不同堆積密度的氟鋯酸鉀結構性能研究

舒友，胡揚劍，胡仿

(懷化學院 功能無機及高分子材料懷化市重點實驗室，湖南 懷化 418008)

氟鋯酸鉀的用途十分廣泛，主要應用于生產(chǎn)金屬鋯及其他鋯化合物，也用于原子能工業(yè)、鎂鋯合金、鋁鋯合金、玻璃及陶瓷的生產(chǎn)等［1］。目前，氟鋯酸鉀的生產(chǎn)工藝多為傳統(tǒng)的氫氟酸氯化鉀法，獲得的氟鋯酸鉀產(chǎn)品的堆積密度不穩(wěn)定，有高有低。采用低堆積密度氟鋯酸鉀制備鎂鋯合金、鋁鋯合金，氟鋯酸鉀的用量較大，生產(chǎn)周期長，使得生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率較低，而采用高堆積密度氟鋯酸鉀的話會得到完全相反的好效果［2］。所以，探索生產(chǎn)穩(wěn)定堆積密度氟鋯酸鉀的生產(chǎn)工藝變得極為迫切，而研究不同堆積密度氟鋯酸鉀的性能結構對其具有積極重要的指導意義。目前未見該方面的研究報道。

本文對三種不同堆積密度氟鋯酸鉀的Zr 含量、熔點進行測定，通過X 射線多晶粉末衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)對它們的晶型結構及微觀形貌進行研究。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

氟鋯酸鉀，工業(yè)品;堆積密度1 號樣1.6 g/cm3，2 號樣1.8 g/cm3，3 號樣2.0 g/cm3。堆積密度按參考文獻［3］中的夯實法測定。

JXL1400 型馬弗爐;JSM-6480 SEM;Rigaku ultima IV XRD。

1.2 指標測試

1.2.1 鋯含量測試 按照參考文獻［4］中的方法測試。

1.2.2 熔點的測試 將樣品置于馬弗爐中焙燒，溫度從300 ℃以10 ℃/min 的速率升至1 000 ℃，每升50 ℃恒溫5 min。每50 ℃觀察1 次。

1.2.3 XRD 測試 Cu-Ka 射線，管壓20 kV，管流20 mA，掃描速度為10 (°)/min，掃描范圍10 ～80°。

2 結果與討論

2.1 鋯含量分析

不同樣品的Zr 含量見表1。

表1 Zr 含量對比表Table 1 Zr content of the different samples

由表1 可知，隨著堆積密度的增大，樣品的Zr 含量降低。由此可見，堆積密度越大越有利于降低成本。另外，純六氟鋯酸鉀的Zr 含量為32.2%，而1 ～3號樣品的Zr 含量分別為33.4%，32.5%，31.6%，與純六氟鋯酸鉀的存在偏差，由此可推斷，樣品要么不是純凈的六氟鋯酸鉀，要么是晶型結構存在差異。

2.2 熔點分析

不同樣品的熔點見表2。

表2 熔點對比表Table 2 Melting point of the different samples

由表2 可知，隨著堆積密度的增大，樣品的熔點增加。純六氟鋯酸鉀的熔點為840 ℃，1 ～3 號樣品的熔點分別為700，750，850 ℃，與純六氟鋯酸鉀的存在偏差，由此亦可推斷，樣品要么不是純凈的六氟鋯酸鉀，要么是晶型結構存在差異。

2.3 SEM 分析

圖1 樣品SEM 照片F(xiàn)ig.1 SEM photographs of the different samples

由圖1 可知，1 號樣為棒狀;3 號為比較規(guī)整的六面體;2 號樣大部分為不規(guī)整的六面體，少部分為棒狀?？梢姴煌逊e密度的六氟鋯酸鉀產(chǎn)品的顆粒形狀不同，堆積密度越小的樣品，形狀越趨于棒狀;堆積密度越大的樣品，形狀越趨于規(guī)整的六面體。顆粒形狀不同，直接影響著樣品的堆積密度，也間接地反映了樣品的晶型結構是存在差異的。

2.4 XRD 分析

圖2 為不同樣品XRD 圖譜。

圖2 XRD 圖譜Fig.2 XRD patterns of the different samples

對照六氟鋯酸鉀XRD 標準卡片(PDF#44-0843)可知，六氟鋯酸鉀在2θ = 15. 49，20. 09，27.13，30. 05，40. 80，42. 00，43. 85，44. 00，47. 87，49.64°處的衍射峰較強，對應的晶面指數(shù)為(020)、(021)、(200)、(13-1)、(042)、(310)、(15-1)、(241)、(330)、(24-2);在2θ=37.82，50.66，52.68，55.94，58.26，59.76°處的衍射峰較弱，對應的晶面指數(shù)為(202)、(22-3)、(004)、(400)、(350)、(17-1)。由圖2 可知，3 個樣品不僅在與以上相應2θ 角處出現(xiàn)晶面指數(shù)相同、峰的強弱存在很大差別的衍射峰，而且在2θ ＞60°區(qū)域，出現(xiàn)了不同數(shù)量的峰強很弱的衍射峰，其中1 號樣的強衍射峰數(shù)最少，峰強最弱;3 號樣的強衍射峰數(shù)最多，峰強最強;2 號樣的情況介于1、3 號樣之間。由此可以判斷，3 個樣品都為六氟鋯酸鉀，同時含有少量不同程度的雜質;堆積密度越大，樣品XRD 衍射峰越強，晶型結構越完善，堆積密度越小，樣品XRD 衍射峰越弱，晶型結構缺陷越多。

3 結論

堆積密度增大，樣品的Zr 含量降低，熔點升高，原料利用率提高，產(chǎn)品熱穩(wěn)定性增強。堆積密度越大，樣品XRD 衍射峰越強，晶型結構越完善，外形越趨于規(guī)整的六面體;堆積密度越小，樣品XRD 衍射峰越弱，晶型結構缺陷越多，外形越趨于棒狀。晶型結構的完善程度是樣品Zr 含量、熔點、形狀及堆積密度產(chǎn)生差異的最根本和最主要因素，雜質為次要影響因素。

［1］ 舒友，黃忠孝，劉峙軍，等.一種用氟硅酸制備氟鋯酸鉀的方法:中國，CN102874868A［P］.2013-01-16.

［2］ 舒友，葉迪，朱維. 氟鋯酸鉀堆積密度影響因素研究［J］.廣州化工，2014，21:107-109.

［3］ 陳思偉，趙美敬，李光明，等.無機化工產(chǎn)品中堆積密度測定方法概況［J］.檢驗檢測，2009，29(10):17-18.

［4］ 熊文，賴心. 氟鋯酸鉀中氟、鋯、鉀的測定［J］. 冶金分析，2005，25(3):93-94.