化学品的处理制造技术

处理氧化锆基材料的方法，包括在反应步骤中将氧化锆基材料与氢氟酸水溶液反应，生成可溶性氟锆酸化合物。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
化学品的处理本专利技术涉及化学品的处理。特别涉及处理氧化锆基材料的方法。根据本专利技术，提供了一种处理氧化锆基材料的方法，主要包括在反应步骤中，将氧化锆基材料与氟化氢溶液反应，生成可溶性氟锆酸化合物。在本专利技术的一个实施方案中，含氧化锆物质可为氧化锆。在本专利技术的另一实施方案中，它也可是解离的锆石(‘DZ’或ZrO2SiO2)。本专利技术的再一个实施方案中，它可以是解离的锆石的含氧化锆组分。氧化锆在使用时，可是天然存在的，如二氧化锆矿。反应按反应式(1)进行：      ……(1)另外，氧化锆在使用时，也可以是通过任何合适的热处理而获得的。解离的锆石在被使用时，能够通过任何合适的方法获得，特别是热处理。因此，例如可以通过在等离子体熔炉或等离子体发生器中，在氧化、惰性或还原条件下加热到较高温度，破坏锆石(ZrSiO4)的晶体点阵而获得。锆石是一种丰富的矿藏，以相对较低的成本即可获得，但它在化学性质上是惰性的。因此，根据本专利技术，通过上述等离子体离解惰性的锆石可经得起化学过程的检验。在等离子体离解过程中，锆石被离解成独立的二氧化锆(ZrO2)和二氧化硅(SiO2)矿相，产物通常被称为解离锆石(‘DZ’)，等离子体解离锆石(‘PDZ’)，或ZrO2·SiO2。另外，将锆石在还原条件下，在交流电弧等离子体熔炉中加工，其作用主要是去除硅石相，保留下来的主要是普遍称之为熔融的氧化锆，基本上是ZrO2。锆石通常包含放射性元素，如铀(U)和钍(Th)及其衰变产物元素，-->也含有其它常见杂质如铁(Fe)、钙(Ca)、磷(P)、铝(Al)、镁(Mg)和钛(Ti)。这些元素在本专利技术的方法中被释放出来，但这一方法提供了一种有效处理这些元素的方法。特别是此方法仅仅产生了较少量的含有有效放射性元素的废料。在本说明书中，无论何处提及U和Th作为放射性元素，也可解释为其衰变产物。在本专利技术的一种实施方案中，PDZ可能是不脱硅的，在此情况下，反应按反应式(2)进行：        ……(2)在另一种实施方案中，PDZ可能是部分脱硅的，在此情况下，生成氟锆酸的反应仍按反应式(2)进行。本专利技术再一实施方案中，PDZ完全脱硅，在此情况下，生成氟锆酸的反应按上文所给的反应式(1)进行。PDZ的脱硅过程可通过已知的方法完成，如烧碱浸取。完全或部分脱硅的PDZ是已知的‘DPDZ’。现已完全了解，在本专利技术的方法反应中，凡提及氟锆酸(H2ZrF6)时，均包含化合物ZrF4·2HF·xH2O，式中x在0-5的范围内。在含水氟化氢或HF溶液中，HF浓度在5-70％(质量)。反应可以通过缓慢升温发生作用，温度控制在20℃-120℃之间。反应(1)和(2)是放热反应。因此，40％HF溶液和PDZ同时进料，反应混合物的温度可根据向HF溶液中加入的PDZ的速率的不同而在数分钟内达到90℃。当HF浓度较低时，如30％，反应将达到较低的终温。在此情况下，外部加热是可取的，如达到80℃，以达到完全反应。反应过程可能在10分钟到4小时之间，这取决于HF浓度、PDZ的离解程度和反应混合物的温度。除了(或代替)氟锆酸，即H2ZrF6，四氟锆酸即H2ZrOF4和/或其水合物也可生成。-->现已可以了解，在这一反应步骤中，氧化锆和(如果存在的话)硅石都被HF溶液所溶解，诸如H2ZrF6和H2SiF6等反应产物，也被溶于含水氟化氢中，以致于只有在等离子体中未离解的锆石，还有微溶和不溶的杂质或痕量元素如铀(U)、钍(Th)、铁(Fe)、钛(Ti)、铝(Al)和钙(Ca)呈不溶固体的形式或多或少地保留在溶液中。这些不溶固体(‘白色级分’)可作为固体沉淀，通过合适的方法被排除掉，如过滤、倾析或沉降等任意方式除去，如果必要的话，可通过将上述痕量元素沉淀而除去。因此，此方法提供一种有效地提纯PDZ或DPDZ的方式，以产生含有少量不需要的污染物(如U和Th及其衰变产物)的残渣。任何在等离子体中未被解离的残余锆石，都能被分离出来，因而反应不取决于PDZ被100％离解的条件。在此步骤中被除去的锆石在非锆石物质分离后，可以重新循环回到等离子体离解阶段。为提高反应(2)的效率或使其最佳化，并且，为减少白色级分中Zr和F的损失或使之减少到最小程度，二氧化锆加硅和HF摩尔比(当存在时)是很重要的，它将被加以控制以获得适宜的不溶解程度。因此，加入到二氧化锆和硅石中的HF摩尔比，当存在时可以在1.1∶0.9到0.9∶1.1范围内，优选范围是1.05∶0.95到0.95∶1.05，大约1∶1为最优选。如果需要，固体部分可被进一步处理，以回收如U和Th等元素。例如，将固体部分溶解，如用适当的酸如硝酸，或碱，然后进行过滤和离子交换，如前所述，仅有少量废物生成。相反，任何未离解的锆石都可通过诸如浮选等物理分离方法从其它不溶性化合物中分离出来，由此产生的废物量大体上还是不多的。此方法可以包括加热含有H2ZrF6，H2SiF6，H2O和过量的HF的残留溶液以回收H2ZrF6。因此，在蒸发步骤中，此溶液可加热到20℃到120℃之间(常压)，将H2SiF6，H2O和过量的HF全部蒸发。然后这些挥发物可在合适的冷凝器中凝结，以使此后以已知方式回收HF和诸如SiO2等含Si物质。由此回收的HF可被再循环至反应步骤。因此，在蒸发阶段反应按反应式(3)进行：……(3)-->H2ZrF6(或H2ZrOF4)晶体在此蒸发阶段获得。并且，此过程大体上使全部含Zr物质和Si物质完全分离。在提纯步骤中，H2ZrF6晶体可按反应式(4)被进一步提纯：              (纯)……(4)提纯过程包括重结晶或离子交换。相反，H2ZrF6溶液只能部分被蒸发以产生饱和溶液，从中H2ZrF6晶体可在冷却或非冷却条件下结晶出来。这些晶体可通过任何诸如过滤等合适方法从母液中分离出来。这些晶体能够具有高纯度，因为那些不纯的物质大多数仍留在溶液中并未随含Zr物质一起结晶。H2ZrF6晶体被滤出后，剩余液体可被完全蒸发以回收全部剩余的以H2ZrF6(或H2ZrOF6)形式的Zr。这些晶体中当然含有母液中积累的任何杂质。作为另一选择方案，H2ZrF6/H2SiF6溶液可被直接输至离子交换容器中，以产生更纯的H2ZrF6/H2SiF6溶液，从此溶液中能够析出纯H2ZrF6晶体。在本专利技术的一个实施方案中，所得到的纯H2ZrF6此后能够通过例如蒸汽热解方法而转化成氧化锆，反应根据反应式(5)进行：             ……(5)从反应(5)中制得的HF能够加以回收并再用于反应步骤中。在本专利技术的其它实施方案中，其它锆化合物亦能够从纯H2ZrF6中获得，如ZrF4，ZrOF2，氟锆酸盐如K2ZrF6，硫酸锆或碳酸锆。现参照附图以非限制性实施例的方式对本专利技术加以描述。在附图中：图1是本专利技术处理离解后锆石的简化流程图；-->图2是由实施例1制得的ZrO2的X-射线衍射图样；图3以简化流程图形式示出用于实施例5至7的小规模生产设备；图4是(如实施例2所述)不溶于HF的未解离锆石的X-射线衍射图样；图5是实施例11所生成的ZrO2的X-射线衍射图样。在图1中，标号10所示为处理未解离锆石的过程。方法10包括等离子离解阶段12和导入阶段12的锆石供给线14。PDZ流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理氧化锆基材料的方法，包括：在反应步骤中，以氧化锆基材料与含水氟化氢反应生成可溶性氟锆酸化合物。

【技术特征摘要】
ZA 1994-12-2 94/96021.一种处理氧化锆基材料的方法，包括：在反应步骤中，以氧化锆基材料与含水氟化氢反应生成可溶性氟锆酸化合物。2.根据权利要求1的方法，其中氧化锆基材料为氧化锆。3.根据权利要求1的方法，其中氧化锆基材料被解离成锆石(‘DZ’或ZrO2·SiO2)。4.根据权利要求1的方法，其中氧化锆基材料为解离锆石的含氧化锆成分。5.根据权利要求1的方法，其中，在含水HF中的HF浓度(质量)范围为5％-70％，反应在温度为20℃-120℃之间，时间为10分钟-4小时下进行。6.根据权利要求1的方法，其中，所用的含水HF中的HF量，基于摩尔数计算，为化学计量的氧化锆加上二氧化硅的量，若存在，为氧化锆基材料的量。7.根据权利要求1的方法，包括从包含溶解性较小或不溶的选...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰尼斯西奥多勒斯内尔，
申请(专利权)人：南非原子能有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]