DE1150961B - Verfahren zur Herstellung von Zirkondioxyd - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Zirkondioxyd

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Publication number
DE1150961B
DE1150961B DEC21640A DEC0021640A DE1150961B DE 1150961 B DE1150961 B DE 1150961B DE C21640 A DEC21640 A DE C21640A DE C0021640 A DEC0021640 A DE C0021640A DE 1150961 B DE1150961 B DE 1150961B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zirconium
nitrate
thixotropic
solution
zirconium dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEC21640A
Other languages
English (en)
Inventor
Irvon Charles Klimaszewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Columbia-National Corp
Original Assignee
Columbia-National Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Columbia-National Corp filed Critical Columbia-National Corp
Publication of DE1150961B publication Critical patent/DE1150961B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/02Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/11Powder tap density

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Zirkondioxyd Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von dichtem Zirkondioxyd, das ein Schüttgewicht von wenigstens 800 kg/m3 und häufig sogar von 1440 bis 2400 kg/m3 oder mehr aufweist. Das erfindungsgemäß hergestellte Zirkondioxyd stellt ein in der Technik sehr geschätztes Produkt dar. Es ist z. B. als Beschwerungsmittel im Bohrschlamm bei der Erdölbohrung, als Pigment in Papier od. dgl. geeignet und verhält sich besonders günstig bei Chlorierung im Gasstrom, da das sehr dichte Zirkondioxyd nicht so leicht vom Chlorierungsstrom mitgerissen wird.
  • Es wurde gefunden, daß Zirkondioxyd mit einem Schüttgewicht von mehr als 800 kg/ms hergestellt werden kann, indem man ein thixotropes oder pastenartiges Gemisch aus Wasser und Zirkonylnitrat bei einer Temperatur, die ausreichend hoch ist, daß sich das Zirkonylnitrat zersetzt und die Stickoxyde aus ihm ausgetrieben werden, kalziniert. Es kann ein Zirkonylnitrat der Formel Zr0(NO3)z verwendet werden oder ein beliebiges anderes Nitrat der allgemeinen Formel Zr0(N03)x, wobei x wenigstens 2, normalerweise jedoch nicht mehr als 5 bis 10 ist. Zusammensetzungen, die 2,5 bis 7 Gewichtsprozent Zr und 15 bis 30 Gewichtsprozent N03 enthalten, können dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden.
  • Die als Ausgangsstoff der vorliegenden Erfindung verwendete thixotrope oder pastenartige Form des Zirkonylniti'ats kann hergestellt werden, indem man eine Zirkonylnitratlösung so weit erhitzt, daß die Lösung eingeengt wird und Zirkonylnitratkristalle ausfallen. Das Erhitzen wird so lange fortgesetzt, bis der erhaltene Brei beim Filtrieren einen Filterkuchen ergibt, der eine thixotrope oder pastenartige Konsistenz aufweist. Für diesen Zweck reicht es gewöhnlich aus, wenn man die Feststoffschlämmung wenigstens 10 bis 24 Stunden oder mehr erhitzt. Das Verfahren kann anschließend kontinuierlich durchgeführt werden, indem man weitere Zirkonnitratlösung zufügt und den Schlamm abzieht, wobei eine durchschnittliche Verweilzeit des Zirkoniums von etwa 10 bis 24 Stunden oder mehr gewährleistet ist.
  • Das so erhaltene pastenartige Produkt ist einwandfrei thixotrop. In einigen Fällen kann dieser thixotrope Stoff jedoch mit gröber kristallinem Zirkonylnitrat, das allein einen körnigen Filterkuchen bildet, gemischt werden. Das aus diesen beiden Zirkonnitratarten entstandene Gemisch ist pastenartig und hat die Konsistenz von Fett oder mit Sand vermischtem Fett.
  • Häufig enthalten die Lösungen, die zur Herstellung der thixotropen oder pastenartigen Form des Zirkonoxyds eingedampft werden, einen beträchtlichen Anteil an Salpetersäure. Der Gehalt der Lösung an freier Salpetersäure beträgt sehr oft 5 bis 50 Gewichtsprozent (vorzugsweise wenigstens 25 Gewichtsprozent).
  • Das pastenartige oder thixotrope Zirkonylnitrat wird zur Herstellung des Zirkonoxyds bei erhöhter Temperatur unter Austreibung von Stickoxyden calciniert. Die Calcinierung des Zirkonylnitrats kann bei jeder beliebigen Temperatur, bei der sich das Nitrat zersetzt, z. B. zwischen 590 und 815° C, erfolgen. Die Calcinierung wird zweckmäßigerweise so durchgeführt, daß man das pastenartige oder ähnliche Produkt in das eine Ende eines rotierenden, waagerechten, zylinderförmigen Ofens, der von außen beheizt wird, einführt. Durch das Erhitzen wird das Gemisch aus Stickoxyd und Wasser ausgetrieben und sammelt sich als Salpetersäure in einem geeigneten Kondensationssystem. Die Zirkonverbindung gelangt zum Ausgang des Ofens, wo es diesen als im wesentlichen reines Zirkondioxyd verläßt. Das Zirkondioxyd zeigt eine ungewöhnliche Dichte; im allgemeinen hat es ein Schüttgewicht von erheblich mehr als 800 kg/m3, meist zwischen 1440 und 2400 kg/m3. Das folgende Beispiel veranschaulicht das .erfindungsgemäße Verfahren, nach dem dieses dichte Zirkondioxyd hergestellt werden kann.
  • - Beispiel Eine wäßrige Lösung aus Zirkonylnitrat, die durch Lösen von Zirkonhydroxyd in Salpetersäure gewonnen wurde und 48 g gelöstes Zirkonium je Liter und 22 Gewichtsprozent freie Säure- enthielt, wurde zur Herstellung des als Ausgangsmaterial eingesetzten thixotropen Zirkonylnitrats verwendet.
  • Der verwendete Verdampfer -bestand aus einem zylinderförmigen Tank - (Durchmesser 1,98 m) mit einem kegelförmigen Boden"der--1;83.-m-tief war; und Seitenwänden, die sich 3,96 m über die obere Kante des kegelförmigen Bodens erstrecken. Der Tank wurde etwa bis zur Hälfte mit der Zirkonylnitratlösung gefüllt. Diese Lösung wurde durch ein Rohr kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von etwa 41501/Min. und unter einem Druck von 1,75 kg/cm2 abgezogen und die abgezogene Lösung in einen Erhitzer geleitet, der durch Dampfrohre, in denen Wasserdampf unter einem Drück von 16,5 kg/cm2 zirkulierte, erhitzt wurde. Die so erhitzte Lösung wurde oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in den oberen Teil des Tanks zurückgeleitet.
  • Im Verlauf des Erhitzens wurden Salpetersäure-und Wasserdämpfe ausgetrieben .und kondensiert. Der Tank wurde mit weiterer Zirkoniumnitratlösung mit einer Geschwindigkeit von etwa 19 1/Min. beschickt, auf diese Weise wurde eine Schlämmung hergestellt, die mehr als 20 Volumprozent ausgefällte Feststoffe enthält. Dieser Feststoffgehalt wurde gemessen, indem man eine Probe der Schlämmung in ein 15 cms fassendes Röhrchen gab und das Röhrchen 2 Minuten - in einer Zentrifuge mit 1800 UpM rotieren ließ; das Röhrchen war in einem Abstand von etwa 12,7 cm3 vom Rotationsmittelpunkt angebracht.
  • Das -.Erhitzen-- der - Schlämmung wurde -- etwa 26 Stunden fortgesetzt, wobei die Lösung kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 191/Min. in den Tank geleitet wurde. Anschließend wurde die Schlämmung kontinuierlich vom Boden des Verdampfungstanks .mit einer Geschwindigkeit von etwa 11,51/Min. abgezogen,. während die Lösung mit einer Geschwindigkeit von etwa 22,7-1/Min. in den Tank eingeleitet wurde. Die- vom Boden des- -Tanks abgezogene Schlämmung wurde dann filtriert und ergab einen pastenartigen- Filterkuchen. -@ Die Verweilzeit des Zirkonnitrats im Tank betrug durchschnittlich 24 bis 2'6 Stunden. Die - genaue Zusammensetzung dieses Filterkuchens ist nicht zu ermitteln, -sie scheint sich von Zeit zu Zeit etwas zu verändern, enthält jedoch jederzeit sowohl Zirkon als auch Nitrat. Das Verhältnis schwankt stark. zwischen 4 und 15 kg HN03 je Kilogramm Zr. Zeitweilig ist die Paste weitgehend in Wasser löslich.
  • Der so hergestellte Filterkuchen wurde zur erfindungsgemäßen Umwandlung in <Zirkondioxyd in einen - waagerechten -rotierenden. Ofen, der einen inneren Durchmesser von 1,2 m und eine Länge von 9 m aufwies; gegeben. Der Ofen wurde mit einer Geschwindigkeit von 4 Umdr./Min. in Bewegung gesetzt. Dabei betrüg die Temperatur in dem neben der Beschickungsöffnung liegenden Teil des Ofens etwa 590 bis 705° C. Die Temperatur im Mittelabschnitt des Ofens-betrug 650 bis 760°..C, während" sie nahe dem Austrittsende des Ofens etwa 815° C betrug. Diese Temperaturen wurden mit den in den Wänden des Ofens angebrachten Thermoelementen gemessen. Mit einer Geschwindigkeit von 6,8 kg/Min. wurde die Paste zusammen mit etwa 1,11/Min. des bei der Filtrierung gewonnenen Filtrats in den Ofen gebracht.
  • Das entstandene Zirkondioxyd wies eine Dichte von etwa 1442 bis 1602 kg/m3 (1,4 bis 1,6 g/cm3) auf.
  • Das in dem obigen Beispiel veranschaulichte Verfahren kann mit zahlreichen Abänderungen durchgeführt werden. Der Feststoffgehalt der von dem Verdampfer abgezogenen Schlämmung kann beispielsweise-zwisehen-etwa-15 bis-70 Volumprozent schwan= ken, wobei die Messung auf die beschriebene Weise erfolgt. In dem obigen Beispiel wurde die Lösung durch Erhitzen bei einem Druck von 0,14 bis 0,175 kg/cm2 verdampft. Dies ist nicht unbedingt notwendig, da auch ein Erhitzen bis zum Siedepunkt der Lösung im Vakuum wirksam durchgeführt werden kann.
  • In dem beschriebenen Beispiel blieb die Temperatur der erhitzten Schlämmung auf etwa 117 bis 1211 C, dies war die Temperatur, bei der die Verdampfung des Wassers und von mehr oder weniger Salpetersäure stattfand. Die Lösung kann auf jede beliebige angemessene andere Temperatur, bei der sie eingeengt wird, erhitzt werden, z. B. auf 52° C oder mehr.
  • Durch 40 bis 60stündiges Erhitzen entsteht wie im obigen Beispiel ein thixotropes, langsam zu filtrierendes Produkt, das nach dem Brennen Zirkondioxyd mit einem Schüttgewicht von bis zu 2245'kg/m3 ergibt.
  • Die zur Herstellung des pastenförmigen oder thixotropen Produktes erforderliche Erhitzungsdauer hängt von der Temperatur ab, bei höheren Temperaturen ist weniger Zeit erforderlich als bei geringeren Temperaturen. Weist die Schlämmung eine Temperatur auf, die der Verdampfungstemperatur des Wassers bei Atmosphärendruck entspricht oder unter dieser liegt, so sollte die Zirkonnitratschlämmung wenigstens etwa 10 bis 24 Stunden auf Temperaturen von 52 bis 1-210 C erhitzt werden, sogar längere Zeitspannen können erforderlich werden. Die Bildung des thixotropen oder pastenartigen Produktes wird beschleunigt, wenn bei überdruck auf eine über der Siedetemperatur der Lösung liegende Temperatur, z. B. 177 bis 316° C, erhitzt wird.
  • In einem kontinuierlichen Verfahren können die gleichen Bedingungen -angewendet werden, und die durchschnittliche Verweilzeit des Zirkoniums in dem Sumpf kann errechnet werden, indem man die durchschnittlich in einem bestimmten Zeitabschnitt erhitzte Menge Zirkonium (in kg) durch die durchschnittlich in einer Minute während des gleichen Zeitabschnittes aus- diesem Sumpf abgezogenen Menge Zirkonium (in kg) dividiert.
  • Der Feststoffgehalt der erhitzten Schlämmung beträgt normalerweise 3 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Schlämmung. Es kann jedoch auch weniger Wasser--enthalten sein, um die Schlämmung flüssig zu machen, wenn sie nicht transportiert werden muß; Zirkonnitrat-Wasser-Gemische mit bis zu -60 Gewichtsprozent Feststoffen können also noch behandelt werden.
  • Das erfindungsgemäße Brennen des Zirkonnitr'äts wird so lange fortgesetzt, bis das Produkt hauptsächlich aus Zr0" besteht und in den meisten Fällen, bis der N03 Gehalt des Produktes auf weniger als 0,5 bis 1,0 Gewichtsprozent absinkt.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Zirkondioxyd mit einem Schüttgewicht von wenigstens 800 kg/m3, unter Austreibung von Stickoxyden, dadurch gekennzeichnet, daß man ein thixotropes Gemisch aus Zirkonylnitrat und Wasser calciniert.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsstoff ein thixotropes Zirkonylnitrat verwendet, das durch Erhitzen einer wäßrigen Suspension festen Zirkonnitrats und Abtrennung des Wassers unter Bildung einer Paste gewonnen wurde.
DEC21640A 1959-06-12 1960-06-10 Verfahren zur Herstellung von Zirkondioxyd Pending DE1150961B (de)

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DE (1) DE1150961B (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4778671A (en) * 1986-07-14 1988-10-18 Corning Glass Works Preparation of unagglomerated metal oxide particles with uniform particle size
US4961289A (en) * 1987-03-10 1990-10-09 Liebherr-Verzahntecknik Gmbh Machine tool for fine machining the tooth flanks of pretoothed gearwheels

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4778671A (en) * 1986-07-14 1988-10-18 Corning Glass Works Preparation of unagglomerated metal oxide particles with uniform particle size
US4961289A (en) * 1987-03-10 1990-10-09 Liebherr-Verzahntecknik Gmbh Machine tool for fine machining the tooth flanks of pretoothed gearwheels

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