Способ переработки твердых отходов и брака производства пьезокерамики на основе цирконата-титаната свинца

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по иатентам и товарным знакам (21) 4934731/33 (22) 08.05.91 (46) 15.1193 Бюп. Na 41-42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт химической технологии (72) Савочкин А.Ю.; Корнюхин ВА; Дворецкая А.И. (73) Всесоюзный научно-исследовательский институт химической технологии (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ И БРАКА ПРОИЗВОДСТВА ПЬЕЗОКЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТА — ТИТАНАТА

СВИНЦА (1у) RU (1i) 2002719 Cl (Я) 5 С 04 В ЗЯООС 04 В ЗЦ46 (57) Использование: переработка отходов производства пьезокерамики по основе цирконата-титаната свинца. Сущность изобретения: отходы производства пьезокерамики на основе цирконата-титаната свинца растворяют в 5 — 6 н. растворе азотной кислоты при 90-95 С в течение 2 .— 3 ч, при соотношении жидкой и твердой фаз (10 — 75): 1 и/кг, осаждают гидроксиды и прокаливают. Положительный эффект: насыпная плотность полученного э порошка 2.4-2.7 г/см, удельная поверхность

0.4-0.7 м /г 2 табл.

2002719

Изобретение относится к переработке отходов производства пьезокерамики на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС).

Известен способ переработки отходов, содер>кащих оксиды тяжелых металлов, согласно которому отходы смешивают с порошкообразным оксидом железа, порошкообразной глиной и жидким стеклом, спекают смесь при 700 — 1300 С, спеченный продукт обрабатывают раствором ацетата аммония и затем разделяют раствор и нерастворимый остаток. К недостаткам этого способа следует отнести использование высокотемпературной обработки и получение двух конечных продуктов (раствора и нерастворимого остатка), между которыми распределяются ценные компоненты, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ переработки пьезокерамики на основе цирконата-титаната свинца-лантана, включающий обработку порошка отходов и брака соляной кислотой, отделение солянокислого раствора циркония, титана и лантана, обработку нерастворимого остатка азотной кислотой до полного растворения хлорида свинца, осаждение свинца добавлением сульфата аммония, осаждение гидрооксидов циркония, титана и лантана из солянокислых растворов аммиаком, прокалку смешанных гидроксидов, обработку их азотной кислотой, отделение азотнокислого раствора лантана, объединение смешанных оксидов циркония и титана с нерастворимым остатком, образующимся после растворения хлорида свинца в азотной кислоте.

Недостатками этого способа являются применение для переработки керамики разнообразных реагентов и необходимость высокотемпературной обработки промежуточных продуктов делают данный способ материало- и энергоемким, а также экологически опасным; описанный способ является много стадийным и многооперационным.

Целью изобретения является упрощение технологии переработки отходов и брака, сокращение расхода и номенклатуры реагентов и энергоемкости процесса.

Поставленная цель достигается тем. что порошок исходного материала в течение 23 ч обрабатывают раствором 5 — 6 н азотной кислоты при соотношении жидкой (Ж) и твердой (T) фаз: Ж: Т = (10-7,5): 1 (Ж вЂ” в объемных единицах, Т вЂ” в весовых. например, л: кг, мл . г) и при температуре 90"95, после чего раствор направляют на получение ПКМ по известной осадительной техноnorw.

Данный режим обработки обеспечивает максимальную степень растворения ПКМ в условиях одновременного протекания в системе нескольких процессов, идущих как с уменьшением, так и с увеличением массы твердой фазы: разрушение кристаллической решетки ЦТС, растворение продуктов реакции, образование малорастворимого в азотной кислоте нитрата свинца и гидролиз

"0 титана в растворе.

В качестве исходного материала для опытов была использована пьезокерамика трех различных марок, Состав образцов приведен в табл, 1, "5 Порошок исходного ПКМ (навеска—

100 r) с размером частиц — 63 мкм в течение заданного времени обрабатывали азотной кислотой, взятой в определенном количестве и при фиксированной температуре, после

20 чего горячий раствор фильтровали, воздушно-сухой нерастворимый остаток взвешивали и анализировали рентгенофазовым методом. В ряде опытов нерастворимый остаток прокаливали при 700 С. Время растворения варьировали в пределах 1 — 4 ч, концентрацию кислоты — от 4 до 8н, соотношение жидкой и твердой фаз — от 5: 1 до 10

; 1, температуру — от 80 до 95 С. Из раство- ров, образовавшихся при полном растворе30 нии ПКМ, по известной методике готовили пьезокерамические порошки: осаждали гидроксидом. аммония или щелочью смешанные гидроксиды и прокаливали осадок для синтеза твердого раствора ЦТС, порошки

35 исследовали на соответствие техническим требованиям на пьезокерамические материалы.

Результаты приведены в табл,2, Из приведенных в табл.2 данных можно

40 сделать вывод, что существует узкая область факторного пространства, в которой возможно полное растворение пьезокерамики на основе ЦТС a а з оolт нHоoй кKи сoлnоolтIы I: концентрация кислоты 5-6н, время 2 — 3 ч, 45 соотношение жидкой и твердой фаз Ж: Т от

10: 1 для 5н кислоты до 7,5: 1 для 6н кислоты, температуры 90-95 С.

Пьезокерамические порошки, полученные из отходов и брака по описанному способу, отвечали следующим техническим требованиям: имели структуру перокскита, насыпную плотность с утряской 2,4 — 2,7 г/мл и полную удельную поверхность, определенную Ilo методу низкотемпературной ад55 сорбции азота (БЗТ), — 0,4-0,7 м /г, (56) Патент Великобритании

N 1432091, кл. С 04 В 35/00, 1976, Авторское свидетельство СССР

N 1334631, кл, С 04 B 35/00, 1985, 2002719

Таблица 1

Состав использованной пьезокерамики

Таблица 2

Результаты растворения пьезокерамики на основе

ЦТС в азотной кислоте

2002719

Продолжение табл. 2

Время растворения. ч

Концент- СоотноПКМ

Температура, С

Степень растворения, мас.,ь от

Фазовый состав нерастворимого остатка примера рация кислоты, шение

Ж:Т исх

10:1

10:1

9

96,80

94,50

90-95

10:1

98,88

10:1

10:1

10:1

10:1 .

90-95

90-95

90-95

100

13

98,62

97,90

Т1 02+

Исходная пьезо80 керамика

Исходная пьезо10,1

98,32 керамика TIOz*

7,5;1

7.5:1

5:1

90--95

90-95

90-95 о бр. М1

То же

100

18

100

84,54

20 и

10:1

90-95

98,26 обр. М2 то же

II обр. МЗ то же

* После прокаливания при 700"С керамики и прокапиванием, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии, сокращения расхода и номенклатуры реагентов и энергоемкости процесса. растворение ведут е 5 - 6н. азотной кислоте при объемно-массовом соотношении жидкой и твердой фаз Ж: Т = (10 - 7,5): 1 в течение 2

- 3 ч при 90 - 95 С.

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ

ОТХОДОВ И БРАКА ПРОИЗВОДСТВА

ПЬЕЗОКЕРАМИКИ HA ОСНОВЕ ЦИРКОНАТА-ТИТАНАТА СВИНЦА, включающий растворение порошка отходов и брака производства пьезокерамики в кислоте с последующим осаждением компонентов

21

22

23

24

26

27

8

5

6

Формула изобретения

10:1

10,1 t 0:1

7,5:1

7,5:1

10:1

10:1

7,5:1

90-95

90-95

90-95

90-95

90-95

90-95

90 — 95.

90-95

86,52

100

То же

Исходная пьезокерамика, TiQz*

Исходная пьезокерамика

Исходная пьезокерамика

Исходная пьезокерамика

То же