Металлургия циркония
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
о восстанавливается. Соединения циркония со степенью окисления меньше четырех неизвестны. Ионы Zr4+ в водных растворах неустойчивы. В результате взаимодействия с водой они образуют гидроксо-ионы Zr(OH)2+, которым упрощенно приписывают состав ZrO2+ (ион цирконила). Соответственно этому в растворах присутствуют основные соли, например, Zr(OH)2Cl2 или в "цирконильной" ZrOCl2.
Высший оксид циркония ZrО2 имеет амфотерный характер. При его сплавлении с щелочами или нагревании в смеси с оксидамим других метал- лов (CaO, MgO) образуются цирконаты. Наиболее характерны мета- и ортосоли типа Ме2ЭО3 и Ме4ЭО4. Цирконаты малорасторимы в воде, но растворяются в минеральных кислотах.
Диоксид циркония ZrO2, - прочный и тугоплавкий оксид. Температура плавления ~2900С, теплота образования 1082 кДж/моль. Чистый диоксид - белого цвета, имеет три кристаллические модификации: до 1000-1100 устойчива моноклинная форма, в интервале 1100-1900С - тетрагональная форма, выше 1900С - кубическая форма. Существование низших оксидов циркония достоверно не установлено. Имеются указания об образовании монооксида ZrO при восстановлении ZrО2.
Со всеми галогенами цирконий образует галогениды, являющийся производными четырех-, трех- и двухвалентных элементов. Все высшие галогениды - легколетучие соединения. Среди них важнейшие: ZrCl4 - твердое бесцветное вещество с температурой возгонки 330С. Теплота образования высшего хлорида равна 985 кДж/моль.
1.2 Источники сырья
Содержание циркония в земной коре относительно высокое - 0,025% (по массе). По распространенности он превосходит медь, цинк, олово, никель и свинец. Известно около 30 минералов циркония. Они концентрируются главным образом в гранитных и щелочных (нефелин-сиенитовых) пегматитах. Основными промышленными источниками в настоящее время служат минералы бедделеит и циркон. Сырьем могут служить также минералы эвдиалит и эвколит, но они значительно бедней по содержанию циркония.
Основные методы обогащения руд - гравитационные. Для отделения минералов железа и ильменита используют электромагнитное обогащение.
Циркон. Ортосиликат циркония ZrSiО4 (67,2 % ZrO2, 32,8 % SiО2). Это наиболее распространенный минерал циркония. Концентрируется главным образом в пегматитах гранитной и особенно щелочной магмы. Часто встречается в россыпях, образующихся при разрушении коренных пород. Циркон большей частью имеет коричневый цвет, плотность минерала 4,4-4.7 г/см3, твердость 7,5 по минералогической шкале. Минерал обычно содержит гафний (0,5-4 %). Основные запасы циркона сосредоточены в прибрежно-морских россыпях. Здесь циркон накапливается вместе с ильменитом, рутилом, монацитом и рядом других минералов.
Руды, содержащие циркон, обогащают гравитационными методами в сочетании с магнитной и электростатической сепарациями.
Выпускаемые в СССР цирконовые концентраты первого сорта должны содержать не менее 65% ZrО2. В них лимитируется содержание следующих примесей, % (не более): FeO 0,1; ТiO2 0,4; Al2O3 2,0; СаО и MgO 0,1; P2O5 0,15. Концентраты второго сорта должны содержать не менее 60% ZrO2, примеси не лимитируются.
Наиболее крупные месторождения циркона за рубежом расположены в Австралии, Индии, Бразилии, ЮАР, США. В СССР циркон найден на Урале, Украине и в других районах страны.
Бадделеит. По составу представляет собой почти чистый диоксид циркония. В наиболее чистых образцах до 98 % ZrО2. Обычно содержит примесь гафния (до нескольких процентов), изредка уран (до 1 %) и торий (до 0,2 %). Месторождения редки. Плотность минерала 5,5-6. Наиболее крупное месторождение найдено в Бразилии.
Эвдиалит и эвколит. Состав эвдиалита может быть выражен общей эмпирической формулой
(Na, Ca)6Zr[Si6О18] [ОН,С1]2
Эвколит - разновидность эвдиалита, содержащего ионы Fe2+. Химический состав эвдиалита, %: Na2О 11,6-17,3; ZrО2 12-14,5; FeO 3,1-7,1; SiО2 47,2-51,2; Cl 0,7-1,6. Цвет минерала - розовый или малиновый. Минерал легко разлагается кислотами.
Эвдиалит и эвколит встречаются в магматических щелочных породах (нефелиновых сиенитах). Известны месторождения в СССР (на Кольском полуострове), Португалии, Гренландии, Трансваале, Бразилии и других странах.
В капиталистических странах в 1986г. было добыто 830 тыс.т цирконовых концентратов, в том числе в Австралии - 470, ЮАР - 150, США - 85.
1.3 Области применения циркония
Цирконий, его сплавы и соединения используют в различных областях техники: атомной энергетике, электронике, пиротехнике, машиностроении, производстве сталей и сплавов с цветными металлами, огнеупоров, керамики и эмалей, литейном производстве.
Пиротехника и производство боеприпасов. Порошки циркония, имеющие низкую температуру воспламенения и высокую скорость сгорания, применяют в качестве воспламенителя в смесях капсулей-детонаторов, а также в смесях для фотовспышки. В смеси с окислителями [B(NО3)2, KClO3 порошки циркония образуют бездымный порох.
Атомная энергетика. Цирконий, очищенный от примеси гафния, обладает низким сечением захвата тепловых нейтронов, тугоплавкостью, антикоррозионной стойкостью и хорошими механическими свойствами. Это привлекло к нему внимание в начале 50-х годов как к ценному конструкционному материалу для изготовления защитных оболочек урановых тепловыделяющих элементов, труб, в которых циркулирует теплопередающая жидкость, и других конструктивных элементов ядерных реакторов.
Для улучшения свойств циркония его легируют добавками олова (1,4-1,6%); железа (0,1-0,15%), хрома (0,08 -0,12%), никеля (0,04-0,06%).
Электроника. В этой области используют способность циркония поглощать