磷酸锆性状及其应用领域简析

磷酸锆性状及其应用领域简析、磷酸锆的化学性状磷酸锆类化合物是近年发展的一类新型多功能材料。磷酸锆不仅具有层状化合物的共 性，而且制备容易，晶型好；不溶于水和有机溶剂，能耐较强的酸和一定的碱度，稳定性和 机械强度很强，化学稳定性较高；层状结构稳定，在客体引入层间后仍然可以操持层状结构； 有较大的比表面积，表面电荷密度较大，是一种较强的固体酸，可以发生离子交换反应。英文名：Zirconium Hydrogen Phosphate分子式：a-Zr (HP04)2杓0CAS 号：13772-29-7分子量：301.19外观：白色粉末主要规格指标Zr (HPO )2H042ZrO2氟化物水不溶物烧失水分PH值密度平均粒径（Pm）99(%M)40(%M)0.002(%W)99.9(%W)6(%W)572.66(g/cm3)1020二、磷酸锆运用领域分析2.1 医用肾透析仪器耗材 运用原理：磷酸锆是目前优质血液透析吸附材料替代品。它既具有像离子树脂一样的离子交换性能，又具有像沸石一样的择形吸附和催化性能，HIA具有较高的热稳定性和耐酸 碱性。运用背景：ESRD（终末期肾病）患者200万。初步估计我国需要进行肾透析的患者约每年200 万人，且按每年15%的速度递增。血液透析室急慢性肾功能衰竭患者肾脏替代治疗方式之 一。血液透析患者每周要进行2-3次的透析治疗，每次是4-4.5小时。随着人民收入水平和医疗消费水平在提升，大病医保的广泛覆盖和报销比例也在不断提 升。每个患者每年花在血液透析耗材上的成本至少一万元（按100元/次，100次/年计算）A、本项目生产的磷酸锆产品属于透析耗材类材料，主要用于医用肾透析。我国目前有糖 尿病患者1.2亿，而糖尿病是引发慢性肾脏病的危险因素之一，在加上高血压和慢性肾炎， 推算慢性肾脏病患者达1.5亿多人，最终超过1%的患者会发展为终末期肾功能衰竭（尿毒 症），需要进行长期的肾透析维持性治疗。从日本和美国的调查及数据统计看，初步估 计我国需进行肾透析的患者约200万人之多，且按每年15%的速度递增，其中：换肾治疗 的占0.25%，透析治疗占18.72%，未接受治疗的占81.03%。B、普通的血透患者每周需要进行23次透析治疗，每次44.5小时。以武汉为例，单次透 析费用约为410元（不含药品），其中服务、耗材和药品支出占比最大，耗材约占30%。 照此计算，每位患者每年花在耗材上的成本至少为1万元（100元/次，100次/年），全国肾 透析患者每年在耗材上的花销至少为130亿。C、随着病患的增加，人民收入水平和医疗消费水平提升，大病医保的广泛覆盖和报销比 例的不断提升，透析市场会以递增的形式快速发展。磷酸锆运用在肾透析行业可行性分析全球大约每万人中有3人为尿毒症患者，他们需要定期做肾透析，故肾透析机的需求数 量巨大。我国肾透析设备与耗材市场基本为美国、德国、瑞典和日本等发达国家垄断。 国内医院的肾透析设备与耗材90%为进口产品。国内生产无机产品主要采用的是直接沉淀法。无定形磷酸锆凝胶制品主要应用在化工， 催化剂行业。因为磷酸锆凝胶制品粘性太大，粒度大，还不能在离子交换应用方面达到 要求。在医用方面的应用基本处于空白阶段，目前医药类制品用的磷酸锆盐材料基本是 国外进口，成本高昂，也直接导致患者的医疗成本增高。绵竹耀隆化工有限公司的医用肾透析磷酸锆材料用作医用透析设备的过滤填充料，将打 破国外双垄断现状，填补国内医用级磷酸锆材料的空白。磷酸锆的应用还能从整体上降 低治疗成本，让更多的患者得到有效治疗，造福社会。2. 2陶瓷行业可行性分析2.2.1 磷酸锆的低膨胀性磷酸锆从室温至1100C表现为正膨胀，其膨胀系数为1.710-6/C。但磷酸锆烧结材料， 随着烧结温度的升高、高温烧成时间的延长，其热膨胀系数下降，特别是在1400C以后， 负膨胀百分率增大。浙江大学材料系王秀芳等针对烧结温度、烧结时间对磷酸锆陶瓷的膨胀系数的影响，作了对比实验如图1，图 2：O，lo inJQD 4W 5W圏1 溯2抽憾Ni .4跑应產磊，在不同厲席下解 两-J 时篦鳗念理蛋.肢百分垂曲集網2 融缶出：M g 0叫醬飙-在1 inOTSS下堆 培不冏时但的旬豪的热厲脛苜芳丰詔锻图1为磷酸锆粉体中添加2wt%Ni2O3为烧结促进齐U，在不同温度下烧结2小时陶瓷的 热膨胀曲线。由 图可以看出，随着烧结温度的升高，陶瓷的热膨胀系 数就下降，负膨 胀百分率越来越大。-c. -twcI紬冗 imz*-l*OUC图2为磷酸锆粉 体中添加2wt%mgo作烧结促进剂，在1300C温度烧结不同时间所获得 的热膨胀曲线。由图可以看出，随着烧结时间的延长，陶瓷的热膨胀系数下降，负膨胀 率越来越大；1300C下烧结8小时的磷酸锆陶瓷的负膨胀最大，正膨胀系数最低；而在 1300C下烧结1个小时的陶瓷之正膨胀系数表现为最大值。造成如图1、图2结果的原 因主要是磷酸锆材料随着烧成温度的升高，逐步向致密化深入之后，进一步提高烧成温 度 或延长烧结时间，将使晶粒异常长大，当达到临界尺 寸后，由于热膨胀系数的各向 异性，而产生微裂纹，温度越高，时间越长，晶粒长得越大，产生的微裂纹也越大。这 些微裂纹为各晶粒的膨胀提供了场地，晶粒膨胀被裂纹所消化吸收，因此表现出热膨胀 系数下降， 负膨胀百分率增大现象。故通过控制磷酸锆材料的烧 结温度与时间，可以 调节磷酸锆材料的热膨胀系数。2.2.2磷酸锆的烧结性纯磷酸锆在1600C也不易烧结，但结构稳定。1600C以上磷酸锆发生缓慢的分解，致密 度下降。故磷酸锆的烧结温度控制在1600C以下。降低磷酸锆的烧结温度主要是添加能 形成磷酸盐液相的金属氧化物。有ZnO、MgO、Nb2P5、Ta2O5、TiO2等。若需提高材料 的使用温度，应选择能形成高熔点液相的金属氧化物作烧结促进剂，如Ta2O5、TiO2。磷 酸锆材料在1400C以后，随着温度的升高，其晶粒也加速长大，特别是在高温期长时间 加热，晶粒长得更大，产生的微裂纹也越多，虽然其热膨胀系数下降，但也带来负面效 果，导致强度下降。如添加TiO25wt%的磷酸锆材料在1600C烧结30分钟，其抗折强 度只有50Mpa。2.2.3 磷酸锆陶瓷 近来，随着高新技术的发展，对材料性能的要求越来越高。如纳米粉的自蔓延制作技术、 超细r 氧化铁粉的制作、高精度稀土冶炼等对承烧器具的要求。不仅要求具有良好的 热稳定性、化学稳定性，而且要有较高的强度抵御热应力及粉体膨胀力对器具的破坏。 以往的低膨胀承烧器具强度较低，不能适用。磷酸锆陶瓷具有低热膨胀，耐高温、高强 度、化学稳定性好等优良性能，有望在高新技术领域得到应用。2.2.4 磷酸锆复合陶瓷A. 磷酸锆、锆英石复合陶瓷锆英石与磷酸锆复合，一是Si02具有抑制磷酸锆晶粒生 长的效果；二是锆英石与磷酸锆不反应，且锆英石属于中热膨胀系数的材料，热膨胀系 数为4.0X 10-6/C；梯度不大，匹配性较好；三是锆英石为工业原料，价格便宜。单 独烧成的锆英石、磷酸锆当烧结至理论密度的95%时，两者的强度都为200Mpa。但两者 复合时，则 表现出较差的烧结性。日本名古屋大学的山井严等将 磷酸锆与锆英石按一 定比例复合，并为了提高烧结程度加入了 MgO或TiO2为烧结促进剂。复合结果是：以 TiO2为烧结促进剂，当锆英石量为0时，在1500C烧成两小时，其晶粒仍细小均匀， 且强度高，但在14001500C烧成16小时，则晶粒长大，强度下降；当锆英石含量 为25%时，在1400C烧成16小时，晶粒仍然细小均匀，强度仍然保持200Mpa，热膨 胀系数为2.0X 10-6/C，1500C时其晶粒则销大；当锆英石含量为50%时，在1500C 烧成16小时，其晶粒细小，强度保持200Mpa，热膨胀系数为2.7X 10-6/C。B. 磷酸锆一氧化铝复合陶瓷以a-Al203制作的氧化铝陶瓷，其结构稳定、致密，是抗 铅腐蚀的优秀材质。一直作为压电陶瓷生产的承烧坩埚材质得以应用，但氧化铝热膨胀 系数较大(a=8.2 X 10-6/C)、热稳定性差，使用寿命仅为几次，提高了压电陶瓷 的生产成本。而磷酸锆是高强度高温低膨胀材料，且结构稳定，与氧化铝复合可改善热 稳定性，提高压电陶瓷生产承烧坩埚的使用寿命。 “抗热震抗强腐蚀坩埚的研制”就是 以氧化铝为基相，采用复相技术，加入磷酸锆低膨胀相及中间过渡相，提高材料的抗热 震性，使氧化铝一磷酸锆复相材料坩埚不仅稳定抗腐蚀，同时具有良好的抗热震性，提 高了使用寿命。其性能数据是：抗折强度185Mpa；抗热震性： Tmax三300C不裂； 使用次数三20次。2.3 磷酸锆在其他领域内的运用 除了上文提到的磷酸锆产品在医用领域，陶瓷领域的使用之外，由于其独特的化学稳定 性，它还可以运用到以下领域：给药体系、催化剂、核废料处理、载银抗菌材料、特殊磁器、特殊陶瓷、耐高温材料、 纳米复合材料。绵竹耀隆化工是一家集生产、加工、销售、研发一体的新材料生产企业。公司位于中国四 川绵竹(东经103.5。北纬31.5)。公司现有员工100余人，厂房占地17000平方米。 主要生产新型肾透析材料磷酸锆及无机磷酸盐系列产品，产品80%出口亚洲、非洲、欧洲 等国。2014年9月成功登陆上海股权交易中心，股权代码号：201758。