Утилизация тетрафторида кремния и диоксида циркония

 При обогащении и переработке руд помимо отгрузки конечного продукта происходит выработка большого количества отходов. Так в цветной металлургии на 1 т. металла в среднем приходится до 12 т. шлака, из-за несовершенства технологий обогащения и переработке исходных руд вместе со шлаками теряется много ценных компонентов. Содержание многих ценных компонентов в металлургических шлаках часто превышает их содержание в рудах, однако комплексной технологии переработки до настоящего времени не существует.

Основу металлургических шлаков составляют оксид кремния и оксид железа. Оксид кремния является трудновскрываемой составляющей шлака, а присутствие большого количества дешёвого оксида железа может привести к нерентабельности всего процесса. Таким образом, прежде чем из металлургических шлаков выделить ценные компоненты необходимо решить две основные задачи:

1)отделение оксида кремния;

2)отделение оксида железа.

Трудность переработки металлургических шлаков заключается в их силикатной основе. Шлаки представляют собой смесь остекленевших (расплавленных в оксиде кремния) оксидов металла. Наиболее удобным реагентом для вскрытия силикатных минералов являются фториды аммония.

Возможность регенерации фторида аммония позволяет организовать непрерывный цикл обескремнивания и вывода кварцевой составляющей шлака в виде мелкодисперсного оксида кремния сорта «белая сажа». Ниже приведён цикл фтороаммонийного обескремнивания и регенерации фторида аммония с выделением оксида кремния в виде т.н. «белой сажи»

В Томском политехническом университет разработан и запатентован способ комплексной утилизации диоксида циркония и тетрафторида кремния позволяющий одновременно получать искусственный циркон.

В основе метода лежит химическая реакция:

SiF4+2ZrO2 = ZrSiO4 + ZrF4

Тетрафторид кремния SiF4 является побочным многотоннажным продуктом при производстве суперфосфатов, алюминия, фтороводорода. При нормальных условиях это высокотоксичное, газообразное вещество, выбросы, которого в атмосферу наносят значительный вред экологии и здоровью человека. Утилизация тетрафторида кремния достаточно сложный процесс, включающий стадии абсорбции и гидролиза с последующей утилизацией больших объёмов фторосодержащих жидкостей.

Гиоксид циркония используется в керамической промышленности, из него делают высокотемпературные тигли и футеровку. Переработка отработанных или некондиционных материалов из диоксида циркония затруднена вследствие его химической инертности. Тетрафторид кремния хорошо реагирует с диоксидом циркония по вышеприведённой реакции.

Тетрафторид циркония, получающийся в качестве второго продукта при взаимодействии тетрафторида кремния с диоксидом циркония является дорогостоящим полупродуктом циркония. Он используется для получения металлического циркония.

Циркон ‛ природный минерал представляющий собой силикат циркония ZrSiO4. В промышленности циркон используется в двух направлениях ‛ получение соединений циркония и в качестве абразивного материала. Как абразивный материал циркон ценен высокой твёрдостью и наличием т.н. россыпных месторождений позволяющих использовать уже измельчённый материал.

Существует два недостатка использования природного циркона в качестве абразивного материала ‛ округлость природных частиц минерала и наличие в нём радиоактивных примесей тория.

Получение искусственного циркона позволяет избавиться от обоих недостатков. Искусственный циркон обладает идеальной кристаллической структурой и представляет собой ромбоэдрические кристаллы. В искусственном цирконе отсутствуют любые примеси, что ещё более укрепляет кристаллическую решётку и делает максимальной прочность кристалла. Размеры кристаллов искусственного циркона можно регулировать в самых широких пределах ‛ от микронных до миллиметровых.

Необходимо отметить относительную простоту технологического решения взаимодействия тетрафторида кремния с диоксидом циркония. Взаимодействие осуществляется в аппарате колоночного типа. В который загружаются измельченные отходы диоксида циркония. В нижней части колоны организована подача тетрафторида кремния. Колонна нагревается до температуры 900оС. Происходит взаимодействие тетрафторида кремния с диоксидом циркония, фронт реакции образования циркона передвигается снизу вверх. Образованный тетрафторид циркония при таких температурах сублимируется и осаждается в верхней охлаждаемой части аппарата.

Преимуществом предложенной конструкции является её простота и возможность автоматизации технологического процесса.

Основные положения предложенной темы опубликованы в Журнале прикладной химии и Известиях ТПУ, способ запатентован в ТПУ.

Более подробная информация по адресу atom@tpu.ru,
или по тел.:8-909-540-68-63
Гьяченко Александр Николаевич.