Введение к работе
Актуальность работы
Диоксид циркония является наиболее востребованным химическим соединением циркония. Этот продукт находит применение в различных отраслях промышленности, главным образом (до 70 % от мирового потребления) при производстве огнеупоров и пигментов для керамики. Основным сырьём для производства диоксида циркония является циркон.
В СССР единственным производителем технического диоксида циркония марок ЦрО-1, ЦрО-2, ЦрО-К и ЦрО-А, ЦрО-Б, ЦрО-С был Верхнеднепровский горно-металлургический комбинат (ВДГМК, Украина), который полностью покрывал потребность промышленности страны в Zr02{u,o 4000 т/год). Технологии переработки циркона на ВДГМК обладали рядом существенных недостатков, главные из которых - низкая рентабельность производства товарной продукции и образование больших объёмов экологически опасных жидких отходов. В настоящее время технический диоксид циркония из минерального сырья в России производит только ОАО «Чепецкий механический завод» (ОАО «ЧМЗ», г. Глазов, Россия). Предприятие выпускает в основном продукцию ядерной чистоты. В производстве диоксида циркония используются полупродукты высокой степени очистки от гафния и других примесных элементов, что определяет его высокую стоимость.
Рост потребности российской и мировой промышленности в техническом диоксиде циркония делает приоритетным производство этого продукта в промышленных масштабах в среднесрочной и долгосрочной перспективе.
Для создания современного отечественного предприятия по переработке циркона необходима экономически эффективная и экологически безопасная технология получения технического диоксида циркония.
Циркон является сырьевым источником не только циркония, но и кремния. Поэтому, планируя создание производства диоксида циркония из циркона, экономически выгодно реализовывать технологшо переработки, позволяющую в качестве товарной продукции получать и соединения кремния.
Целью работы является разработка замкнутой по основным реагентам технологии комплексной переработки цирконового концентрата с получением технического диоксида циркония и гидратированного диоксида кремния.(ГДК).
Для достижения цели решены следующие задачи:
выполнен анализ известных способов переработки циркона в технический диоксид циркония, в том числе способов, реализованных в промышленном масштабе;
обоснован выбор объекта исследований - процесса вскрытия циркона и вскрывающего реагента, спекание с которым обеспечит:
твердофазное преобразование циркона в диоксид циркония;
получение пека без кислоторастворимых цирконийсодержащих соединений;
максимальное вскрытие циркона в технологически приемлемых условиях (температура, продолжительность спекания);
- разработан способ выщелачивания пека, позволяющий:
при минимальных потерях целевых компонентов (Zr и Si) достичь максимального удаления примесных элементов из пека;
рециркулировать реагент, расходуемый при спекании с цирконом;
- разработан способ получения индивидуальных диоксидов циркония и крем
ния из диссоциированного циркона (DZ).
Основные положения, выносимые на защиту:
1 Сравнительный термодинамический анализ образования равновесных про
дуктов при нагревании систем: ZrSiOrCaO; ZrSi04-CaO-MgO; ZrSiOrMgO;
ZrSiOrCaClr6H20;ZrSi04-MgCl2-6H20.
-
Результаты изучения процесса спекания циркона с MgCl2-6H20.
-
Способ регенерации раствора хлорида магния.
-
Способ разделения диссоциированного циркона на индивидуальные диоксиды циркония и кремния.
-
Технология комплексной переработки циркона в технический диоксид циркония и ГДК, включающая регенерацию основных расходуемых реагентов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
На основании термодинамического расчёта процесса спекания циркона с 6-ти водным хлоридом магния впервые установлено, что получаемый пек не содержит цирконатов магния и других магнийсодержащих циркониевых соединений, а СГ - ион, выделяющийся при термическом разложении шихты может быть полностью возвращён в процесс в составе оборотной соляной кислоты.
-
Впервые изучена кинетика взаимодействия компонентов смеси циркон-6-ти водный хлорид магния. Полученные кинетические характеристики позволили установить, что спекание происходит в смешанной диффузионно-кинетической области и характеризуется низкими значениями энергии активации.
-
На основании изучения растворимости диоксидов циркония и кремния в водном растворе фторида аммония впервые сформулированы теоретические основы процесса разделения их ассоциированной смеси на индивидуальные диоксиды и определены условия его проведения.
Практическая ценность работы
Разработана технология комплексной переработки цирконового концентрата, позволяющая:
получать прямым способом технический диоксид циркония, соответствующий по содержанию основного вещества (сумма диоксидов Zr02,Hf02), диоксида кремния и оксида магния маркам ЦрО-1, 2, К; ЦрО-А, Б, С; ДЦ-3,4, 5;
получать второй товарный продукт - гадратированный диоксид кремния, по содержанию лимитируемых ГОСТом примесей соответствующий маркам белой сажи БС-30 и БС-100;
регенерировать основные используемые реагенты - оксид магния, соляную кислоту, аммиак и раствор фторида аммония - и, как следствие, исключить образование экологически опасных стоков.
Реализация работы 1 В ЦНИЛ ОАО «ЧМЗ» (г. Глазов) проведены ^укрупнённые лабораторные испытания разработанной технологии переработки циркона с наработкой опыт-
ной партии технического диоксида циркония (марка ЦрО-N) и гидратированно-го диоксида кремния.
2 Опытная партия наработанного диоксида циркония успешно испытана на ОАО «Уралредмет» (г. Верхняя Пышма) в качестве компонента шихты для алюмотермического получения лигатуры АЦМК-1.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на XVI Уральской международной конференции молодых учёных по приоритетным направлениям развития науки и техники (Екатеринбург, 2009), VI Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности» (Алма-Ата, 2010), научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «ЧМЗ» (г. Глазов, 2010).
Публикации
Основные научные и технологические решения диссертационной работы отражены в 12 печатных работах, в том числе в 3 статьях изданий Перечня ВАК и в патенте на изобретение.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задачи исследований, проведении опытов, обработке и анализе полученных экспериментальных данных, написании статей в соавторстве.
Объём и структура работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников, включающего 77 наименований. Работа изложена на 116 страницах, содержит 35 рисунков и 24 таблицы.
