ПРОЦЕССЫ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ФТОРИРОВАНИИ СИЛИКАТА ЦИРКОНИЯ

  • Sharif M. Sharafeev Национальный исследовательский Томский политехнический университет
  • Vladimir I. Vereshchagin Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Ключевые слова: циркон, плазмодиссоциированный циркон, гидродифторид аммония, фторирование

Аннотация

Керамика на основе силиката циркония применяется в различных областях промышленности. Одной из проблем при получении цирконовой керамики является ее высокая температура спекания. Перспективным методом активации силикатных материалов для интенсификации процессов синтеза и спекания является их низкотемпературное фторирование с помощью гидродифторида аммония. В связи с этим, были исследованы процессы, протекающие при взаимодействии плазмодиссоциированного и природного циркона с гидродифторидом аммония. Установлено, что плазмодиссоциированный циркон активно взаимодействует с гидродифторидом аммония в твердой фазе. Природный циркон в силу своей химической инертности взаимодействует с гидродифторидом аммония только при его плавлении. Основным продуктом фторирования является гексафторосиликат аммония. Побочными продуктами реакции являются гексафтороцирконат и гептафтороцирконат аммония, количество которых растет с увеличением содержания гидродифторида аммония в исходной смеси. Кинетика процесса взаимодействия циркона с гиродифторидом аммония описывается уравнением k×τ = 1-(1-α)1/n. Кажущаяся энергия активации реакции между гидродифторидом аммония и плазмодиссоцированным и природным цирконом составляет 13,9 и 32,7 кДж/моль соответственно. Кажущийся порядок реакции (n) - 2,0 и 1,5 соответственно. Термообработка профторированных материалов при 400 °C приводит к сублимации гексафторосиликата аммония, а также к термической диссоциации фтороцирконатов аммония до тетрафторида циркония и промежуточных по составу фтороцирконатов. Установлено, что в результате низкотемпературного фторирования циркона возможно регулирование химического состава обрабатываемых минералов. Материалы на основе фтораммонийной обработки природного и плазмодиссоциированного циркона потенциально могут быть использованы в технологии функциональной цирконовой и бадделеитоцирконовой керамики.

Литература

Suarez G., Acevedo S., Rendtorff N.M., Garrido L.B., Aglietti E.F. Colloidal processing, sintering and mechanical properties of zircon (ZrSiO4). Ceram. Int. 2015. V. 41. P. 1015-1021. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.09.024.

Jiang J., Xiong T., Bai Z., Zhao D., Yang W., Peng Y., Dan H., Ding Y., Duan T. Effect of Si/Zr molar ration on the sintering and crystallization behavior of zircon ceramics. J. Eur. Ceram. Soc. 2020. V. 40. P. 4605-4612. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.05.043.

Varghese J., Joseph T., Sebastian M.T. ZrSiO4 ceramics for microwave integrated circuit applications. Mater. Let. 2011. V. 65. P. 1092-1094. DOI: 10.1016/j.matlet.2011.01.020.

Nakamori F., Ohishi Y., Muta H., Kurosaki K., Fuku-moto K., Yamanaka S. Mechanical and thermal properties of ZrSiO4. J. Nucl. Mater. 2017. V. 54. N 11. P. 1267-1273. DOI: 10.1080/00223131.2017.1359117.

Ozel E., Turan S. Production of coloured zircon pigments from zircon. J. Eur. Ceram. Soc. 2007. V. 27. P. 1751-1757. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2006.05.008.

Blosi M., Dondi M., Albonetti S., Baldi G., Barzanti A., Zanelli C. Microvawe-assisted synthesis of Pr-ZrSiO4, V-ZrSiO4 and Cr-YAlO3 ceramic pigments. J. Eur. Ceram. Soc. 2009. V. 29. P. 2951-2957. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2009.04.022.

Veitizou C., Quinson J.F., Valfort O., Thomas G. Zir-con formation from amorphous silica and tetragonal zir-conia: kinetic study and modelling. Solid State Ionics. 2001. V. 139. P. 315-323. DOI: 10.1016/S0167-2738(01)00676-2.

Spearing D.R., Huang J.Y. Zircon Synthesis via Sinter-ing of Milled SiO2 and ZrO2. J. Am. Ceram. Soc. 1998. V. 81. N 7. P. 1964-1966. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1998.tb02577.x.

Shi Y., Huang X., Yan D. Toughening of hot-pressed ZrSiO4 ceramics by addition of Y-TZP. Mater. Let. 1998. V. 35. P. 161-165. DOI: 10.1016/S0167-577X(97)00239-5.

Rendtorff N.M., Grasso S., Hu C., Suarez G., Aglietti E.F., Sakka Y. Dense zircon (ZrSiO4) ceramics by high energy ball milling and spark plasma sintering. Ceram. Int. 2012. V. 38. P. 1793-1799. DOI: 10.1016/j.ceramint.2011.10.001.

Veytizou C., Quinson J.F., Jorand Y. Preparation of zircon bodies from amorphous precursor powder synthe-sized by solgel processing. J. Eur. Ceram. Soc. 2002. V. 22. P. 2901-2909. DOI: 10.1016/S0955-2219(02)00038-9.

Tartaj P. Zircon formation from Nanosized Powders Obtained by a Reverse Micelle Process. J. Am. Ceram. Soc. 2005. V. 88. N 1. P. 222-224. DOI: 10.1111/j.1551-2916.2004.00021.x.

Kulmetyeva V.B., Porozova S.Y., Krasny B.L., Tara-sovsky V.P., Krasny A.B. Properties of zirconia ceramics doped by yttrium oxide. Nov. Ogneup. 2009. N 7-8. P. 12-15 (in Russian).

Anciferov V.N., Kulmetyeva V.B., Porozova S.Y., Krasny B.L., Tarasovsky V.P., Krasny A.B. Usage of mechanochemical activation for obtaining of zircon ce-ramics. Tugopl., Keram. Komp. Mater. 2009. N 3. P. 36-40 (in Russian).

Rendtorff N.M., Suarez G., Conconi M.S., Singh S.K., Aglietti E.F. Plasma Dissosiated Zircon (PDZ) processing; Influence of the Zr:Si Ratio in the composition, microstructure and thermal recrystallization. Proc. Mat. Sci. 2012. V. 1. P. 337-342. DOI: 10.1016/j.mspro.2012.06.045.

McPherson R., Rao R., Shafer B.V. The reassociation of plasma dissociated zircon. J. Mat. Sci. 1985. V. 20. P. 2597-2602. DOI: 10.1007/BF00556091.

Pogrebenkova V.V. Vakalova T.V., Gorbatenko V.V., Grekhova M.V. Features of phase formation of mullite-corundum materials in mixtures of kaolin with a fluoriding component. Refrac. Ind. Ceram. 2010. V. 51. N 3. P. 197-201. DOI: 10.1007/s11148-010-9288-3.

Sharafeev Sh.M., Pogrebenkov V.M. Study of the phase formation in processes of treatment by ammonium hydrofluoride of natural magnesium silicates with different structures. Refrac. Ind. Ceram. 2020. V. 61. N. 2. P. 200-206. DOI: 10.1007/s11148-020-00456-6.

Smorokov A.A., Kraydenko R.I. Zirconium dioxide obtaining with usage of ammonium fluorides. Polz. Vest. 2017. N 3. P. 126-130 (in Russian).

Farnasov G.A., Lisafin A.B. Dissociation of zircon after treatment in air high-frequency induction plasma. Fyz. Khim. Obrab. Mater. 2015. N 2. P. 29-34 (in Russian).

Voit E.I., Didenko N.A., Gaivoronskaya K.A. The Composition of Intermediate Products of the Thermal Decomposition of (NH4)2ZrF6 to ZrO2 from Vibrational-Spectroscopy Data. Opt. Spectr. 2018. V. 124. N 3. P. 328-336. DOI: 10.1134/S0030400X18030207.

Опубликован
2021-04-11
Как цитировать
Sharafeev, S. M., & Vereshchagin, V. I. (2021). ПРОЦЕССЫ ФАЗООБРАЗОВАНИЯ ПРИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ ФТОРИРОВАНИИ СИЛИКАТА ЦИРКОНИЯ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 64(4), 67-72. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216404.6336
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы