【摘 要】
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随着现代工业对锆的需求日益增长,碱熔法作为处理硅酸盐型锆资源的最有效的手段之一得到了广泛的关注.但目前在工业上通过碱熔融处理锆英石的产物中存在的含锆的难溶硅酸盐造成了资源浪费和环境污染.本研究以合成的硅酸锆为研究对象,通过X-ray衍射、拉曼光谱、红外光谱、X射线光电子能谱、热重分析等多种手段研究ZrSiO4在不同碱熔融环境下的转化行为及反应机理,为高效分解锆英砂、提取其中有价金属提供理论依据.研
【机 构】
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上海大学省部共建高品质特殊钢国家重点实验室 上海200072 东北大学冶金学院 沈阳11089
【出 处】
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中国有色金属学会第十届青年学术论坛暨中国有色金属学会首届(2016)冶金反应工程学术年会
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随着现代工业对锆的需求日益增长,碱熔法作为处理硅酸盐型锆资源的最有效的手段之一得到了广泛的关注.但目前在工业上通过碱熔融处理锆英石的产物中存在的含锆的难溶硅酸盐造成了资源浪费和环境污染.本研究以合成的硅酸锆为研究对象,通过X-ray衍射、拉曼光谱、红外光谱、X射线光电子能谱、热重分析等多种手段研究ZrSiO4在不同碱熔融环境下的转化行为及反应机理,为高效分解锆英砂、提取其中有价金属提供理论依据.研究主要取得以下结果.(1)在Na2CO3焙烧反应中,Zr-O-Si难以被完全破坏,产物硅酸盐中[SiO4]4-四面体始终呈孤岛状排布.在NaOH和KOH熔融反应中,ZrSiO4中[SiO4]4-四面体微结构单元的部分Si-Onb断裂,Zr以非晶态氧化物形式与Si分离,在升温过程中转化为四方晶系的ZrO2,与碱反应生成锆酸盐.Si与熔体中的OH-成键形成硅烷,然后脱水缩合形成以Si-O-Si键连接的多聚体硅酸盐.熔体碱性越强,同一[SiO4]4-四面体中有越多的Si-Onb被破坏,能在更多空间方向上形成Si-O-Si,从而使产物结构随熔体碱强呈现规律变化：Na2CO3熔融产物为岛状结构(Qo)的硅酸盐Na2ZrSiO5,NaOH熔融产物为链状结构(Q2)硅酸盐Na2SiO3；KOH熔融产物为层状结构(Q3)硅酸盐K2Si2O5.(2)在ZrSiO4表面吸附的OH会与Zr发生缺陷反应使Zr化合价在碱熔融反应初期下降.熔体阳离子的碱性促使这种反应强化,使得碱性较强的KOH熔融反应初期出现K2ZrSiO4,造成有效碱量下降和含Zr硅渣的产生.(3)在NaOH和KOH熔融反应中,ZrSiO4表面的Si-O键断裂后与Si成键的OH使Si比Zr更易溶入熔融态的碱中,随后通过Si-OH间的脱水缩聚在反应体系的固一液界面处以可溶性硅酸盐形式富集,实现了s忆r的分离.随熔体碱性增强,[SiO4]4-四面体中Si-Onb破坏加剧,Si原子可以和更多的OH成键而溶于熔融碱中并富集在固一液界面处.随着反应进行,扩散作用使Zr逐渐扩散至液相,固一液界面处Si/Zr再次趋于原始比例.而Na2CO3碱焙烧反应中,同样条件下Zr-O-Si不能完全破坏,无法形成易溶于熔体的中间产物,Si不能溶出,Si/Zr分离效果差.
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