3.5. Другие способы переработки концентратов

Помимо основных рассмотренных методов вскрытия циркона исследованы и применяются в небольших масштабах следующие способы.

Выше упоминалось о твёрдофазной термической диссоциации циркона на диоксиды циркония и кремния. Минерал начинает разлагаться при температуре 1540⁰C (по некоторым данным, при 1676 ± 10⁰C). Для полного разложения циркон нагревают при температуре 1700 – 1800⁰С в течение 6 часов. Продуктами диссоциации являются ZrO₂ моноклинной модификации и кристобаллит или стекло.

Перспективным способом является плазмохимическое разложение циркона. Высокая температура плазмы обеспечивает значительные скорости плазменных превращений, и время протекания реакций чрезвычайно мало – сек. Вследствие высокого теплосодержания плазмы можно добиться большой производительности операции даже в случае проведения сильно эндотермичных процессов. Цирконовый концентрат измельчают до размеров около 0,2 мм, нагревают (во избежание растрескивания частиц при контакте с плазмой) и вводят в плазменный реактор. Используют аргонную плазму с температурой 13000 К. Продуктом плазменной диссоциации является порошок моноклинного ZrO₂ субмикронных размеров (0,1 – 0,2 мкм). Как правило, частицы порошка сферической формы покрыты слоем аморфного диоксида кремния, легко растворимого при обработке продукта 50 % раствором едкого натра при температуре 120⁰С. Затем диоксид циркония, содержащий менее 1 мас. % SiO₂, отделяют от раствора центрифугированием.

Известен способ вскрытия циркона с использованием фторида алюминия:

3/2ZrSiО₄ + 2AlF₃ ® 3/2ZrO₂ + Al₂O₃ + 3/2SiF₄. (18)

Смесь ZrО₂ + Al₂O₃ применяют в производстве бадделеито-корундовых плавленых огнеупоров. Тетрафторид кремния, отгоняют и конвертируют по реакции:

SiF₄ + 4/3Al(OH)₃ ® H₂SiO₃ + 4/3AlF₃ + H₂O (19)

Для разложения циркона возможно использование также следующей реакции:

ZrSiO₄ + ZnS + C ® ZrO₂ + SiS + 2CO + Zn (20)

Реакцию осуществляют при температуре 1400⁰C, что обеспечивает отгонку из реакционной смеси SiS, CO и Zn. При охлаждении отогнанных продуктов протекает реакция:

SiS + 2 CO + Zn ® ZnS + SiO₂ + 2C (21)

Вскрытие бадделеитового концентрата можно производить всеми способами, применяемыми к циркону (сплавление, спекание и др.). Однако возможно и прямое вскрытие бадделеита кипящей серной кислотой при интенсивном перемешивании. В таких условиях плёнка продукта – сульфата циркония, образующаяся на поверхности частиц минерала, разрушается и не препятствует протеканию растворения. Процессы взаимодействия с Н₂SO₄ и разрушения плёнки Zr(SO₄)₂ совмещают при использовании шаровой мельницы, турбулизации смеси электроискровым методом и др. Оптимальными условиями вскрытия являются нагрев до 300⁰С, размеры частиц минерала около 45 мкм, 2 – 3 – кратный избыток серной кислоты по сравнению со стехиометрическим, продолжительность процесса 3 часа. Степень вскрытия бадделеита составляет 94 – 97 %.