氧化铪废料碱分解工艺研究

作     者：孙玉璞 

作者单位：北京有色金属研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：王力军

授予年度：2016年

学科分类：080603[工学-有色金属冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：氧化铪废料 氢氧化钾 碱分解 分解率 

摘      要：氧化铪圆片靶材镀膜过程利用率低（一般低于10%）,多年工业生产残存了大量的氧化铪靶材废料。氧化铪靶材在制备过程中经过高温烧结处理,靶材的密度接近理论密度（9.68 g·cm-3）的90%,氧化铪薄膜的制备主要通过电子束蒸发、磁控溅射、原子层沉积等方法,残余靶材致密度高,回收困难。本文主要研究碱分解氧化铪靶材废料的影响因素,探究碱分解过程的反应机理,以期为氧化铪靶材废料回收利用提供理论指导,实现资源的循环利用。主要研究内容和结论如下:（1）碱分解剂的选择以氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化锂为分解剂对氧化铪靶材废料进行了碱分解的对比实验。结果表明:反应温度500℃00℃范围内,选择KOH为碱分解剂时,氧化铪的分解率明显高于选用其他两种分解剂时的分解率,因此选择氢氧化钾为分解剂进行氧化铪靶材废料的碱分解实验。（2）碱分解工艺条件研究实验研究了反应温度、物料配比、反应时间、原料粒度对氧化铪分解率的影响,确定了KOH碱分解氧化铪靶材废料的最佳工艺条件。研究表明:在反应温度800℃,物料配比2.7:1,反应时间2 h,原料粒度45～53μm时,氧化铪的分解率可达到96%以上。XRD分析产物的物相组成表明:反应温度800℃,反应时间2 h,原料粒度38～45μm的实验条件下,当氢氧化钾与氧化铪摩尔比为3:1时,反应产物的主要物相是K2HfO3和KOH,由此可以推测,当氢氧化钾和氧化铪摩尔比高于理论值（2:1）时,氢氧化钾和氧化铪可能发生反应:HfO2+2KOH=K2HfO3+H2O;当氢氧化钾与氧化铪物质量比是1:1时,产物的主要物相为K2Hf2O5、HfO2和K2HfO3,由此可以推测,在反应的初始阶段,氢氧化钾与氧化铪的反应首先生成K2HfO3,产物K2HfO3包裹在氧化铪表面;K2HfO3与氧化铪继续发生反应:HfO2+K2HfO3=K2Hf2O5。（3）碱分解过程动力学研究对KOH分解氧化铪废料过程的宏观动力学进行研究,结果表明:在反应温度650℃00℃,配比为2.5:1的实验条件下,符合未反应核模型,过程受界面化学反应控制。