Смотраєв Роман Васильович. Одержання діоксиду цирконію золь-гель методом з використанням карбаміду

Краткое описание

Смотраєв Роман Васильович. Одержання діоксиду цирконію золь-гель методом з використанням карбаміду : Дис... канд. наук: 05.17.01 2002

Смотраєв Р.В.Одержання діоксиду цирконію золь-гель методом з використанням карбаміду. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.17.01. технологія неорганічних речовин. Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2002.
Захищаються результати теоретичних і експериментальних досліджень, виконаних для розробки технологічного процесу одержання високодисперсного діоксиду цирконію методом гомогенного гідролізу неорганічних солей цирконію з використанням карбаміду. Досліджені кінетичні характеристики процесу гомогеного гідролізу оксихлориду й оксинітрату цирконію у присутності карбаміду. Визначено умови одержання і концентрування стабільних золів. Досліджений процес витягу гідроксиду цирконію з золів за допомогою карбамідоформальдегідних полімерів і залежності впливу технологічних параметрів на вихід і якість одержуваного діоксиду цирконію. Розроблені технологічний режим і технологічна схема процесу одержання високодисперсного діоксиду цирконію.
Матеріал дисертації викладений у 9 друкованих роботах.

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.
Експериментально визначені граничні умови утворення й існування золів гідроксиду цирконію, отриманих гомогенним гідролізом неорганічних солей цирконію з використанням карбаміду: час гелеутворювання 28,5-263 хв для досліджуваного проміжку концентрацій (СZr=5-40 г/л, СК=5-250 г/л), при цьому максимальній вихід гідроксиду цирконію 81-86,4 %.
Експериментально встановлено: реакція гомогенного гідролізу солей цирконію з використанням карбаміду описується кінетичним рівнянням першого порядку; лімітуючою стадією є стадія гідролізу карбаміду; кінетичні константи гідролізу солей цирконію: енергія активації Е = 126802 Дж/моль; передекспоненційний множник К0=2,371.1013 с-1. Виведені рівняння залежності часу гелеутворювання і виходу діоксиду цирконію від температури та вихідної концентрації реагентів.
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.
Встановлена можливість одержання золів з заданим розміром частинок у межах від 5 до 35 нм. Визначені умови одержання стабільних (протягом 3-16 місяців), концентрованих (8,9-25,5 мас. % по ZrO2) золів гідроксиду цирконію: СZr=2080 г/л, nK:nZr=1,5-3, тривалість синтезу золів ~4 години, тривалість випарювання 7-12 годин, при цьому золі складаються з рентгеноаморфних частинок. Основний вплив на стабільність золів мають такі чинники: концентрація твердої фази в розчині, термін термічної обробки золів, розмір частинок золів.

Рекомендовані такі технологічні параметри, одержання золів гідроксиду цирконію: мольне співвідношення карбаміду до цирконію nК:nZr=1,5, термін гідролізу 4 години.
Розроблений спосіб вилучення з золів високодисперсного порошку діоксиду цирконію з використанням карбамідоформальдегідних полімерів. Порошок діоксиду цирконію має такі дисперсні характеристики: середній діаметр частинок 0,445 мкм, основна фракція складається із частинок діаметром 0,4-0,5мкм (92%).
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 30оС, протягом 1 години і мольному співвідношенні формальдегіду до карбаміду 1:1; витяг гідроксиду цирконію при рН=3 і температурі 55оС,протягом 2 годин і масовому співвідношенні КФП:Zr1,5, при цьому необхідно додавати золь гідроксиду цирконію в розчин КФП.
Визначений температурний режим прожарювання порошку КФП-ZrО(OH)2: температура 700оС, термін 2 години.
Отриманий діоксид цирконію може бути використаний для виробництва конструкційної цирконієвої і муліто-цирконієвої кераміки.
За результатами лабораторних досліджень розроблені технологічний режим і технологічна схема одержання діоксиду цирконію методом гомогенного гідролізу неорганічних солей цирконію з використанням карбаміду.
За допомогою порівняльної оцінки різних методів виробництва діоксиду цирконію обгрунтована економічна доцільність методу гомогенного гідролізу солей цирконію для одержання високодисперсного діоксиду цирконію.