二氧化锆制备工艺与应用PDF电子书下载

1二氧化锆的性质 1

1．1概述 1

1．2二氧化锆的相结构变化和特征 3

1．2．1二氧化锆的相变 3

1．2．2三个相系的晶型结构及锆与氧离子的配位、键距和键角 7

1．2．3不同ZrO2相结构膨胀性能的差异性 11

1．2．4二氧化锆在四方相和单斜相转化时出现温度的滞后现象 13

1．2．5 t-ZrO2和m-ZrO2晶型转化的特征 18

1．2．6稳定ZrO2中立方到四方相转变的机理—分子动态模型 19

1．3二氧化锆复合体的固溶性质和稳定化作用 26

1．3．1二氧化锆复合体的固溶机理 26

1．3．2二氧化锆体系（MeO-ZrO2）平衡相图 28

1．3．3影响二氧化锆稳定性和相结构变化的主要因素 29

1．4二氧化锆及组成二氧化锆体系复合体的化学稳定性 38

1．5四方ZrO2的增韧作用 45

1．5．1应力诱发相转变 45

1．5．2微裂纹增韧 51

1．5．3裂纹分支增韧 54

1．5．4裂纹偏转和弯曲增韧 55

1．5．5表面强化、韧化 56

1．5．6其他ZrO2陶瓷复合材料 56

1．6立方ZrO2的离子传导性能 57

1．6．1固态中的离子传导理论 57

1．6．2 ZrO2中氧离子传导的理论基础 58

1．7燃烧气氛对ZrO2相转变的影响 66

参考文献 67

2 二氧化锆的制备工艺 74

2．1概述 74

2．2锆英石的性质 77

2．3氢氧化钠烧结法从锆英石中制备二氧化锆 79

2．3．1用氢氧化钠分解锆英石的理论基础 79

2．3．2锆英石中其他组分和铀、钍在碱分解过程中的转化行为 90

2．3．3烧结料的主要组成 92

2．3．4氢氧化钠分解锆英石的工艺操作条件 92

2．3．5锆英石分解过程的主要技术指标 92

2．3．6烧结设备的选型 93

2．3．7烧结过程的环保及处理要点 94

2．3．8碱分解产物的处理 94

2．3．9水洗料的处理 100

2．3．10盐酸分解和结晶 102

2．3．11氧氯化锆煅烧制备二氧化锆 114

2．4碳酸钙或氧化钙烧结法分解锆英石制备二氧化锆 118

2．4．1工艺流程 118

2．4．2碳酸钙烧结主要反应 118

2．4．3氧化钙烧结的主要反应 119

2．4．4工艺操作 119

2．4．5主要工艺条件 121

2．5硅氟酸钾烧结法制备工业级二氧化锆 122

2．5．1工艺流程 122

2．5．2相图的分析 122

2．5．3主要反应 124

2．5．4主要工艺条件和操作 125

参考文献 125

3 纳米二氧化锆粉体的制备 127

3．1纳米二氧化锆粉体的性质 127

3．2纳米二氧化锆粉体的制备方法 131

3．2．1概述 131

3．2．2纳米ZrO2粉体的制备方法 133

3．3沉淀法制备纳米ZrO2粉体 133

3．3．1沉淀 135

3．3．2过滤、洗涤 136

3．3．3干燥 137

3．3．4干燥粉体的球磨 138

3．3．5非晶干燥粉体的煅烧 140

3．3．6沉淀法制备纳米ZrO2粉体方法的评述 140

3．4水解法制备纳米ZrO2粉体 141

3．4．1工艺流程 141

3．4．2水解反应 143

3．4．3水解沉淀 143

3．4．4水解ZrOCl2溶液制备水合氧化锆颗粒形成机理 143

3．4．5过滤、洗涤、干燥和煅烧工艺和影响 146

3．5醇盐水解法制备纳米ZrO2粉体 146

3．5．1工艺流程 147

3．5．2基本反应 148

3．5．3操作 148

3．5．4水热法制备纳米ZrO2粉体 148

3．6共沸蒸馏法制备纳米ZrO2粉体 149

3．7低温气相水解法制备纳米ZrO2粉体 150

3．8微乳液法（反向胶团法）制备纳米ZrO2粉体 151

参考文献 152

4 稳定氧化锆的制备方法 157

4．1概述 157

4．2共沉淀法制备稳定二氧化锆粉体 157

4．2．1工艺流程 158

4．2．2主要反应 159

4．2．3工艺过程的主要条件控制 159

4．3非等温合成草酸盐法制备稳定二氧化锆（Y-PSZ）粉体 161

4．3．1工艺流程 162

4．3．2反应式 162

4．3．3工艺流程简述 163

4．4溶胶-凝胶法制备稳定二氧化锆（YSZ）粉体 166

4．4．1工艺流程 166

4．4．2主要反应 166

4．4．3溶胶-凝胶法过程中物质的形成、转化机理和影响因素 167

4．4．4不同介质、浓度对制备YSZ粉体的性能影响 168

4．4．5添加柠檬酸用溶胶-凝胶法工艺制备8YSZ粉体 169

4．5喷雾热分解制备稳定二氧化锆粉体 172

4．5．1用超频率调控两流体雾化超声喷雾热分解合成球状颗粒的YSZ粉体 173

4．5．2用超声喷雾热分解技术合成8YSZ粉体 177

4．5．3用喷雾干燥-喷雾热分解制备稳定二氧化锆粉体 184

4．6水热分解法制备稳定ZrO2粉体 192

4．7喷雾法处理稳定ZrO2粉体和造粒 195

4．7．1用不同方法制备的各种稳定3YSZ粉体的性能 195

4．7．2稳定ZrO2粉体的制粒 197

参考文献 204

5 核级二氧化锆的制备工艺 208

5．1概述 208

5．2甲基异丁基酮（MIBK）萃取分离制备核级二氧化锆 209

5．2．1 MIBK萃取分离锆铪的基本原理 209

5．2．2 MIBK萃取的工艺流程 210

5．2．3 MIBK萃取分离的工艺条件 211

5．2．4 MIBK萃取分离的主要设备 212

5．2．5 MIBK-HSCN-HCl体系萃取分离锆铪生产核级二氧化锆的实例 213

5．2．6锆砂碱熔-MIBK分离制取核级二氧化锆的研发 215

5．2．7 MIBK萃取分离制备核级ZrO2工艺的特点 216

5．3胺类萃取剂萃取分离锆铪制备核级二氧化锆的工艺 216

5．3．1工艺流程简介 217

5．3．2主要工艺技术条件 218

5．3．3 N235萃取分离工艺的特点 221

5．4磷酸三丁酯（TBP）萃取分离锆、铪制备核级ZrO2的工艺 221

5．4．1 TBP萃取分离锆、铪的基本原理 222

5．4．2 TBP萃取分离锆、铪的工艺流程 222

5．4．3 TBP萃取系统选择的技术条件和试剂 223

5．4．4箱式逆流萃取过程级数、相比和流量的编制 224

5．4．5 TBP萃取分离锆、铪和影响因素 225

5．4．6铪的富集和回收 229

5．4．7钛的回收 230

5．4．8萃取过程中放射性元素的处理 230

5．4．9从废碱液中富集和回收铀钍 232

5．4．10上清废液的处理 235

5．4．11 HNO3-HCl体系中TBP萃取工艺评述 238

5．4．12用TBP萃取分离锆、铪和回收钛、铀、钍的工艺流程 238

5．5分步结晶法分离锆、铪制备核级ZrO2的工艺 240

5．5．1工艺流程 240

5．5．2主要工艺条件 240

5．5．3富铪料的制取 242

5．5．4粗K2 （Hf） ZrF6、无铪K2 ZrF6和无铪氧化锆的典型组分比较 242

5．6核级ZrO2和HfO2的成分 243

参考文献 244

6 二氧化锆的其他制备工艺 245

6．1炭化氯化法制备ZrO2 245

6．1．1工艺流程 245

6．1．2锆砂的炭化 245

6．1．3炭化锆的氯化 246

6．2锆英砂沸腾床制取ZrCl4和ZrO2 247

6．3几种制取ZrO2方法的技术经济比较 249

6．4电熔法制备二氧化锆 251

6．4．1原理 251

6．4．2工艺流程 253

6．4．3制备电熔ZrO2的实践 254

6．5等离子-碱溶法制备二氧化锆 259

6．5．1概述 259

6．5．2原理 260

6．5．3工艺流程、工艺条件和设备 261

参考文献 264

7 氧化锆陶瓷的性能和在陶瓷材料中的应用 265

7．1概述 265

7．1．1二氧化锆在陶瓷应用中的特性要求 265

7．1．2陶瓷的烧结制度要求 266

7．1．3掺杂二氧化锆的组成和相结构的影响 268

7．2氧化锆陶瓷的力学性能 269

7．2．1 Y2 O3-ZrO2 （Y-PSZ）陶瓷的力学性能 269

7．2．2 Al2 O3-ZrO2陶瓷（ZTA）的力学性能 277

7．2．3 MgO-ZrO2陶瓷的性能 287

7．2．4 CaO-ZrO2陶瓷的性能 288

7．2．5 CeO2-ZrO2陶瓷的性能 290

7．2．6部分稳定氧化锆的微观结构 291

7．3氧化锆基固体电解质材料 292

7．3．1固体氧化物电解质的作用原理 295

7．3．2 YSZ系固体电解质材料 295

7．3．3 ScSZ系固体电解质材料 299

7．3．4 YbSZ系固体电解质材料 303

7．3．5多元掺杂的ZrO2基固体电解质材料 304

7．4氧化锆材料在陶瓷中的应用 310

7．4．1韧性陶瓷或称结构陶瓷 311

7．4．2光纤接插件 313

7．4．3电子陶瓷 316

7．4．4燃料电池的固体电解质 317

7．5氧化锆陶瓷发热体 329

参考文献 332

8 氧化锆耐火材料、合成宝石、催化材料和膜料 341

8．1氧化锆耐火材料 341

8．1．1浇注成形部分稳定ZrO2耐火材料 341

8．1．2 ZrO2制成的轻质耐火材料 345

8．1．3 ZrO2纤维及制品 346

8．1．4氧化锆浇铸料和火泥 350

8．2氧化锆合成宝石 350

8．2．1概述 350

8．2．2基本原理、设备和工艺 351

8．2．3立方ZrO2晶体的特征和应用 355

8．3含氧化锆催化材料 356

8．3．1含锆催化剂简介 356

8．3．2含ZrO2催化剂的研究与应用 360

8．3．3 ZrO2在汽车尾气净化催化剂中的应用 363

8．4氧化锆镀膜材料 372

8．4．1氧化锆薄膜的性能 372

8．4．2 ZrO2膜料制备工艺 373

8．4．3应用 374

参考文献 376

9 锆铪的资源和锆英砂消费 378

9．1锆铪矿物 378

9．2锆铪的资源 381

9．2．1世界锆铪资源概况 381

9．2．2澳大利亚等国的锆资源概况 382

9．2．3中国的锆资源 383

9．3锆砂的采选 384

9．3．1锆铪海滨砂矿采选的特点 384

9．3．2采选工艺流程 385

9．3．3锆英砂精砂的化学组成和标准 387

9．4锆砂的产量、贸易和应用 393

9．4．1世界锆砂的产量 393

9．4．2锆砂的消费和应用结构 396

参考文献 398