钇稳定纳米氧化锆粉末

氧化锆，又称二氧化锆(ZrO2)，是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损而且具有优良导电性能的无机非金属材料，ZrO2除传统应用于耐火材料和陶瓷颜料外,还应用于在电子陶瓷、功能陶瓷和结构陶瓷等高科技领域。氧化锆具有良好的化学性质。它是一种弱酸性氧化物,对碱溶液以及许多酸性溶液(热浓H2SO4、HF及H3PO4除外)都具有足够的稳定性。用ZrO2制成的坩埚可熔炼钾、钠、铝和铁等多种金属。它对硫化物、磷化物等也是稳定的。许多硅化物的熔融物及矿渣等对烧结ZrO2亦不起作用。氧化锆珠可用于非金属矿业造纸重钙，油漆涂料、油墨，电子材料、锂铁电池，磁性材料，纺织染料，医药等行业的超细研磨与分散。
氧化锆具有优异的耐高温性能，熔点高达2700℃，即使加热到1900℃也不会与熔融的铝、铁、镍、铂等金属以及硅酸盐和酸性炉渣等发生反应，所以用氧化锆材料制作的坩埚能成功地熔炼铂、钯、钌、铯等铂族贵金属及其合金。

氧化锆耐火纤维是高档耐火材料的一种，具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等更高的使用温度和更好的隔热性能，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、不易挥发、无污染。
氧化锆作为耐火材料主要用在大型玻璃池窑的关键部位。将氧化锆熔融、吹制后得到大小不同的氧化锆空心球，制备各种高级隔热砖。
国内主要生产厂家有洛阳耐火材料研究院。

(1)氯氧化锆母液的配制：将3.53Kg的氧氯化锆溶于10L硝酸和盐酸的 混合酸(其中硝酸根离子与氯离子的物质的量比为1.5:1)中，配制10L氯氧化 锆母液。得到的氯氧化锆母液中含有100g/L的锆、3.53g/L的铪、0.18g/L的铁、 0.20g/L的钙、0.10g/L的镁、0.16g/L的硅以及0.36g/L的钛。氯氧化锆母液中氢 离子浓度为5mol/L。

(2)有机多元萃取剂的配制：按体积分数比，将20％的TOPO、10％的 Cynex272以及70％的磺化煤油混合均匀，配制20L有机多元萃取剂。

(3)酸化：将10L氢离子浓度为5mol/L的硝酸和盐酸的混合酸(其中硝 酸根离子与氯离子的物质的量比为1.5:1)加入到上述20L有机多元萃取剂中进 行酸化处理，除去水相，得到上述20L酸化后的有机多元萃取剂。酸化时间为 5min，酸化级数为2级。

(4)萃取：将10L上述氯氧化锆母液加入到上述20L酸化后的有机多元萃 取剂中进行萃取，得到20L含锆萃取物和10L含铪萃余液，萃取时间约为15min， 萃取级数为3级。

(5)洗涤：将6.7L氢离子浓度为3mol/L的盐酸与硝酸的混合酸(其中硝 酸根离子与氯离子的物质的量比为2:1)加入到20L含锆萃取物中，除去水相得 到20L洗涤除杂后的含锆萃取物。萃取时间约为15min，洗涤级数为3级。

(6)反萃：将20L的0.5mol/L盐酸溶液加入到20L洗涤除杂后的含锆萃取 物中，得到20L含锆反萃取液和20L有机反萃取相。反萃温度为90℃，反萃时 间为20min，反萃级数为3级。

(7)有机反萃取相除杂，有机多元萃取剂回收：将6.7L的1mol/L硝酸溶 液加入到20L有机反萃取相中，除去有机反萃取相中杂质，使有机反萃取相中 的有机多元萃取剂循环利用。有机相除杂级数为2级。

(8)氨沉：将分析纯氨水加入到上述含锆反萃取液中，同时边搅拌边加入 聚乙二醇20g，得到氢氧化锆沉淀。氨水沉锆的温度为90℃，加入氨水调节pH 值为12。

(9)灼烧：将氢氧化锆用水洗涤，经马弗炉灼烧，灼烧温度为950℃，灼 烧时间为2h，得到氧化锆。

白色无定形粉末。无臭、无味。 不溶于水，溶于热浓氢氟酸、硫酸。用于制金属锆和锆化合物、制耐火砖和坩锅、高频陶瓷、研磨材料、陶瓷颜料和锆酸盐等可作为高效的高温隔热材料。可用于制造结构陶瓷和功能陶瓷以及人造宝石等用作高纯试剂及红外线光谱带的光源，也用于高纯锆盐的制备大量用于制造耐火材料、研磨材料、陶瓷颜料和锆酸盐等主要用于压电陶瓷制品、日用陶瓷、耐火材料及贵重金属熔炼用的锆砖、锆管、坩埚等。也用于生产钢及有色金属、光学玻璃和二氧化锆纤维。还用于陶瓷颜料、静电涂料及烤漆。用于环氧树脂中可增加耐热盐水的腐蚀。白热煤气灯罩、搪瓷、白色玻璃、耐火坩埚等的制造。X射线照相。研磨材料。与钇一起用以制造红外线光谱仪中的光源灯,厚膜电路电容材料，压电晶体换能器配方。纳米级氧化锆用作抛光剂、磨粒、压电陶瓷、精密陶瓷、陶瓷釉料和高温颜料的基质材料。高纯4N级用作特种玻璃和光学纤维，高折射电镜的玻璃片和节能光源的添加剂。用于原子能工业，国防工业，电子元件，陶瓷色剂，耐高温材料等氯氧化锆热解法锆英石与烧碱在650℃熔融，热水浸出熔融体，硅呈硅酸钠形态与锆酸钠分离。再用硫酸处理，得硫酸锆溶液，进一步除杂质后加氨水，沉淀出氢氧化锆。加盐酸溶解氢氧化锆，得到氯氧化锆，经蒸发浓缩、冷却结晶、粉碎、焙烧，即得二氧化锆成品。其
ZrSiO4+4NaOH→Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O
Na2ZrZrO3+Na2SO4→Zr(SO4)2+Na2SO4+3H2O
Zr(SO4)2+4NH3?H2O→Zr(OH)4↓+2(NH4)2SO4
Zr(OH)4+2HCl+5H2O→ZrOC12?8H2O
ZrOC12?8H2O→ZrO2+2HCl+7H2O氯氧化锆热解法。反应方程式：
ZrSiO4+2Ca(OH)2 →CaSiO3+CaZrO3+2H2O↑
CaZrO3+4HCl+6H2O→ZrOCl2 8H2O+CaCl2
ZrOCl2·8H2O→ZrO2+2HCl+7H2O
焙烧。锆英石精矿：钙质石灰=1：(1.6～1.3),每批投料锆石英100kg、钙质石灰160kg混合得260kg,于1150℃焙烧5h，得焙砂。
、预浸出。将上述焙砂用不同浓度的循环预浸液三段逆流浸出，第一次用含[Ca²⁺]35～40 g/L、[Cl^-]｛T浓度2～2.3mol/L的第三段预浸液调节矿浆浓度为30%～35%，常温下浸出0.5h。第二次和第三次用下述（4）洗锆后的母液配成含[Ca²⁺]25～30g/L、[Cl^-]｛T3～3.2mol/L的溶液，调节矿浆浓度为30%，常温下浸出1～1.5h，浸出终点酸度0.2～0.3mol/L。
高酸浸出。将（2）所得浸出渣用含[Ca²⁺]15～20g/L、[Cl^-]｛T9.5～10mol/L溶液，经固液比分别为1：(3.5～4)和1.3～3.2温度为95℃的条件下，逆流浸出1h，然后将溶液与残渣分离。
沉淀棉出氯氧化锆、净化。用晶体净化过程副产的盐酸洗涤液和煅烧过程收集的冷凝液加入到（3）， 直接沉淀出碱式氯氧化锆。沉淀条件为：酸度盐酸5.0～8.5mol/L，常温，0.5～8h。净化系将沉淀析出的氯氧化锆晶体与母液分离，用纯盐酸充分洗涤，至氯氧化锆含铁小于0.0005%。
煅烧。将净化的氯氧化锆放入煅烧炉中煅烧，条件800～950℃，2.5～3。
碳酸锆分解法。反应方程式：ZrOCl2+CO(NH2)2+7H2O→Zr(OH)2CO3·4H2O+2NH4Cl
Zr(OH)2CO3·4H2O→ZrO2+CO2+H2O
配制初始溶液：ZrOCl2 0.01mol/L、CO(NH2)2 0.50mol/L、甘油2.5%, pH值（2.5±0.1)，调整pH值后溶液应无沉淀产生。将此溶液放入（85±1）℃的油浴中陈化，约30min后溶液开始混浊，然后逐渐加重，继续陈化至5h。陈化期结束后用流动的冷水（15℃以下）或冰水将陈化液迅速冷却至15℃以下，得到碱式碳酸锆溶胶。
从碱式碳酸锆溶胶中离心分离出沉淀物，用水洗涤，离心，反复5次。将洗净的沉淀物放入高温炉中加热至850℃（升温速率约10℃/min)，在此温度下保温2h，降温，冷却后取出，即得二氧化锆颗粒。
溶胶-凝胶法在锆的醇盐如ZrO(C3H7)4中加人醇和水，再加入酸作催化剂进行混合，开始进行加水分懈反应，最后形成溶胶，然后进行聚合反应成为凝胶。该凝胶为黏稠的液体，选择适当的黏度进行干燥纺丝，纤维化成一次纤维。进一步在500～1000℃高温下加热，进行无机化处理，制得氧化锆纤维产品。