用釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的方法，屬于陶瓷廢料回收技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]乾穩(wěn)定復(fù)合氧化錯(cuò)粉體是制作氧化錯(cuò)特種陶瓷、高級(jí)耐火材料、光通訊器件、新能源材料的基礎(chǔ)原料，隨著科學(xué)技術(shù)、材料工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，特種陶瓷以金屬和其他材料不可比擬的耐高溫、耐腐蝕、耐磨性能和獨(dú)特的電性能而被廣泛應(yīng)用于航天軍工、機(jī)械工程、通訊、電子、汽車、冶金、能源、生物等領(lǐng)域，是工業(yè)技術(shù)特別是尖端技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵材料，代表著現(xiàn)代材料發(fā)展的主要方向。作為氧化鋯陶瓷的主要原材料，高純超細(xì)復(fù)合氧化鋯粉的應(yīng)用亦隨著應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大而擴(kuò)大。
[0003]鋯鋁陶瓷復(fù)合粉體，主要用于制備ZTA復(fù)合陶瓷，ZTA復(fù)合陶瓷具有優(yōu)異的抗腐蝕性、抗熱震性較高的強(qiáng)度和韌性，用ZTA制作的陶瓷刀具可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄鐵和合金的加工；可以制作工程陶瓷的界面結(jié)構(gòu)，延長工程材料的使用壽命；用ZTA制作的耐磨瓷球，可廣泛用于高檔色釉及硅酸鋯粉、碳酸鈣、食品、藥品、保健品、化妝品等行業(yè)各種研磨機(jī)械的優(yōu)質(zhì)研磨介質(zhì)；由于氧化鋁陶瓷具有良好的生物相容性，ZTA還可以作為生物醫(yī)用材料，用于牙齒的修復(fù)和重建等。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也會(huì)逐漸擴(kuò)大。
[0004]隨著釔穩(wěn)定氧化鋯，應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，在加工釔穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的過程中，積累的釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料越來越多，廢料中氧化鋯含量從75% -95%，氧化釔含量從5% -20%不等，由于釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料與鋯英砂相比雜質(zhì)含量少，主要二氧化硅和固體廢料加工過程中引入的雜質(zhì)鐵和酸溶或者是堿融過程中引入的雜質(zhì)鐵，鋯、釔(相對(duì)于稀土)含量高，因而，釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料的回收利用引起了國內(nèi)眾多廠家和專家的興趣，且開發(fā)了堿融法和硫酸酸化法兩種破解釔穩(wěn)定氧化鋯固體鋯廢料的方法，堿融法主要用于制備氧氯化鋯，煅燒氧氯化鋯獲得氧化鋯，并通過分步沉淀、萃取除雜等工藝制備出草酸釔，經(jīng)煅燒制備出氧化釔；硫酸酸化法主要是用于制備硫酸鋯，然后沉淀出氫氧化鋯，煅燒制備氧化鋯。硫酸鋯結(jié)晶母液中的釔，通過分步沉淀、萃取等過程，最終制得草酸釔，煅燒得氧化釔。綜合兩種方法由于工藝步驟多，堿融料或者酸熔料中鋯釔金屬回收率都較低?？紤]到用化學(xué)法制備鋯釔復(fù)合粉體或者鋯鋁復(fù)合粉體，大多都采用氧氯化鋯為前驅(qū)體，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)，從廢料制備氧氯化鋯或者硫酸鋯，然后再用鋯鹽制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的不良循環(huán)，因而有必要開發(fā)一種從釔穩(wěn)定氧化鋯廢料制備鋯釔復(fù)合粉體和鋯鋁復(fù)合粉體的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的方法，其成本低，工藝步驟簡單，對(duì)錯(cuò)乾金屬的回收率高。
[0006]本發(fā)明所述的用釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的方法，包括以下步驟:
[0007](I)酸化焙燒
[0008]將用釔穩(wěn)定的氧化鋯固體廢料與硫酸和硫酸銨混合，然后酸化焙燒，制得酸化料；
[0009](2)酸化料浸出
[0010]將步驟(I)中所得酸化料用水浸取，浸出后加入PEG 4000，攪拌、過濾得鋯釔清液；
[0011]⑶萃取除鐵
[0012]向步驟(2)中所得鋯釔清液中，加入雙氧水將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，加入濃鹽酸，然后用有機(jī)相與水相的體積比為1:2的萃取液進(jìn)行三級(jí)萃取，得到鋯釔凈化液；
[0013](4)鋯、釔溶液配制
[0014]根據(jù)步驟(3)所得凈化液中氧化鋯和氧化釔含量，通過加入硫酸釔或者硫酸鋯分別調(diào)整氧化乾的摩爾百分比為3mol%、5mol%和8mol% ；
[0015](5)鋯、釔、鋁溶液配制
[0016]根據(jù)步驟(3)所得凈化液中鋯、釔含量，加入氫氧化鋁和氯化鋁，再加入硫酸釔或者硫酸鋯調(diào)整氧化釔摩爾百分比3mol%，配制成鋯、釔、鋁混合鹽溶液；
[0017](6)鋯釔復(fù)合粉體前驅(qū)體制備
[0018]向步驟(4)所得鋯釔溶液中加入PEG 2000攪拌溶解，然后將其緩慢滴加到碳酸氫銨和氨水的緩沖溶液中進(jìn)行沉淀，沉淀依次用去離子水、無水乙醇洗滌，干燥，得到鋯釔復(fù)合粉體前驅(qū)體；
[0019](7)鋯鋁復(fù)合粉體前驅(qū)體制備
[0020]向步驟(5)所得鋯、釔、鋁混合鹽溶液中加入PEG 2000攪拌溶解，然后將其緩慢滴加到碳酸氫銨和氨水的緩沖溶液中，得到氫氧化鋯和氫氧化鋁沉淀，沉淀依次用水、無水乙醇充分洗滌，干燥，得鋯鋁復(fù)合粉體前驅(qū)體；
[0021](8)鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的制備
[0022]分別將步驟(6)和(7)中制備的粉體前驅(qū)體煅燒，分別制得鋯釔和鋯鋁復(fù)合陶瓷粉體。
[0023]步驟(I)中，用釔穩(wěn)定的氧化鋯固體廢料為酸洗過的廢料(如可用鹽酸清洗廢料以除鐵)，酸洗過的用釔穩(wěn)定的氧化鋯固體廢料與硫酸和硫酸銨的固液重量比為1-1.3:1.5-1.7:1.25-1.35，在 280_320°C溫度下酸化焙燒 30_50min。
[0024]步驟(2)中，酸化料與水的固液重量比為1:2-3，溫度為85-95°(:，浸出時(shí)間為60分鐘，浸出后加入Iwt% PEG4000，攪拌半小時(shí)。
[0025]步驟(3)中，雙氧水的用量為3_5wt% ;調(diào)整氯離子濃度為100g/L。
[0026]所述萃取劑為三(辛-癸)烷基叔胺(又名N235)、正辛醇和磺化煤油的混合物，體積百分比為20:20:60o
[0027]步驟(6)中，PEG 2000用量為5_10wt%。，緩沖溶液的濃度為l_2mol.dm 3，滴加鋯釔溶液時(shí)控制溫度在40-50°C，洗滌后在110°C下干燥。
[0028]步驟(7)中，PEG 2000用量為5_10wt%。，緩沖溶液的濃度為2mol.dm 3，滴加鋯釔溶液時(shí)控制溫度在40-50°C，洗滌后在110°C下干燥。
[0029]步驟(8)中，在850_900°C溫度下煅燒1.5-2.0小時(shí)。
[0030]鋯釔復(fù)合粉體和鋯鋁復(fù)合粉體的制備，常用的方法有物理共磨法、共沉淀法、絡(luò)合沉淀法、溶膠-凝膠法和沉淀包裹法等。其中物理共磨法因操作簡便、快速，已成為制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的主要方法，對(duì)于鋯鋁復(fù)合粉體而言，由于其中氧化鋯和氧化鋁分布不均勻，易導(dǎo)致其所制備的復(fù)合陶瓷氣孔率高，顯微結(jié)構(gòu)不均勻，力學(xué)性能較差?？紤]到用釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料生產(chǎn)氧化鋯和氧化釔的成本因素，在獲得鋯釔凈化液的基礎(chǔ)上，結(jié)合到實(shí)際生產(chǎn)過程的可操作性，本發(fā)明選用共沉淀法制備鋯釔以及鋯鋁復(fù)合粉。在沉淀劑的選擇上，采用碳酸氫銨和氨水緩沖溶液，可使得體系中鋯、釔和鋁同時(shí)沉淀。
[0031]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0032](I)使用萃取劑萃取除鐵比用硫酸鋯生產(chǎn)過程中鹽酸法除鐵效果好，產(chǎn)品中氧化鐵含量小(Fe203< 0.1mg.dm 3)，萃取凈化液可靈活運(yùn)用于多種鋯釔相關(guān)產(chǎn)品的制備。
[0033](2)釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料中鋯釔金屬回收率高，浸出液中鋯釔幾乎可完全回收。
[0034](3)直接用鋯釔混合凈化液制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體，為釔穩(wěn)定氧化鋯固體廢料的回收利用開辟了一條新途徑，克服了由浸出液制備鋯鹽和鋯釔分離制備氧化釔，然后制備鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的繁瑣過程，與常規(guī)化學(xué)法相比，生產(chǎn)過程簡單，生產(chǎn)成本低。
[0035](4)萃取凈化液鋯、釔濃度可調(diào)，可制備多種類型的鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但其并不限制本發(fā)明的實(shí)施。
[0037]實(shí)施例1
[0038](I)酸化焙燒
[0039]將酸洗過的氧化鋯氧化釔固體粉料與硫酸和硫酸銨按固液重量比為1: 1.5:1.25裝入反應(yīng)鍋內(nèi)混合均勻，在280°C溫度下酸化焙燒30min，制得酸化料。
[0040](2)酸化料浸出
[0041]將步驟(I)中所得酸化料用水浸取，酸化料與水的固液重量比為1:3，溫度為85 °C，浸出時(shí)間為60分鐘，浸出后加入Iwt % PEG 4000，攪拌半小時(shí)，過濾得鋯釔清液。
[0042](3)萃取除鐵
[0043]向步驟(2)中所得鋯釔清液中，加入3wt%|氧水將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，加入濃鹽酸至氯離子濃度為100g/L，以體積比為20% N235+20%正辛醇+60%磺化煤油為萃取液，相比0/A = 1:2，三級(jí)萃取，F(xiàn)e2O3含量小于0.1mg -dm 3，得到鋯釔凈化液；萃取有機(jī)相經(jīng)Imol.dm 3鹽酸三級(jí)反萃，重復(fù)使用。
[0044](4)錯(cuò)、乾溶液配制
[0045]根據(jù)步驟(3)所得凈化液中氧化鋯和氧化釔含量，通過加入硫酸釔調(diào)整氧化釔的摩爾百分比為3mol%，使溶液中ZrO2, Y2O3含量分別為59.8g.dm 3和3.34g.dm 3。
[0046](5)鋯、釔、鋁溶液配制
[0047]根據(jù)步驟(3)所得凈化液中鋯、釔含量，加入氫氧化鋁(中和過量的酸)和氯化鋁，再加入硫酸釔調(diào)整氧化釔摩爾百分比3mol %，配制成鋯、釔、鋁混合鹽溶液，調(diào)整溶液中Zr02、Y2O3和 Al 203含量分別為 59.8g.dm 3、3.34g.dm 3和 253.1g.dm 3。
[0048](6)鋯釔復(fù)合粉體前驅(qū)體制備
[0049]向步驟(4)所得鋯釔溶液中加入5wt%。的PEG 2000攪拌溶解，然后將其緩慢滴加到Imol.dm 3NH4HCO3-NH3.H2O緩沖溶液中，控制反應(yīng)溫度為40°C，攪拌下沉淀，沉淀依次用去離子水、無水乙醇洗滌，在110°C下干燥，得鋯釔復(fù)合粉體前驅(qū)體；
[0050](7)鋯鋁復(fù)合粉體前驅(qū)體制備
[0051]向步驟(5)所得鋯、釔、鋁混合鹽溶液中加入PEG 2000攪拌溶解，然后將其緩慢滴加到2.0mol.dm 3NH4HCO3-NH3.H2O緩沖溶液中，控制反應(yīng)溫度為40°C，得到氫氧化鋯和氫氧化鋁沉淀，沉淀依次用水、無水乙醇充分洗滌，在110°C下干燥，得鋯鋁復(fù)合粉體前驅(qū)體；
[0052](8)鋯釔和鋯鋁復(fù)合粉體的制備
[0053]分別將步驟(6)和(7)中制備的粉體前驅(qū)體在850°C溫度下煅燒1.5小時(shí)，分別獲得鋯釔和鋯鋁復(fù)合陶瓷粉體。
[0054]該方法獲得的鋯釔復(fù)合粉含Zr0294.7 %、Υ2035.28%、Fe2O3< 0.0001 %, S12
<0.001 ;鋯鋁復(fù)合粉體含 Zr0218.9%、Y2O3L 06%、Α120380.0%、Fe2O3< 0.0001%、S12
<0.001，平均粒徑為:0.2-0.3 μ m。
[0055]實(shí)施例2
[0056](I)酸化焙燒
[0057]將酸洗過的氧化鋯氧化釔固體粉料與硫酸和硫酸銨按固液重量比為1.3:1.7:1.35裝入反應(yīng)鍋內(nèi)混合均勻，在320°C溫度下酸化焙燒50min，制得酸化料。
[0058](2)酸化料浸出
[0059]將步驟(I)中所得酸化料用水浸取，酸化料與水的固液重量比為1:2，溫度為95 °C，浸出時(shí)間為60分鐘，浸出后加入Iwt % PEG 4000，攪拌半小時(shí)，過濾得鋯釔清液。
[0060](3)萃取除鐵
[0061