Одержання діоксиду цирконію золь-гель методом з використанням карбаміду - Автореферат

Останні роки діоксид цирконію широко застосовується в якості функціонального матеріалу у виробництві спеціальних видів кераміки (“тонка кераміка”), які впроваджуються у таких пріоритетних галузях промисловості як електронна, електротехнічна, авіаційна, космічна. Існуючі промислові способи виробництва діоксиду цирконію не дозволяють одержати сировину для “тонкої кераміки”, що відповідає перерахованим вище вимогам, тому діоксид цирконію, отриманий традиційними способами, піддають додатковій переробці (подрібнювання, грануляція). Уникнути цих недоліків і одержати діоксид цирконію необхідної якості дозволяє використання золь-гель методів. Цей метод дозволяє отримувати високодисперсний діоксид цирконію, а також різні продукти, вміщуючі діоксид цирконію (золі, гелі, ксерогелі), які також використовуються у виробництві різних видів кераміки. Розробити технологічну схему і технологічний режим процесу одержання діоксиду цирконію золь-гель методом з використанням карбаміду.Використання карбаміду, як гідролізуючого агента, дає змогу контролювати гідроліз солей цирконію, тому можна отримати стабільні золі з заданим розміром частинок гідроксиду цирконію. Обєкти досліджень: 1) розчини солей цирконію (оксихлорид і оксинітрат) та карбаміду; 2) золі гідроксиду цирконію, отримані методом гомогенного гідролізу; 3) порошки гідроксиду цирконію, що містять карбамідоформальдегідні полімери, (КФП-ZRO(OH)2); 4) порошки діоксиду цирконію. Концентрація карбаміду у розчинах змінювалася відповідно до прийнятого мольного співвідношення карбаміду до цирконію NK:NZR=1,5-10. Дослідження процесу гідролізу солей цирконію проводилося на лабораторній установці, основним елементом якої був термостатований скляний тригорлий реактор з водяним холодильником. Дослідження процесу гідролізу проводилося при різних температурах (85-100 ОС), фіксованих концентраціях солі цирконію (5-40 г/л по Zr4 ) і співвідношенні NK: NZR=1,5-10, що дозволило змінювати швидкість хімічної реакції гідролізу.Одержання діоксиду цирконію можна розділити на декілька стадій: 1) приготування водяного розчину неорганічної солі цирконію; 2) одержання золів гідроксиду цирконію гомогенним гідролізом солей цирконію у присутності карбаміду; 3) приготування розчину КФП; 4) затвердження передполімеру у золі гідроксиду цирконію; 5) фільтрація і промивання отриманого осаду; 6) сушіння і прожарювання осаду; 7) очищення газів, що утримуються після прожарювання. На підставі експериментальних досліджень розроблений технологічний режим одержання високодисперсного діоксиду цирконію методом гомогенного гідролізу неорганічних солей цирконію з використанням карбаміду: - стадія гідролізу солей цирконію з використанням карбаміду проводиться при температурі кипіння розчину (»100 ОС) і мольному співвідношенні карбаміду до цирконію NK:NZR=1,5:1, протягом 4 годин; - стадія виготовлення розчину передполімеру проводиться при таких умовах: температура 30 ОС, тривалість 1 година, мольне співвідношення формальдегіду до карбаміду NФ:NK=1:1; - стадія затвердження передполімеру проводиться при температурі 55-60 ОС протягом 2 годин, при цьому золь гідроксиду цирконію вливається у розчин передполімеру протягом 0,5 годин, у кількості необхідній для створення масового співвідношення КФП:Zr=1,5; - стадія термічної обробки КФП-ZRO(OH)2 проводится при таких умовах: сушіння при температурі 95 ОС, прожарювання 2 години при температурі 700 ОС.У дисертації наведене теоретичне обгрунтування і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в розробці золь-гель методу одержання високодисперсного діоксиду цирконію гомогенним гідролізом неорганічних солей цирконію з використанням карбаміду. Встановлено, що процес утворення та росту частинок золів гідроксиду цирконію протікає у три стадії, які характеризуються різною швидкістю росту розмірів частинок, при цьому для першої стадії одержане напівемпіричне рівняння залежності діаметра частинок від часу та вихідної концентрації реагентів. % по ZRO2) золів гідроксиду цирконію: CZR=20-80 г/л, NK:NZR=1,5-3, тривалість синтезу золів ~4 години, тривалість випарювання 7-12 годин, при цьому золі складаються з рентгеноаморфних частинок. Порошок діоксиду цирконію має такі дисперсні характеристики: середній діаметр частинок 0,445 мкм, основна фракція складається із частинок діаметром 0,4-0,5мкм (92%). карбамід цирконій оксинітрат гомогенний Для одержання високодисперсного діоксиду цирконію з максимальним ступенем витягу гідроксиду цирконію з золів процес витягу необхідно проводити в дві стадії: - готування розчину передполімеру при РН=5,5 і температурі 30 ОС, протягом 1 години і мольному співвідношенні формальдегіду до карбаміду 1:1; - витяг гідроксиду цирконію при РН=3 і температурі 55 ОС, протягом 2 годин і масовому співвідношенні КФП:Zr?1,5, при цьому необхідно додавати золь гідроксиду цирконію в розчин КФП.

Основний зміст роботи