раствора аммиака; после смешивания проводят диспергирование осадка с получением суспензии с значением среднего диаметра частиц не более 10 мкм включительно.