纳米氧化锆

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。