تهیه نانوپودر زیرکنیا از محصول مرحله اسیدشویی ذوب قلیایی زیرکن: بررسی پارامترهای مرحله تهیه نانوپودر زیرکنیا به روش رسوب¬دهی

محورهای موضوعی : سنتز مواد

یاسمن جالینوسی ¹ , کمال صابریان ^{2 *}

1 - دستیار پژوهشی، کارشناسی ارشد شیمی فیزیک، پژوهشکده چرخه سوخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی، تهران، ایران
2 - دانشیار، دکتری شیمی فیزیک، پژوهشکده چرخه سوخت هسته¬اي، پژوهشگاه علوم و فنون هسته¬اي، تهران، ايران.

تاریخ دریافت : 1402/02/30 تاریخ پذیرش : 1403/04/12 تاریخ انتشار : 1402/12/14

کلید واژه: زیرکنیا, نانوپودر , سطح ساز, زیرکن, ذوب قلیایی,

چکیده مقاله :

هدف این پژوهش انجام فرآیند استحصال زیرکنیم از کانی زیرکن با روش ذوب قلیایی و تعیین شرایط بهینه عملیاتی تهیه نانوپودر زیرکنیا از محلول مرحله اسیدشویی، می‌باشد. فرآیند ذوب قليايي زيرکن شامل سه مرحله ذوب زیرکن با قلیا، آب­شویی و اسیدشویی می­باشد. ترکيب نهايي به‌دست‌آمده از واکنش ذوب زيرکن با قلیا در حالت مطلوب شکل پودری داشته و شامل سدیم سيليکات و سدیم زيرکنات مي­باشد. سدیم سيليکات محلول در آب بوده و در نتيجه پس از مرحله آبشویی از پـودر حـذف می­گردد، جهت پرعيارسازي بيشتر زيرکنيم و جدايش سيليس، زیرکن واکنش نداده و همچنین سایر ناخالصی­های باقیمانده، این پودر توسط اسيد فروشویی می­گردد. پارامترهای بهینه مراحل ذوب با قلیا، آبشویی و اسید­شویی از تحقیقات گذشته به‌منظور دستیابی به بیشترین میزان بازیابی زیرکنیم و حذف بیشترین مقدار سیلیس استخراج و مورد استفاده قرار گرفت. جهت تعیین شرایط بهینه برای تولید نانوپودر زیرکنیا، تأثیر پارامترهای  نوع و نسبت جرمی ماده فعال سطحی به زیرکنیم و دمای تکلیس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی­ها نشان داد که شرایط بهینه مرحله­ی رسوب­دهی در برابر با 7، استفاده از ماده فعال سطحی پلی‌وینیل‌پیرولیدون با نسبت جرمی ماده فعال سطحی به زیرکنیم 82/0 و دمای تکلیس 300 درجه سانتی‌گراد می­باشد که تحت این شرایط ذراتی با ابعاد 1/27 نانومتر از محلول زیرکنیم ساختگی و ذراتی با ابعاد 6/26 نانومتر از محلول زیرکنیم واقعی به دست ­آمد.

چکیده انگلیسی:

The purpose of this research is to perform the process of extracting zirconium from zircon mineral by alkali fusion method and determining the optimal operating conditions for preparing zirconia nanopowder from the solution of the acid leaching step.Alkali fusion process of zircon includes three stages of melting zircon with alkali, water leaching and acid leaching.The final product obtained from the reaction of melting zircon with alkali has in the desired state a powdery form and includes sodium silicate and sodium zirconate.Sodium silicate is soluble in water and as a result it is removed from the powder after the water leaching step.In order to further enrich the powder and separate silica, unreacted zircon and other remaining impurities, this powder is leached by an acid.The optimal parameters of the steps of melting with alkali, washing and acid washing have been used from past researches to achieve the highest amount of zirconium and remove the largest amount of silica.In order to determine the optimal conditions for the production of zirconia nanopowder,the effect of pH, type and mass ratio of surfactant to zirconium and calcination temperature were investigated.The results of the investigations showed that the optimal conditions for the deposition stage are pH equal to 7,the polyvinyl pyrrolidone as a surfactant with a mass ratio of surfactant to zirconium of 0.82 and the calcination temperature of 300 degrees Celsius.Under these conditions, particles with dimensions of 27.1nm were obtained from artificial zirconium solution and particles with dimensions of 26.6nm were obtained from real zirconium solution.

منابع و مأخذ:

[1] G. K. Sarma, S. Sen Gupta & K. G. Bhattacharyya, "Nanomaterials as versatile adsorbents for heavy metal ions in water: A review," Environ. Sci. Pollut. Res, vol. 26, pp. 6245–6278, 2019.

[2] Z. N. Kwela, "Alkali fusion processes for the recovery of zirconia and zirconium chemicals from zircon sand," University of Pretoria, 2006.

[3] ر. پورشهسواری، ا. ح. یقطین و ن. حسین¬آبادی،"بررسی خواص رئولوژی و پایداری سوسپانسیون¬های آبی حاوی نانو ذرات سرامیکی YSZ،" مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 17، صفحه 14-1، 1402.

[4] J. B. West, "Caustic treatment of zircon sand, Iowa State College," 1954.

[5] S. Morsy, "Role of Surfactants in Nanotechnology and Their Applications," International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, vol. 3, pp. 237-260, 2014.

[6] F. Ordóñez, F. Chejne, E. Pabon & K. Cacua, "Synthesis of ZrO2 nanoparticles and effect of surfactant on dispersion and stability, Ceramics International," vol. 46, pp. 11970-11977, 2020.

[7] V. Gayathri, R. Balan, "Synthesis and Characterization of Pure Zirconium Oxide (ZrO2) Nanoparticles by Conventional Precipitation Method," J. Environ. Nanotechnol, vol. 10, pp. 19-21, 2021.

[8] El. Agamy, H. H. Mubarak & A. E. Gamil, "Preparation of zirconium oxide nanoparticles from rosette concentrate using two distinct and sequential techniques: hydrothermal and fusion digestion," Chem. Pap, vol. 77, pp. 3229-3240, 2023.

[9] ک. صابریان، ع. یداللهی، م. تراب مستعدی و ا. چرخی، "کاربرد روش خاکستری تاگوچی برای تعیین شرایط بهینه مرحله لیچینگ اسیدی در فرآیند ذوب قلیایی زیرکن،" مجله علوم و فنون هسته¬ای، دوره 41، صفحه 121-124، 1399.

[10] M. Alaei, A. M. Rashidi & I. Bakhtiari, "Preparation of High Surface Area ZrO2 Nanoparticles, Nanotechnology Research Center," Research Institute of Petroleum Industry, vol. 33, pp. 47-53, 2014.

[11] K. Can, M. Ozmen & M. Ersoz, "Immobilization of albumin on amino silane modified superparamagnetic magnetite nanoparticles and its characterization", Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, vol. 71, pp. 154-9, 2009.