1. Подготовка на суровината.
Обработка на минерали: Цирконият в природата се намира главно в руди като цирконов пясък (ZrSiO4). Първата стъпка е да се обработят тези руди, за да се отделят полезните циркониеви минерали от други примеси, увеличавайки съдържанието на цирконий. Методи като гравитационно разделяне, флотация и магнитно разделяне се използват за отделяне на цирконовия пясък от свързани минерали като кварц и фелдшпат, за получаване на концентрат.
Обогатяване: Концентратът, получен след минерална обработка, може да няма достатъчно високо съдържание на цирконий и изисква допълнително обогатяване. Тази стъпка използва химически или физични методи за увеличаване на съдържанието на цирконий, подготовка за последваща екстракция.
2. Разлагане на цирконов пясък.
Метод на алкален синтез: Цирконовият пясък се смесва със силен алкален като натриев хидроксид и реагира при висока температура. Това превръща циркониевия елемент в цирконовия пясък във водо-разтворими съединения като натриев цирконат, докато примеси като силиций образуват неразтворими силикатни утайки. След реакцията се извършва излугване с вода, за да се получи разтвор на натриев цирконат, който се отделя от неразтворимия остатък. Метод на киселинно разтваряне: Силни киселини като сярна киселина и солна киселина реагират с цирконов пясък, превръщайки циркония в разтворими циркониеви соли, които влизат в разтвора. Този процес обаче е сложен, тъй като различните киселини произвеждат различни реакционни условия и продукти. Освен това, внимателният контрол на реакционната температура, времето и концентрацията на киселина е от решаващо значение за осигуряване на ефективно разтваряне и чистота на циркония.
3. Пречистване на разтвора.
Очистване: Полученият след разлагане разтвор съдържа много други примесни йони освен циркониеви соли, като желязо, алуминий и титан. Тези примеси трябва да бъдат отстранени с помощта на химически методи. Например, добавянето на утаители позволява на примесните йони да се утаят и отделят от разтвора; или използването на йонообменни смоли, като се използват различните адсорбционни способности на смолата за различни йони, може да отдели циркониеви йони от йони на примеси, което води до относително чист цирконий-съдържащ разтвор.
4. Получаване на циркониеви съединения.
Утаяване: Към разтвора,-съдържащ чист цирконий, се добавя утаител за утаяване на циркониевите йони. Обикновено използваните утаители включват амоняк и оксалова киселина, а получената утайка може да бъде циркониев хидроксид, циркониев оксалат и т.н. Тези утайки, след филтруване и промиване, дават относително чисти циркониеви съединения.
Калциниране: Получените утайки от циркониево съединение се калцинират при високи температури, за да им се позволи да се разложат или трансформират, като се получават продукти от циркониев оксид, като циркониев диоксид (ZrO). Различните циркониеви съединения изискват различни условия на калциниране; температурата и времето трябва да се контролират внимателно, за да се гарантира качеството на продукта.
5. Получаване на метален цирконий
Редукция на циркониеви съединения: За да се получи метален цирконий, циркониеви съединения като циркониев диоксид трябва да бъдат редуцирани. Често срещан метод е да се редуцира циркониевият диоксид с реактивни метали като магнезий и калций при високи температури, което води до метален цирконий и съответните метални оксиди. Този процес обикновено се извършва във вакуум или среда, защитена от инертен газ, за да се предотврати окисляването на металния цирконий.
Рафиниране: Чистотата на металния цирконий, получен чрез редукция, не е достатъчно висока и е необходимо допълнително рафиниране. Има много методи за рафиниране, като йодиране и топене с електронен лъч. Като вземем за пример метода на йодиране, суровият цирконий реагира с йод при определена температура, за да произведе летлив циркониев йодид. След това циркониевият йодид се нагрява и разлага, за да се получи метален цирконий с висока-чистота.