一种利用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法技术

本发明专利技术涉及一种用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法，包括以下步骤：(1)碱化：将固体废锆粉碎研磨后加入NaOH进行焙烧，得锆盐；(2)制备中间体：将所述锆盐进行水洗去杂、酸洗转型、过滤除渣后，得转型液，将所述转型液与硫酸初次反应得第一沉淀物，将所述第一沉淀物与硫酸再次反应结晶析出硫酸锆，将所述硫酸锆配制为0.25‑3mol/L的硫酸锆溶液以备用；(3)向所述硫酸锆溶液中加入铝源搅拌2‑6h，得锆铝溶液；(4)向所述锆铝溶液中滴入沉淀剂进行反应，得第二沉淀物；(5)将所述第二沉淀物经洗涤、干燥、煅烧和后处理后，即得锆铝复合粉体。该方法设备要求低、工艺简单、粉体质量高，实现含锆固体废弃物的资源化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种利用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法
本专利技术涉及环境保护
更具体地，涉及一种利用固体废锆制备高质量锆铝复合粉体，实现固体废弃物资源化利用的方法。
技术介绍
中国目前用锆矿量为30-40wt/年，成为世界第一锆矿资源消费大国。但由于中国锆资源的局限，自产锆矿仅占总消费量的2/5，按现GDP发展速度和进口比例测算，如无新的锆矿源，约可保障中国国内40年使用，如以零进口为基数估算，则保障程度仅为20年左右。中国目前锆矿资源需求大量依赖国外，进口锆英砂价格已由20世纪90年代初的3000元/t左右上涨到2005年的最高价10000元/t。由于锆是重要的战略物资，一旦国外执行限制出口政策，中国锆产业将处于半瘫痪状况，将对中国国民经济发展和国防建设产生重大影响。随着中国资源综合利用、环境保护力度的加强，锆废料资源利用技术研究日益得到人们的重视，目前数量较大的锆废料资源品种有：氯氧化锆生产排放酸性含锆硅渣、二氧化锆人造宝石加工磨削渣、二氧化锆复合耐火材料废料等。各种锆废料资源化学成分如表1。表1锆废料资源化学成分w/％锆人造宝石是采用高纯ZrO2添加Y2O3等高温结晶拉制而成。中国是锆人造宝石重要的生产和加工国，人造锆宝石产量位居世界首位。但是，锆宝石晶体加工成宝石饰物的成品率低、废料量大。对于锆宝石晶体加工成宝石饰物所切割、打磨下来的废料、耐火材料以及光电晶体等玻璃窑炉、晶体生长炉等行业替换下的含锆废弃砖来说，他们的主要成分是高温烧结稳定或高温熔融稳定形成四方氧化锆或立方氧化锆，物化稳定度好，难以采用普通物理/化学方法完全分解，实现进一步的高效利用。传统的处理方法是将锆宝石加工的磨削渣等替代锆英砂碱熔生产氯氧化锆，同时在锆、硅分离过程中回收高附加值的Y2O3。然而磨削渣在生产氯氧化锆的过程中依然会产生锆硅渣废料，我国的锆硅渣目前仍主要采用堆存处理，大量堆存的锆硅渣已成为制约企业发展的严重问题。而氧化铝陶瓷是目前应用最为广泛的陶瓷之一，具有耐高温、机械强度好、电绝缘性好、成本较低等诸多优异性能。然而在研磨介质、陶瓷阀片、人工关节等领域，氧化铝陶瓷因为脆性等原因不能够满足使役要求，需要开发具有高韧性、高硬度、耐磨损等更好性能的氧化铝陶瓷。为了提高氧化铝陶瓷的力学性能，人们采用氧化锆相变增韧、颗粒弥散强化或纤维及晶须补强等方法来加以改善。其中采用氧化锆相变增韧方法提高性能显著、应用较为广泛。氧化锆-氧化铝复合陶瓷成为先进陶瓷材料的研究热点。氧化锆-氧化铝复合陶瓷的性能主要由其显微结构决定，而显微结构又主要由原料粉体状态决定，因此高质量锆铝复合粉体是制备性能优异的氧化锆-氧化铝复合陶瓷的前提。因此，如何将玻璃窑炉、晶体生长炉等行业替换下的含锆废弃砖高效转换为锆铝复合粉体是本专利技术的研究目的。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种利用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法。本专利技术直接以固体废锆为原料制备氧化锆，克服了传统路线中以氧氯化锆为原料生产氧化锆粉体所存在的“三废”环境污染问题，实现了固体废弃物的资源化利用，本专利技术制备氧化锆粉体的方法生产成本低、工艺简单、设备要求低，所制得的产品中锆铝组分分布均匀性高。本专利技术的技术方案为：一种用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碱化：将固体废锆粉碎研磨后加入NaOH进行焙烧，得锆盐；(2)制备中间体：将所述锆盐进行水洗去杂、酸洗转型、过滤除渣后，得转型液，将所述转型液与硫酸初次反应得第一沉淀物，将所述第一沉淀物与硫酸再次反应结晶析出硫酸锆，将所述硫酸锆配制为0.25-3mol/L的硫酸锆溶液以备用；(3)向所述硫酸锆溶液中加入铝源搅拌2-6h，得锆铝溶液；(4)向所述锆铝溶液中滴入沉淀剂进行反应，得第二沉淀物；(5)将所述第二沉淀物经洗涤、干燥、煅烧和后处理后，即得锆铝复合粉体。步骤(1)中所涉及到的化学式为：步骤(2)中酸洗转型所涉及到的化学式为：Na2ZrO3+2H+＝ZrO(OH)2+2Na+Na2FeO2+H2O＝Fe(OH)2+2NaOHFe(OH)2+2H+＝Fe2++2H2O步骤(2)中制备硫酸锆所涉及到的化学式为：ZrO(OH)2+H2SO4＝ZrOSO4+2H2OZrOSO4+H2SO4＝Zr(SO4)2+H2OY2O3+3H2SO4＝Y2(SO4)3+3H2O步骤(4)中所涉及到的化学式为：Zr(SO4)2+4OH-＝Zr(OH)4↓+2SO42-Al3++3OH-＝Al(OH)3↓或Zr(SO4)2+2(CO3)2-+2H2O＝Zr(OH)4↓+2SO42-+2CO2↑2Al3++3(CO3)2-+3H2O＝2Al(OH)3↓+3CO2↑或Zr(SO4)2+4(HCO3)-＝Zr(OH)4↓+2SO42-+4CO2↑Al3++3(HCO3)-＝Al(OH)3↓+3CO2↑步骤(5)所涉及到的化学式为：优选地：步骤(1)中所述固体废锆为氧化锆陶瓷废料、二氧化锆复合耐火材料废料以及二氧化锆人造宝石加工磨削渣中的一种或几种。优选地：步骤(1)中所述固体废锆与所述碱性物料的质量比为1:1.1～1.5，所述焙烧的温度为700-1000℃。当固体废锆与碱性物料的质量比为1:1.1～1.5时可以将固体废锆完全碱熔且实现物料的高效利用。优选地：步骤(2)中所述转型为采用质量分数为21～24％的盐酸对水洗去杂后的锆盐进行加热反应。优选地：步骤(3)中所述铝源为硝酸铝溶液、氯化铝溶液、硫酸铝溶液和醋酸铝溶液中一种或几种。优选地：步骤(3)中所述铝源的添加量为Al3+：Zr4+＝(0.5-2)：1。优选地：步骤(3)中所述沉淀剂为Na2CO3溶液、NaHCO3溶液或NaOH溶液中的一种或几种。本专利技术不选用氨水作为沉淀剂，而采用Na2CO3溶液、NaHCO3溶液或NaOH溶液中的一种或几种，不仅避免了挥发性氨的污染，而且降低了设备密闭要求，从而简化设备，降低成本。进一步地：步骤(4)中所述沉淀剂为Na2CO3溶液或NaHCO3溶液。本专利技术采用Na2CO3溶液或NaHCO3溶液作为沉淀剂进而生成碳酸盐，而碳酸盐在后续的煅烧煅烧过程中会分解产生大量气体，形成疏松产物的效力，所形成的成品氧化锆为介于纳米和亚微米之间的超细粉体。超细粉体具有比表面积大、熔点低、磁性强、活性好、光吸收好、热导性能好的优良性能。优选地：步骤(4)中所述沉淀剂的摩尔浓度为0.25～0.5mol/L，所述沉淀剂阴离子的摩尔浓度与锆离子的摩尔浓度比为1:0.5～1。优选地：步骤(4)中煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为2～6h。优选地：步骤(5)中煅烧温度为800～1200℃，所述球磨时间为5～24h，所述氧化锆粉体的粒径为50～250nm。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术采用共沉淀法制备锆铝复合粉体，具体以固体废锆为原料，依次进行简化、提取浓缩制备出硫酸锆溶液作为中间体，同时加入一定量的铝源搅拌混匀，再加入沉淀剂进行共沉淀反应，从而制备出锆铝前驱体，锆铝前驱体经高温煅烧后可得近球形超细的锆铝复合粉体。该制备方法的优点在于：首先，该方法所制备的中间体为硫酸锆溶液，区别于传统氧化锆的生产路线，在制备的过程中不产生氧氯化锆，避免了以氧氯化锆为原料生产氧化锆时煅烧产生如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碱化：将固体废锆粉碎研磨后加入NaOH进行焙烧，得锆盐；(2)制备中间体：将所述锆盐进行水洗去杂、酸洗转型、过滤除渣后，得转型液，将所述转型液与硫酸初次反应得第一沉淀物，将所述第一沉淀物与硫酸再次反应结晶析出硫酸锆，将所述硫酸锆配制为0.25‑3mol/L的硫酸锆溶液以备用；(3)向所述硫酸锆溶液中加入铝源搅拌2‑6h，得锆铝溶液；(4)向所述锆铝溶液中滴入沉淀剂进行反应，得第二沉淀物；(5)将所述第二沉淀物经洗涤、干燥、煅烧和后处理后，即得锆铝复合粉体。

【技术特征摘要】
1.一种用固体废锆制备锆铝复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碱化：将固体废锆粉碎研磨后加入NaOH进行焙烧，得锆盐；(2)制备中间体：将所述锆盐进行水洗去杂、酸洗转型、过滤除渣后，得转型液，将所述转型液与硫酸初次反应得第一沉淀物，将所述第一沉淀物与硫酸再次反应结晶析出硫酸锆，将所述硫酸锆配制为0.25-3mol/L的硫酸锆溶液以备用；(3)向所述硫酸锆溶液中加入铝源搅拌2-6h，得锆铝溶液；(4)向所述锆铝溶液中滴入沉淀剂进行反应，得第二沉淀物；(5)将所述第二沉淀物经洗涤、干燥、煅烧和后处理后，即得锆铝复合粉体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述固体废锆为氧化锆陶瓷废料、二氧化锆复合耐火材料废料以及二氧化锆人造宝石加工磨削渣中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述固体废锆与所述碱性物料的质量比为1:1.1～1.5，所述焙烧的温度为700-1000℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王光强，周有福，陈彩云，刘学燕，
申请(专利权)人：山东磊宝锆业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37