1. Preparació de matèries primeres.
Processament de minerals: el zirconi a la natura es troba principalment en minerals com la sorra de zircon (ZrSiO4). El primer pas és processar aquests minerals per separar els minerals de zirconi útils d'altres impureses, augmentant el contingut de zirconi. S'utilitzen mètodes com la separació per gravetat, la flotació i la separació magnètica per separar la sorra de zircó dels minerals associats com el quars i el feldspat, obtenint un concentrat.
Enriquiment: el concentrat obtingut després del processament mineral pot no tenir un contingut de zirconi prou elevat i requereix un enriquiment addicional. Aquest pas utilitza mètodes químics o físics per augmentar el contingut de zirconi, preparant-se per a l'extracció posterior.
2. Descomposició de sorra de zircó.
Mètode de fusió alcalina: la sorra de zircó es barreja amb un àlcali fort com l'hidròxid de sodi i reacciona a alta temperatura. Això converteix l'element de zirconi de la sorra de zircon en compostos solubles en aigua-com ara el zirconat de sodi, mentre que les impureses com el silici formen precipitats de silicat insoluble. Després de la reacció, es realitza una lixiviació d'aigua per obtenir una solució de zirconat de sodi, separant-la del residu insoluble. Mètode de dissolució d'àcids: els àcids forts com l'àcid sulfúric i l'àcid clorhídric reaccionen amb la sorra de zircon, convertint el zirconi en sals de zirconi solubles que entren a la solució. Tanmateix, aquest procés és complex perquè diferents àcids produeixen diferents condicions de reacció i productes. A més, un control acurat de la temperatura de reacció, el temps i la concentració d'àcids és crucial per garantir la dissolució efectiva i la puresa del zirconi.
3. Purificació de la solució.
Impurificació: la solució obtinguda després de la descomposició conté molts altres ions d'impureses a més de sals de zirconi, com ara ferro, alumini i titani. Aquestes impureses s'han d'eliminar mitjançant mètodes químics. Per exemple, l'addició de precipitants permet que els ions impureses precipitin i se separen de la solució; o utilitzant resines d'intercanvi iònic, utilitzant les diferents capacitats d'adsorció de la resina per a diferents ions, poden separar els ions de zirconi dels ions d'impureses, donant lloc a una solució relativament pura que conté -zirconi.
4. Preparació de compostos de zirconi.
Precipitació: s'afegeix un precipitant a la solució que conté zirconi-pur per precipitar els ions de zirconi. Els precipitants d'ús habitual inclouen l'amoníac i l'àcid oxàlic, i el precipitat resultant pot ser hidròxid de zirconi, oxalat de zirconi, etc. Aquests precipitats, després de la filtració i el rentat, donen compostos de zirconi relativament purs.
Calcinació: els precipitats de compostos de zirconi obtinguts es calcinen a altes temperatures per permetre'ls descompondre o transformar-se, donant productes d'òxid de zirconi com el diòxid de zirconi (ZrO). Els diferents compostos de zirconi requereixen diferents condicions de calcinació; La temperatura i el temps s'han de controlar acuradament per garantir la qualitat del producte.
5. Preparació del zirconi metàl·lic
Reducció de compostos de zirconi: per obtenir zirconi metàl·lic, cal reduir els compostos de zirconi com el diòxid de zirconi. Un mètode comú és reduir el diòxid de zirconi amb metalls reactius com el magnesi i el calci a altes temperatures, donant lloc a zirconi metàl·lic i els òxids metàl·lics corresponents. Aquest procés es realitza generalment en un entorn protegit al buit o amb gas inert per evitar l'oxidació del zirconi metàl·lic.
Refinació: la puresa del zirconi metàl·lic obtingut mitjançant la reducció no és prou alta i es requereix un refinament addicional. Hi ha molts mètodes de refinat, com ara la iodació i la fusió del feix d'electrons. Prenent com a exemple el mètode de iodació, el zirconi cru reacciona amb el iode a una temperatura determinada per produir iodur de zirconi volàtil. A continuació, el iodur de zirconi s'escalfa i es descompon per obtenir un zirconi metàl·lic d'alta puresa-.