Металлургия циркония
Курсовой проект - Разное
Другие курсовые по предмету Разное
КУРСОВАЯ РАБОТА
Металлургия циркония
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 ZrSiО4 и бадделеит ZrО2 - 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 % ZrО2.
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 -300С. Растворы едкого натра при 285 - 300С (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 K2SiF6, хлорирование.
Следует отметить, что все пиропроцессы сочетаются с последующим гидрометаллургическим разложением полученных продуктов.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Элемент цирконий открыт - в 1789г. Клапротом, который получил диоксид циркония из минерала циркона. Чистый ковкий цирконий был получен лишь в 1925г. (спустя 136 лет после открытия элемента) термической диссоциацией иодида циркония по методу Ван-Аркеля и де Бура.
Применение циркония в виде их химических соединений и присадок в сплавах началось в первые десятилетия XX в. Промышленное производство ковких титана и циркония возникло в начале 50-х годов в связи с потребностями в новых конструкционных материалах для реактивной авиации, ракетной техники и атомной энергетики.
.1 ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
1.1.1 Физические свойства циркония
Цирконий - элемент IV побочной группы периодической системы. По внешнему виду он напоминает сталь. Чистый металл ковкий и хорошо поддается механической обработке давлением.
Некоторые физико-механические свойства циркония приведены ниже:
Атомный номер……………….40
Атомная масса………………...91,22
Кристаллическая структура:
-модификация………………ГПУ (до 862 С),
а = 0,3223 нм,
с = 0,5123 нм,
-модификация……………….ОЦК,
а = 0,361 нм,
Плотность, г/см3 (-
модификация)…………………6,52
Температура, С:
Плавления……………………..185210
Кипения………………………..около 3600
Температурный коэффициент линейного расширения
• 106,С-1……………..8,9
Физические и особенно механические свойства циркония сильно зависят от чистоты металлов. Характерное свойство металла - способность растворять кислород, водород, азот и углерод. Примеси этих элементов делают цирконий хрупким.
1.1.2 Химические свойства
На воздухе металл устойчив. При нагревании до 400-600С он покрывается оксидной пленкой, затрудняющей дальнейшее окисление. При более высокой температуре одновременно с увеличением скорости окисления наблюдается растворение кислорода, что сильно понижает пластичность металла.
Активное поглощение водорода цирконием наблюдается при 300-400С с образованием твердых растворов и гидридов ZrH1,54 -163. В отличие от кислорода и азота водород можно удалить из циркония нагреванием в вакууме при 800-1000 С. Выше 800-900С металл быстро поглощает азот и активно взаимодействуют с углеродсодержащими газами (СО, СН4). С азотом и углеродом он образуют твердые и тугоплавкие соединения - нитриды и карбиды. Ниже приведены температура плавления Тпл и микротвердость Н0 ряда нитрида и карбида:
ZrC ZrN*1
Tпл,С………………3420 2982
H МПа...................28500 15000
Цирконий при повышенных температурах реагирует с серой и сероводородом с образованием дисульфидов. С галогенами металл взаимодействует при 100-200С с образованием низкокипящих или легковозгоняющихся хлоридов, фторидов и иодидов.
По антикоррозионной стойкости цирконий превосходит титан и приближаются к танталу и ниобию. При температурах до 100С он не корродирует в соляной и азотной кислотах любой концентрации и серной кислоте концентрации до 50 %. Металл устойчив на холоду в царской водке, растворяются при нагревании в плавиковой и концентрированно серной кислотах .Металл не корродирует в растворах щелочей при температуре кипения.
В важнейших и наиболее устойчивых соединениях цирконий находится в высшей степени окисления 4. Известны соединения, соответствующие степеням окисления 2 и 3. До низших степеней окисления цирконий трудн