Хлориды ZrCl4 в Минске

Хлорид циркония ZrCl: технические характеристики и применение в промышленности

Тетрахлорид циркония ZrCl — это неорганическое соединение циркония в степени окисления +4, представляющее собой белый кристаллический порошок с высокой гигроскопичностью. Молярная масса составляет 233,04 г/моль, плотность — 2,80 г/см. Температура сублимации — 331 C, температура плавления при избыточном давлении — 437 C. Вещество активно гидролизуется во влажной среде с выделением хлороводорода и образованием оксихлорида циркония ZrOCl. Растворимость в воде — высокая с образованием кислых растворов, в органических растворителях (этанол, ацетон) — ограниченная.

Технические параметры и марки

Промышленный хлорид циркония выпускается в нескольких квалификациях, различающихся содержанием основного вещества и примесей гафния. Для ядерной энергетики критически важен показатель содержания гафния, поскольку Hf обладает высоким сечением захвата нейтронов. Реагентные марки допускают более высокое содержание примесей.

• ZrCl марки «ядерная» — содержание Hf не более 0,01–0,02 %
• ZrCl технический — содержание Zr не менее 98 %, Hf до 2 %
• ZrCl реактивный (ч.д.а.) — примеси тяжёлых металлов не более 0,005 %
• ZrCl для катализаторов Циглера–Натта — гранулометрический состав 20–200 мкм
• ZrCl высокой чистоты (99,99 %) — для осаждения тонких плёнок

Физико-химические свойства

Получение и технологические процессы

Основной промышленный способ получения ZrCl — хлорирование цирконового концентрата ZrSiO в присутствии углерода при 900–1000 C в реакторах кипящего слоя. Образующаяся парогазовая смесь содержит ZrCl, SiCl и примеси FeCl, TiCl. Разделение проводят ректификацией и селективной конденсацией, используя разницу температур кипения: SiCl — 57,6 C, TiCl — 136,4 C, ZrCl сублимируется при 331 C. Очистка от гафния выполняется экстракцией из тиоцианатных растворов или ионообменной хроматографией.

В лабораторных условиях ZrCl получают прямым взаимодействием металлического циркония с хлором при 300–400 C в кварцевых реакторах с последующей возгонкой в вакууме. Для синтеза катализаторов применяют механохимическое активирование ZrCl с носителем MgCl.

Применение в промышленности

• Ядерная энергетика — исходное сырьё для получения губчатого циркония и циркониевых сплавов для ТВЭЛов и оболочек тепловыделяющих элементов реакторов ВВЭР и PWR
• Нефтехимия — компонент катализаторов Циглера–Натта для полимеризации этилена и пропилена в реакторах с псевдоожиженным слоем
• Металлургия — восстановитель при магнийтермическом получении циркония, легирование специальных сталей и сплавов
• Электроника — прекурсор для осаждения диоксида циркония ZrO методом ALD и MOCVD при производстве диэлектрических слоёв
• Химическая промышленность — катализатор в процессах Фриделя–Крафтса, изомеризации и алкилирования углеводородов
• Пиротехника — компонент составов для получения дымовых и осветительных эффектов

Условия хранения и транспортировки

ZrCl хранят в герметичной таре из стекла или полиэтилена с влагозащитным покрытием при температуре не выше 25 C и относительной влажности не более 60 %. Контакт с воздухом приводит к гидролизу и образованию HCl, вызывающего коррозию оборудования. Транспортировка осуществляется в герметичных контейнерах с инертной газовой подушкой (аргон, азот). При работе с порошком применяют вытяжные шкафы с фильтрацией газовой фазы и средства индивидуальной защиты — респираторы класса FFP3, кислотостойкие перчатки.

Вопросы и ответы