Керамика стабилизированного скандием оксида циркония из красного шлама глиноземного производства
https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-768-773
Аннотация
Полная или частичная утилизация или переработка отходов глиноземного производства (красного шлама) имеет потенциал для снижения вредного воздействия на окружающую среду при одновременном извлечении наиболее ценного ингредиента — скандия, который в настоящее время недоиспользуется из-за его высокой стоимости. Новая эффективная технология карбонизации обещает гарантированную поставку скандия и циркония по значительно сниженной стоимости. Здесь скандий-циркониевый концентрат, извлеченный гидролизом из фильтрата после карбонатной обработки красного шлама, подвергался спеканию по керамической технологии при 1100 °C для получения циркония, стабилизированного скандией (ScSZ). Рентгеновские дифракционные картины демонстрируют успешное легирование скандием решетки циркония методом гидролитического осаждения. Соотношение между основными компонентами функциональной керамики Zr и Sc составляет приблизительно 4, что коррелирует с уровнем легирования ScSZ до Zr0.8Sc0.2O1.9.
Ключевые слова
Об авторах
Л. А. Пасечник
Institute of Solid State Chemistry UB RAS
Россия
Россия
И. С. Медянкина
Institute of Solid State Chemistry UB RAS
Россия
Россия
Д. И. Переверзев
Institute of Solid State Chemistry UB RAS
Россия
Россия
А. Ю. Чуфаров
Institute of Solid State Chemistry UB RAS
Россия
Россия
А. Ю. Сунцов
Institute of Solid State Chemistry UB RAS
Россия
Россия
Список литературы
1. Liu Q., Huang, S., He, A. Composite ceramics thermal barrier coatings of yttria stabilized zirconia for aero-engines. J. Mater. Sci. Technol, 2019, 35, P. 2814–2823.
2. Vinchhi P., et al. Recent advances on electrolyte materials for SOFC: A review. Inorg. Chem. Commun., 2023, 152, 110724.
3. Soon G., et al. Review of zirconia-based bioceramic: Surface modification and cellular response. Ceram. Int., 2016, 42, P. 12543–12555.
4. Basahel S.N., et al. Influence of crystal structure of nanosized ZrO2 on photocatalytic degradation of methyl orange. Nanoscale Res. Lett., 2015, 10, 73.
5. Pushpalatha S., et al. Green synthesis of cellulose/ZrO2 nanocomposite: assessment of antibacterial and photocatalytic activity. Biomass Convers. Biorefinery, 2024.
6. Chitoria A.K., Mir A., Shah M.A. A review of ZrO2 nanoparticles applications and recent advancements. Ceram. Int., 2023, 49, P. 32343–32358.
7. Arifin N.A., et al. Characteristic and challenges of scandia stabilized zirconia as solid oxide fuel cell material – In depth review. Solid State Ion., 2023, 399, 116302.
8. Zamudio-Garc´ıa J., et al. Exploring alkali metal doping in solid oxide cells materials: A comprehensive review. Chem. Eng. J., 2024, 493, 152832.
9. Danilenko I., et al. Do smaller oxide particles sinter worse? Paradoxes of the initial stages of sintering of zirconia nanoparticles. Results Phys., 42, 2022, 106027.
10. Du Z., et al. Size effects and shape memory properties in ZrO2 ceramic micro- and nano-pillars. Scr. Mater., 2015, 101, P. 40–43.
11. Wang Y., et al. Failure analysis of fine-lamellar structured YSZ based thermal barrier coatings with submicro/nano-grains. Surf. Coat. Technol., 2017, 319, P. 95–103.
12. Sodeoka S., et al. Thermal and mechanical properties of ZrO2–CeO2 plasma-sprayed coatings. J. Therm. Spray Technol., 1997, 6, P. 361–367.
13. Chatterjee M., Naskar M.K., Ganguli D. Sol-emulsion-gel synthesis of alumina-zirconia composite microspheres. J. Sol-Gel Sci. Technol., 2003, 28, P. 217–225.
14. Liang S., et al. Scalable preparation of hollow ZrO2 microspheres through a liquid-liquid phase reunion assisted sol-gel method. Ceram. Int., 2020, 46, P. 14188–14194.
15. Falcony C., Aguilar-Frutis M.A., Garc´ıa-Hip´olito M. Spray pyrolysis technique; high-k dielectric films and luminescent materials: A Review. Micromachines, 2018, 9, 414.
16. Liu L., et al. Supercritical hydrothermal synthesis of nano-ZrO2: Influence of technological parameters and mechanism. J. Alloys Compd., 2022, 898, 162878.
17. Mosavari M., Khajehhaghverdi A., Mehdinavaz Aghdam R. Nano-ZrO2: A review on synthesis methodologies. Inorg. Chem. Commun., 2023, 157, 111293.
18. Buinachev S., et al. A new approach for the synthesis of monodisperse zirconia powders with controlled particle size. Int. J. Hydrog. Energy, 2021, 46, P. 16878–16887.
19. Pasechnik L.A., et al. High purity scandium extraction from red mud by novel simple technology. Hydrometallurgy, 202, 2021, 105597.
20. Chanturia V.A., Samusev A.L., Minenko V.G., Kozhevnikov G.A. Rare metal and rare earth recovery from silica gel-eudialyte concentrate leaching product. J. Min. Sci., 57, 2021, P. 1006–1013.
21. Vobenkaul D., et al. Hydrometallurgical processing of eudialyte bearing concentrates to recover rare earth elements via low-temperature dry digestion to prevent the silica gel formation. J. Sustain. Metall., 2017, 3, P. 79–89.
22. Pyagay I.N., et al. Carbonization processing of bauxite residue as an alternative rare metal recovery process. Tsvetnye Met., 2020, P. 56–63.
23. Xue Q., et al. Effects of Sc doping on phase stability of Zr1−xScxO2 and phase transition mechanism: First-principles calculations and Rietveld refinement. Mater. Des., 2017, 114, P. 297–302.
24. Nakajima H., et al. Effects of Fe doping on crystalline and optical properties of yttria-stabilized zirconia. J. Phys. Chem. Solids, 2007, 68, P. 1946– 1950.
25. Hassan A.A.E., et al. Influence of alumina dopant on the properties of yttria-stabilized zirconia for SOFC applications. J. Mater. Sci., 2002, 37, P. 3467–3475.
26. Rong T.J., et al. State of magnesia in magnesia (10.4 mol %)-doped zirconia powder prepared from coprecipitation. J. Am. Ceram. Soc., 2002, 85, P. 1324–1326.
27. Danilenko I., et al. Determination of the nature of the co-doping effect on the structure, mechanical properties and ionic conductivity of SOFC electrolyte based on YSZ. Solid State Ion., 2024, 412, 116581.
28. Flegler A.J., et al. Cubic yttria stabilized zirconia sintering additive impacts: A comparative study. Ceram. Int., 2014, 40, P. 16323–16335.
29. Hbaieb K., et al. Reducing sintering temperature of yttria stabilized zirconia through addition of lithium nitrate and alumina. Ceram. Int., 2012, 38, P. 4159–4164.
30. Zhang X., et al. Structural evolution of Al-modified PS-PVD 7YSZ TBCs in thermal cycling. Ceram. Int., 2019, 45 (6), P. 7560–7567.
31. Zhu D., et al. Furnace cyclic oxidation behavior of multicomponent low conductivity thermal barrier coatings. J. Therm. Spray Technol., 2004, 13, P. 84–92.
32. Fan W., et al. Improved properties of scandia and yttria co-doped zirconia as a potential thermal barrier material for high temperature applications. J. Eur. Ceram. Soc., 2018, 38, P. 4502–4511.
33. Zu J.H., et al. Preparation and high-temperature performance of Sc2O3–Y2O3 co-stabilized ZrO2 thermal barrier coatings. Ceram. Int., 2024, 50, P. 20460–20472.
Рецензия
Для цитирования:
Пасечник Л.А., Медянкина И.С., Переверзев Д.И., Чуфаров А.Ю., Сунцов А.Ю. Керамика стабилизированного скандием оксида циркония из красного шлама глиноземного производства. Наносистемы: физика, химия, математика. 2024;15(6):768-773. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-768-773
For citation:
Pasechnik L.A., Medyankina I.S., Pereverzev D.I., Chufarov A.Yu., Suntsov A.Yu. Scandium modified zirconia extracted from red mud as a waste of alumina production. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2024;15(6):768-773. https://doi.org/10.17586/2220-8054-2024-15-6-768-773
Просмотров:
6
Послать статью по эл. почте 