[发明专利]化学品的处理

说明书

本发明涉及化学品的处理。特别涉及处理氧化锆基材料的方法。

根据本发明，提供了一种处理氧化锆基材料的方法，主要包括在反应步骤中，将氧化锆基材料与氟化氢溶液反应，生成可溶性氟锆酸化合物。

在本发明的一个实施方案中，含氧化锆物质可为氧化锆。在本发明的另一实施方案中，它也可是解离的锆石(‘DZ’或ZrO₂SiO₂)。本发明的再一个实施方案中，它可以是解离的锆石的含氧化锆组分。

氧化锆在使用时，可是天然存在的，如二氧化锆矿。反应按反应式(1)进行：

      ……(1)

另外，氧化锆在使用时，也可以是通过任何合适的热处理而获得的。

解离的锆石在被使用时，能够通过任何合适的方法获得，特别是热处理。因此，例如可以通过在等离子体熔炉或等离子体发生器中，在氧化、惰性或还原条件下加热到较高温度，破坏锆石(ZrSiO₄)的晶体点阵而获得。锆石是一种丰富的矿藏，以相对较低的成本即可获得，但它在化学性质上是惰性的。因此，根据本发明，通过上述等离子体离解惰性的锆石可经得起化学过程的检验。在等离子体离解过程中，锆石被离解成独立的二氧化锆(ZrO₂)和二氧化硅(SiO₂)矿相，产物通常被称为解离锆石(‘DZ’)，等离子体解离锆石(‘PDZ’)，或ZrO₂·SiO₂。另外，将锆石在还原条件下，在交流电弧等离子体熔炉中加工，其作用主要是去除硅石相，保留下来的主要是普遍称之为熔融的氧化锆，基本上是ZrO₂。

锆石通常包含放射性元素，如铀(U)和钍(Th)及其衰变产物元素，也含有其它常见杂质如铁(Fe)、钙(Ca)、磷(P)、铝(Al)、镁(Mg)和钛(Ti)。这些元素在本发明的方法中被释放出来，但这一方法提供了一种有效处理这些元素的方法。特别是此方法仅仅产生了较少量的含有有效放射性元素的废料。在本说明书中，无论何处提及U和Th作为放射性元素，也可解释为其衰变产物。

在本发明的一种实施方案中，PDZ可能是不脱硅的，在此情况下，反应按反应式(2)进行：

        ……(2)

在另一种实施方案中，PDZ可能是部分脱硅的，在此情况下，生成氟锆酸的反应仍按反应式(2)进行。

本发明再一实施方案中，PDZ完全脱硅，在此情况下，生成氟锆酸的反应按上文所给的反应式(1)进行。

PDZ的脱硅过程可通过已知的方法完成，如烧碱浸取。完全或部分脱硅的PDZ是已知的‘DPDZ’。

现已完全了解，在本发明的方法反应中，凡提及氟锆酸(H₂ZrF₆)时，均包含化合物ZrF₄·2HF·xH₂O，式中x在0-5的范围内。

在含水氟化氢或HF溶液中，HF浓度在5-70％(质量)。反应可以通过缓慢升温发生作用，温度控制在20℃-120℃之间。反应(1)和(2)是放热反应。因此，40％HF溶液和PDZ同时进料，反应混合物的温度可根据向HF溶液中加入的PDZ的速率的不同而在数分钟内达到90℃。当HF浓度较低时，如30％，反应将达到较低的终温。在此情况下，外部加热是可取的，如达到80℃，以达到完全反应。

反应过程可能在10分钟到4小时之间，这取决于HF浓度、PDZ的离解程度和反应混合物的温度。

除了(或代替)氟锆酸，即H₂ZrF₆，四氟锆酸即H₂ZrOF₄和/或其水合物也可生成。