1. Nyersanyag előkészítés.
Ásványi feldolgozás: A természetben a cirkónium főként ércekben, például cirkon homokban (ZrSiO4) található. Az első lépés ezen ércek feldolgozása, hogy a hasznos cirkónium ásványokat elválasszák az egyéb szennyeződésektől, növelve a cirkóniumtartalmat. Olyan módszereket alkalmaznak, mint a gravitációs elválasztás, a flotáció és a mágneses elválasztás a cirkonhomok elválasztására a kapcsolódó ásványoktól, például a kvarctól és a földpáttól, így koncentrátumot kapnak.
Dúsítás: Előfordulhat, hogy az ásványi feldolgozás után kapott koncentrátum cirkóniumtartalma nem elég magas, és további dúsítást igényel. Ez a lépés kémiai vagy fizikai módszereket alkalmaz a cirkóniumtartalom növelésére, előkészítve a későbbi extrakcióra.
2. A cirkonhomok bomlása.
Alkáli fúziós módszer: A cirkonhomokot erős lúggal, például nátrium-hidroxiddal keverik, és magas hőmérsékleten reagáltatják. Ez a cirkónium homokban lévő cirkónium elemet vízben-oldható vegyületekké, például nátrium-cirkonáttá alakítja, míg a szennyeződések, például a szilícium oldhatatlan szilikát csapadékot képeznek. A reakció után vizes kilúgozást végzünk, így nátrium-cirkonát oldatot kapunk, elválasztva az oldhatatlan maradéktól. Savas oldódási módszer: Az erős savak, például a kénsav és a sósav reakcióba lépnek a cirkónium homokkal, így a cirkónium oldható cirkónium sókká alakul, amelyek belépnek az oldatba. Ez a folyamat azonban összetett, mivel a különböző savak eltérő reakciókörülményeket és termékeket állítanak elő. Ezenkívül a reakcióhőmérséklet, az idő és a savkoncentráció gondos ellenőrzése elengedhetetlen a cirkónium hatékony oldódásának és tisztaságának biztosításához.
3. Oldattisztítás.
Szennyezés: A bomlás után kapott oldat a cirkóniumsókon kívül sok más szennyező iont is tartalmaz, mint például vas, alumínium és titán. Ezeket a szennyeződéseket kémiai módszerekkel kell eltávolítani. Például a kicsapószerek hozzáadása lehetővé teszi a szennyező ionok kicsapódását és az oldatból való kiválását; vagy ioncserélő gyanták használatával, a gyanta különböző adszorpciós kapacitását kihasználva a különböző ionokhoz, el lehet választani a cirkóniumionokat a szennyező ionoktól, így viszonylag tiszta cirkónium-tartalmú oldatot kaphatunk.
4. Cirkóniumvegyületek előállítása.
Kicsapás: A tiszta cirkónium--tartalmú oldathoz kicsapószert adnak a cirkóniumionok kicsapása céljából. Az általánosan használt kicsapószerek közé tartozik az ammónia és az oxálsav, és a keletkező csapadék lehet cirkónium-hidroxid, cirkónium-oxalát stb. Ezek a csapadékok szűrés és mosás után viszonylag tiszta cirkóniumvegyületeket eredményeznek.
Kalcinálás: A kapott cirkóniumvegyület-csapadékot magas hőmérsékleten kalcinálják, hogy lehetővé tegyék lebomlásukat vagy átalakulásukat, ami cirkónium-oxid-termékeket, például cirkónium-dioxidot (ZrO) eredményez. A különböző cirkóniumvegyületek eltérő kalcinálási körülményeket igényelnek; A hőmérsékletet és az időt gondosan ellenőrizni kell a termék minőségének biztosítása érdekében.
5. Fémes cirkónium előállítása
A cirkóniumvegyületek redukciója: A fémes cirkónium előállításához a cirkóniumvegyületeket, például a cirkónium-dioxidot redukálni kell. Általános módszer a cirkónium-dioxid reaktív fémekkel, például magnéziummal és kalciummal való redukálása magas hőmérsékleten, ami fémes cirkóniumot és a megfelelő fém-oxidokat eredményez. Ezt az eljárást általában vákuumban vagy inert gázzal védett környezetben hajtják végre, hogy megakadályozzák a fémes cirkónium oxidációját.
Finomítás: A redukcióval nyert fémes cirkónium tisztasága nem elég magas, ezért további finomításra van szükség. Számos finomítási módszer létezik, mint például a jódozás és az elektronsugaras olvasztás. A jódozási módszert példának vesszük, a nyers cirkónium egy bizonyos hőmérsékleten jóddal reagál, és így illékony cirkónium-jodid képződik. Ezután a cirkónium-jodidot felmelegítik és lebontják, így nagy tisztaságú fémes cirkóniumot kapnak.
