Технологии получения металлического циркония из различных типов минерального сырья (бадделеит, циркон, эвдиалит)

ВВЕДЕНИЕ

Цирконий — тугоплавкий металл. Среднее содержание циркония в земной коре составляет 0,02 % (по массе). По распространенности он превосходит такие металлы, как медь, цинк, олово, никель и свинец.
Известно около 30 минералов циркония. Среди них два минерала — циркон и бадделеит — служат основными промышленными источниками циркония.
Руды, содержащие циркон, обогащают гравитационными методами в сочетании с магнитной и электростатической сепарациями. От кварца циркон отделяют на концентрационных столах. Ильменит и гранат выделяют магнитной сепарацией с применением слабых полей. Монацит отделяют магнитной сепарацией в сильных полях. Рутил и циркон разделяют электростатическими методами или флотацией. Выпускаемые концентраты должны содержать не менее 65 % .
Цирконовые концентраты служат исходным сырьем для получения металлического циркония, а также для выплавки ферросплавов и производства химических соединений (сульфатоцирконаты, основной хлорид, основной карбонат). Кроме того, при переработке цирконовых концентратов получают гафний и его соединения.
Минерал циркон, составляющий основу цирконовых концентратов, практически не разлагается соляной, азотной и серной кислотами. Концентрированная серная кислота не реагирует с цирконом даже при 250–300 °С. Растворы едкого натра при 285–300°С (в автоклавах) реагируют с цирконом с образованием растворимых в кислотах цирконосиликатов. Способ, однако, не используют вследствие трудностей практической реализации. Все применяемые в промышленности способы разложения относятся к пирометаллургическим. Самые распространенные из них — это спекание с известью, спекание или сплавление с содой или щелочью, спекание и сплавление с фторсиликатом калия, хлорирование.
Следует отметить, что все пиропроцессы сочетаются с последующим гидрометаллургическим разложением полученных продуктов.
Целью настоящего реферата является знакомство с технологиями получения металлического циркония из различных типов минерального сырья (бадделеит, циркон, эвдиалит).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Веллер Р. Л., Ольхов Н. П., Румянцев М. В. Основы металлургии. Редкие металлы: Издво «Металлургия»., 1967. 643 с.
2. Годнева М. М., Мотов Д. Л. Химия подгруппы титана. Сульфаты, фториды, фторосульфаты из водных сред. М.: Наука, 2006. 302 с. 
3. Головин Ю. И., Фарбер Б. Я., Коренков В. В., Тюрин А. И., Шуклинов А. В., Столяров Р. А., Жигачев А. О. Синтез и характеризация физико-механических свойств стабилизированной циркониевой керамики из природного бадделеита // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2012. Т. 17. Вып. 3. С. 875-879.
4. Зеликман А. Н., Меерсон Г. А. Металлургия редких металлов. М.,«Металлургия», 1973. 607 с. с ил.
5. Коровин С. С., Дробот Д. В., Федоров П. И. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология : МИСИС, 1999. 461 с.
6. Кутовой В. А., Николаенко А. А. Вакуумная технология получения диоксида циркония // Мат. науч.-практ. конф. материаловедческих обществ России. Цирконий: металлургия, свойства, применение. М., 2008 г. С.33–35.
7. Пасечник Л. А., Пягай И. Н., Скачков В. М., Яценко С. П. Извлечение редких элементов из отвального шлама глиноземного производства с использованием отходящих газов печей спекания. Экология и промышленность России. 2013. № 6. С.36-38.
8. Пасечник Л. А., Широкова А. Г., Яценко С. П., Медянкина И. С. Концентрирование и очистка редких металлов при переработке техногенных отходов // Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. 2015 (31). №5. С. 186-189.
9. Петров И.М. Перспективы развития мирового рынка РЗМ. / И.М. Петров // Актуальные вопросы получения и применения РЗМ-2015: Сб. материалов международной научно-практической конференции. – М.: ОАО «ИНСТИТУТ ГИНЦВЕТМЕТ». – 2015. – С.13-15.
10. Пилипенко Н. Н. Получение циркония ядерной чистоты. / Пилипенко Н.Н. // Вопросы атомной науки и техники. 2008. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (92), с. 66-72.
11. Пат. 2623978 РФ. C22B34/14(2006.01), C22B3/44(2006.01). Способ извлечения циркония из кислых водных растворов. / В. М. Скачков, Л. А. Пасечник, И. Н. Пягай, Л. М. Скрябнева, И. С. Медянкина, С. П. Яценко, Н. А. Сабирзянов; Институт химии твердого тела Уральского Отделения Российской Академии наук. № 20161054391; заявл. 17.02.2016; опубл. 29.06.2017. Бюл. № 19.
12. Baldinozi G., Simeone D., Gosset D., Dutheil M. Neutron Diffraction Study of the SizeInduced Tetragonal to Monoclinic Phase Transition in Zirconia Nanocrystals // Phys. Rev. Lett. 2003. V. 90. № 21. P. 216103-1-216103-4. 
13. Binner J., Vaidhyanathan B., Paul A., Annaporani K., Raghupathy B. Compostional Effects in Nanostructured Yttria Partially Stabilized Zirconia // Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2011. V. 8. № 4. P. 766-782.
14. Chevalier J., Gremmilard L. The Tetragonal-Monoclinic Transformation in Zirconia: Lessons Learned and Future Trends // J. Am. Ceram. Soc. 2009. V. 92. № 9. P. 1901-1920.
15. Li J., Peng J., Guo S., Zhang L. Application of response surface methodology (RSM) for optimization of the sintering process of preparation calcia partially stabilized zirconia (CaO-PSZ) using natural baddeleyite // J. Alloy. Compd. 2013. V. 574. P. 504-511.
16. Li J., Peng J., Guo S., Zhang L. Application of response surface methodology (RSM) for optimization of the sintering process of preparation magnesia partially stabilized zirconia (MgOPSZ) using natural baddeleyite // Ceram. Int. 2013. V. 39. № 1. P 197-202.
17. Lokshin E.P., Lebedev V.N., Lyakhov V.P., Kampel F.B., Popovich V.F. Zirconiumcontaining materials for ceramics and refractories manufacture.
18. Manicone P.F., Iommetti P.R., Raffaelli L. An overview of zirconia ceramics: Basic properties and clinical applications // J. Dent. 2007. V. 35. № 11. P. 819-826.
19. Scott H.G. Phase relationships in the zirconia-yttria system // J. Mater. Sci. 1975. V. 10. № 9. P. 1527-1535.
20. Smoot T.W., Whittemore D.S. // J. Amer. Ceram. Soc. 1965. V.48. №3. Р.163.
Kelly J.R., Denry I. Stabilized zirconia as a structural ceramic: An overview // Dent. Mater. 2008. V. 24. № 3. P. 289-298.
21. U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries. (January 2016, 202р. January 2017, 202р. January 2018, 200р.).