1. Підготовка сировини.
Переробка корисних копалин. Цирконій у природі в основному міститься в таких рудах, як цирконовий пісок (ZrSiO4). Першим кроком є переробка цих руд, щоб відокремити корисні мінерали цирконію від інших домішок, збільшуючи вміст цирконію. Такі методи, як гравітаційна сепарація, флотація та магнітна сепарація, використовуються для відділення цирконового піску від пов’язаних мінералів, таких як кварц і польовий шпат, з отриманням концентрату.
Збагачення: концентрат, отриманий після переробки корисних копалин, може мати недостатньо високий вміст цирконію і потребує подальшого збагачення. На цьому етапі використовуються хімічні або фізичні методи для збільшення вмісту цирконію, підготовки до подальшого вилучення.
2. Розкладання цирконового піску.
Метод лужного плавлення: цирконовий пісок змішують із сильним лугом, таким як гідроксид натрію, і реагують при високій температурі. Це перетворює елемент цирконій у цирконовому піску на водо{1}}розчинні сполуки, такі як цирконат натрію, тоді як домішки, такі як кремній, утворюють нерозчинні силікатні осади. Після реакції проводять водне вилуговування для отримання розчину цирконату натрію, відокремлюючи його від нерозчинного залишку. Метод кислотного розчинення: сильні кислоти, такі як сірчана кислота та соляна кислота, реагують з цирконовим піском, перетворюючи цирконій на розчинні солі цирконію, які потрапляють у розчин. Однак цей процес складний, оскільки різні кислоти створюють різні умови реакції та продукти. Крім того, ретельний контроль температури реакції, часу та концентрації кислоти має вирішальне значення для забезпечення ефективного розчинення та чистоти цирконію.
3. Очищення розчину.
Очищення: розчин, отриманий після розкладання, містить багато інших домішок, крім солей цирконію, таких як залізо, алюміній і титан. Ці домішки необхідно видалити хімічними методами. Наприклад, додавання осаджувачів дозволяє іонам домішок випадати в осад і відокремлюватися від розчину; або за допомогою іонообмінних смол, використовуючи різну адсорбційну здатність смоли для різних іонів, можна відокремити іони цирконію від іонів домішок, у результаті чого утворюється відносно чистий цирконій-розчин.
4. Отримання сполук цирконію.
Осадження: осаджувач додається до розчину,-що містить чистий цирконій, щоб осадити іони цирконію. Зазвичай використовувані осаджувачі включають аміак і щавлеву кислоту, а отриманий осад може бути гідроксидом цирконію, оксалатом цирконію тощо. Ці осади після фільтрації та промивання дають відносно чисті сполуки цирконію.
Прожарювання: отримані осади сполуки цирконію прожарюють при високих температурах, щоб дозволити їм розкластися або трансформуватися, утворюючи продукти оксиду цирконію, такі як діоксид цирконію (ZrO). Різні сполуки цирконію вимагають різних умов прожарювання; температуру та час необхідно ретельно контролювати, щоб забезпечити якість продукту.
5. Отримання металевого цирконію
Відновлення сполук цирконію: щоб отримати металевий цирконій, необхідно відновити такі сполуки цирконію, як діоксид цирконію. Поширеним методом є відновлення діоксиду цирконію реакційноздатними металами, такими як магній і кальцій, при високих температурах, що призводить до утворення металевого цирконію та відповідних оксидів металів. Цей процес зазвичай здійснюється у вакуумі або середовищі, захищеному інертним газом, щоб запобігти окисленню металевого цирконію.
Рафінування: Чистота металевого цирконію, отриманого шляхом відновлення, недостатньо висока, і потрібне подальше рафінування. Існує багато методів рафінування, таких як йодування та плавлення електронним променем. Взявши, наприклад, метод йодування, неочищений цирконій реагує з йодом при певній температурі з утворенням леткого йодиду цирконію. Потім йодид цирконію нагрівається та розкладається, щоб отримати металевий цирконій високої чистоти-.
