2013年電熔鋯下游應用概況
http://m.hxud.cn 2013-02-27 09:15 中企顧問網
本文導讀：電熔鋯可直接用于玻璃熔窯用熔鑄耐火材料的生產中，例如：熔鑄鋯磚（ZrO2含量94%，主要用于生產低堿硬硼硅玻璃、毛玻璃及玻璃纖維等的窯爐）。
（1）耐火材料與鑄造是電熔鋯目前最主要的用途。首先是連續(xù)鑄鋼耐火材料，特別是等壓產品，其次是玻璃業(yè)用的電熔鋯剛玉磚耐火材料生產。
電熔鋯可直接用于玻璃熔窯用熔鑄耐火材料的生產中，例如：熔鑄鋯磚（ZrO2含量94%，主要用于生產低堿硬硼硅玻璃、毛玻璃及玻璃纖維等的窯爐），熔鑄鋯剛玉磚(即AZS，ZrO2含量有33%、37%、41%，因為AZS中限制SiO2含量，鋯英砂用量受限，所以必須另外補充電熔鋯，同時增強鋯鋁共晶作用)。
電熔鋯(單斜)可直接用于燒結耐火材料中，起改性作用，例如：在高鋁質耐火材料中加入少量ZrO2，可顯著提高其使用壽命。這在干法水泥回轉窯的冷卻帶以及石油裂化爐等，都已經取得了良好效果；在高純鎂磚中，加入ZrO2能生成微裂紋，提高了磚的抗熱震性；用ZrO2復合鎂鉻磚，可提高其高溫強度、抗熱震性及抗侵蝕性，實踐證明，這種復合磚是爐外精煉和銅冶煉中最好的耐火材料。
單斜鋯不能直接制作耐火材料，因為它加熱時在1170℃向四方晶轉化，體積收縮5%，而冷卻時，四方向單斜轉化,在800~1000℃體積膨脹8%，所以必須加入穩(wěn)定劑(常用者為CaO、MgO、Y2O3)制成ZrO2固溶體后方可安全使用。生產電熔穩(wěn)定鋯可采用的ZrO2原料有3種，即天然斜鋯石、化學鋯和電熔單斜鋯。由于天然斜鋯礦枯竭，而用化學鋯做的穩(wěn)定鋯熱穩(wěn)定性低于電熔鋯，燒結溫度卻高于電熔鋯，所以制取電熔穩(wěn)定鋯的最佳原料是電熔鋯(單斜)，成本上也有極大優(yōu)勢。因此，電熔鋯在耐火材料領域的應用逐漸替代化學鋯。
用電熔穩(wěn)定鋯(主要是鈣穩(wěn)定鋯，其次是鎂穩(wěn)定鋯)制的耐火材料產品有兩類：一類是以氧化鋯空心球為原料的氧化鋯空心球磚，其特點是質輕隔熱，耐高溫，抗侵蝕性強，熱導率很低，能在2200℃下使用，可用于超高溫爐襯，如中頻高溫爐、鉬爐、鎢棒爐、燃氣爐、炭黑反應爐以及石英玻璃爐等，經檢驗節(jié)能效果增強，使用壽命延長。另一類是以粉粒狀電熔穩(wěn)定鋯為原料的鋯質耐火材料，其應用市場如下：鋼連鑄用耐火材料，如浸入式水口、定徑水口、滑板及鋼水過濾器等，大部分使用最致密的電熔穩(wěn)定鋯,它是用電熔冷凝法生產的，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，ZrO2的消耗也在增加；電子陶瓷燒成用承燒板，如燒制一些高性能的電子陶瓷元件(包括電容器、電阻器等)燒成時，必須用化學惰
性大的ZrO2作承燒板才能穩(wěn)定產品的燒成質量；鑄模涂層，凡是用鈦合金鑄造部件的模型，其內層必須有ZrO2涂層，以保護模具不受熱震影響，這個行業(yè)還涉及到航天航空發(fā)動機、渦輪發(fā)動機漿片及高爾夫球頭等。
（2）染料與顏料，在陶瓷工業(yè)中的裝飾方面，電熔氧化鋯是其中主要原材料之一，用于制備鋯系陶瓷顏料，如鋯黃、釩鋯黃、釩鋯藍、鋯鐵紅等，國內福建三祥、阿斯創(chuàng)、蚌埠中恒、鄭州振中、圣戈班等是該市場主要供應者。
陶瓷制品離不開裝飾，好的裝飾、色彩使制品身價百倍。今天出土的文物中相當多的絢麗色彩是鋯系色料，經過幾千年沉睡依然保留燦爛艷麗色彩，但當時并不為人們所知。自20世紀以來，陶瓷釉用色料總體進展不大，但有一個例外，即鋯基色料的研究、開發(fā)及應用，幾乎席卷了除黑色色料以外的所有顏色領域，其影響之深是過去的傳統(tǒng)色料所遠遠不及的。
在陶瓷色料中，鋯基色料具有如下特點：A）呈色穩(wěn)定性好——鋯基色料在高溫條件下不易反應、不放出氣體、抗腐蝕、在熔融釉中溶解度小，色彩穩(wěn)定；B）呈色力強——在釉料中加入量較少；C）混溶性好——不同顏色的鋯基色料之間可按任意比例在釉料中混合使用，制備出各種豐富多彩的調
和色，使其應用范圍大大擴大；D）色澤純正——這類色料受燒成氣氛、基釉成分影響較小，對釉料適應性強，色料顏色飽和度大，呈色鮮艷。根據鋯基色料的上述特點，電熔氧化鋯被越來越廣泛的應用在陶瓷色釉料的生產中。
鋯基陶瓷色料主要有鋯釩藍、鋯鐠黃、釩鋯黃、鋯鐵紅、鋯黃等種類。在用氧化鋯合成硅酸鋯的過程中，過渡金屬和稀土金屬離子能進入其晶格，形成光亮穩(wěn)定的色劑。例如，釩離子進入ZrSiO4晶格成為釩一鋯藍；鐠離子進入ZrSiO4形成鐠黃；鉻、鐵分別形成硅酸鋯綠、鋯鐵紅等各種固溶體型的色劑。
在陶瓷常用的釉用和坯用色料中，鋯系色料占有重要地位，如鋯系三原色色料鋯釩藍（Zr、V）SiO4、鋯鐠黃(Zr、Pr)SiO4、鋯鐵紅(Zr、Fe)SiO4,它們分別占到陶瓷釉用色料用量的第五、六、七位和陶瓷坯用色料用量的第六、八、九位。其中合成鋯釩藍和鋯鐠黃的主要原料是電熔鋯，它要占到合成色料配方用量的55%以上。因此電熔鋯的品位和質量直接影響到生產出的鋯釩藍和鋯鐠黃的質量，包括色料的明度、色相（紅度值、黃度值），和彩度（色飽和度），特別是色料的高溫穩(wěn)定性。對于高溫燒成的陶瓷制品（燒成溫度>1200℃）色料的高溫穩(wěn)定性是一個重要指標，它保證了色料在高溫下的呈色強度、不褪色。高溫鐠黃、高溫釩藍就需要高品位的脫硅電熔鋯（如二氧化鋯含量≥99.5%）并要求粉體顆粒活性大，晶形規(guī)則、分散性好。而普通用來合成鋯釩藍、鋯鐠黃色料只要求二氧化鋯純度>98%。三原色中鋯鐵紅對氧化鋯的品質要求最高。鐠黃與釩鋯蘭幾乎已全部采用電熔氧化鋯為原料，而鋯鐵紅色料基本上仍采用化學氧化鋯，只有少數廠家為了降低成本搭配了少量(約10%)的電熔氧化鋯產品。電熔氧化鋯替代化學氧化鋯應用于鋯鐵紅色料的研究雖取得了一些進展，但都未能完全替代化學氧化鋯在鋯鐵紅色料領域中的應用。未來在鋯鐵紅應用上，電熔鋯依舊有替代化學鋯的空間。
（3）熔模鑄造，是另一個主要的專用市場，特制品鑄造，如航空航天發(fā)動機，采用氧化鋯作為模型的涂層。
（4）研磨材料，氧化鋯與氧化鋁混合制成鋯剛玉粗研磨顆粒料，用于打磨鋼鐵及金屬合金。
在磨料磨具行業(yè)中電熔氧化鋯主要用于生產鋯剛玉料及其制品。Al2O3與ZrO2復合后，其磨削效率較普通磨具可提高2～6倍。鋯剛玉磨料的制造方法是將氧化鋁、電熔鋯(單斜)及少量穩(wěn)定劑混合，再經電弧爐熔煉澆鑄或化坨冷凝加工制成鋯剛玉料及磨輪，用于研磨或磨削鋼鐵特別是有色合金，能獲得較高的磨削效率。
（5）電子承燒板也是一個主要市場，以及其他特制品市場包括抽吸泵、高價值部件、特種工具零件、剎車片等。
（6）金屬鋯，電熔鋯幾乎已全部替代鋯英砂成為核級和火器級金屬鋯的原料，以消除金屬鋯生產過程中的廢物排放。
新建百萬千瓦級以上的核電站，首次需鋯45噸，鋯長期受中子輻射，性能變差，需周期性更換，用鋯量較大。
電熔鋯可直接用于玻璃熔窯用熔鑄耐火材料的生產中，例如：熔鑄鋯磚（ZrO2含量94%，主要用于生產低堿硬硼硅玻璃、毛玻璃及玻璃纖維等的窯爐），熔鑄鋯剛玉磚(即AZS，ZrO2含量有33%、37%、41%，因為AZS中限制SiO2含量，鋯英砂用量受限，所以必須另外補充電熔鋯，同時增強鋯鋁共晶作用)。
電熔鋯(單斜)可直接用于燒結耐火材料中，起改性作用，例如：在高鋁質耐火材料中加入少量ZrO2，可顯著提高其使用壽命。這在干法水泥回轉窯的冷卻帶以及石油裂化爐等，都已經取得了良好效果；在高純鎂磚中，加入ZrO2能生成微裂紋，提高了磚的抗熱震性；用ZrO2復合鎂鉻磚，可提高其高溫強度、抗熱震性及抗侵蝕性，實踐證明，這種復合磚是爐外精煉和銅冶煉中最好的耐火材料。
單斜鋯不能直接制作耐火材料，因為它加熱時在1170℃向四方晶轉化，體積收縮5%，而冷卻時，四方向單斜轉化,在800~1000℃體積膨脹8%，所以必須加入穩(wěn)定劑(常用者為CaO、MgO、Y2O3)制成ZrO2固溶體后方可安全使用。生產電熔穩(wěn)定鋯可采用的ZrO2原料有3種，即天然斜鋯石、化學鋯和電熔單斜鋯。由于天然斜鋯礦枯竭，而用化學鋯做的穩(wěn)定鋯熱穩(wěn)定性低于電熔鋯，燒結溫度卻高于電熔鋯，所以制取電熔穩(wěn)定鋯的最佳原料是電熔鋯(單斜)，成本上也有極大優(yōu)勢。因此，電熔鋯在耐火材料領域的應用逐漸替代化學鋯。
用電熔穩(wěn)定鋯(主要是鈣穩(wěn)定鋯，其次是鎂穩(wěn)定鋯)制的耐火材料產品有兩類：一類是以氧化鋯空心球為原料的氧化鋯空心球磚，其特點是質輕隔熱，耐高溫，抗侵蝕性強，熱導率很低，能在2200℃下使用，可用于超高溫爐襯，如中頻高溫爐、鉬爐、鎢棒爐、燃氣爐、炭黑反應爐以及石英玻璃爐等，經檢驗節(jié)能效果增強，使用壽命延長。另一類是以粉粒狀電熔穩(wěn)定鋯為原料的鋯質耐火材料，其應用市場如下：鋼連鑄用耐火材料，如浸入式水口、定徑水口、滑板及鋼水過濾器等，大部分使用最致密的電熔穩(wěn)定鋯,它是用電熔冷凝法生產的，隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，ZrO2的消耗也在增加；電子陶瓷燒成用承燒板，如燒制一些高性能的電子陶瓷元件(包括電容器、電阻器等)燒成時，必須用化學惰
性大的ZrO2作承燒板才能穩(wěn)定產品的燒成質量；鑄模涂層，凡是用鈦合金鑄造部件的模型，其內層必須有ZrO2涂層，以保護模具不受熱震影響，這個行業(yè)還涉及到航天航空發(fā)動機、渦輪發(fā)動機漿片及高爾夫球頭等。
（2）染料與顏料，在陶瓷工業(yè)中的裝飾方面，電熔氧化鋯是其中主要原材料之一，用于制備鋯系陶瓷顏料，如鋯黃、釩鋯黃、釩鋯藍、鋯鐵紅等，國內福建三祥、阿斯創(chuàng)、蚌埠中恒、鄭州振中、圣戈班等是該市場主要供應者。
陶瓷制品離不開裝飾，好的裝飾、色彩使制品身價百倍。今天出土的文物中相當多的絢麗色彩是鋯系色料，經過幾千年沉睡依然保留燦爛艷麗色彩，但當時并不為人們所知。自20世紀以來，陶瓷釉用色料總體進展不大，但有一個例外，即鋯基色料的研究、開發(fā)及應用，幾乎席卷了除黑色色料以外的所有顏色領域，其影響之深是過去的傳統(tǒng)色料所遠遠不及的。
在陶瓷色料中，鋯基色料具有如下特點：A）呈色穩(wěn)定性好——鋯基色料在高溫條件下不易反應、不放出氣體、抗腐蝕、在熔融釉中溶解度小，色彩穩(wěn)定；B）呈色力強——在釉料中加入量較少；C）混溶性好——不同顏色的鋯基色料之間可按任意比例在釉料中混合使用，制備出各種豐富多彩的調
和色，使其應用范圍大大擴大；D）色澤純正——這類色料受燒成氣氛、基釉成分影響較小，對釉料適應性強，色料顏色飽和度大，呈色鮮艷。根據鋯基色料的上述特點，電熔氧化鋯被越來越廣泛的應用在陶瓷色釉料的生產中。
鋯基陶瓷色料主要有鋯釩藍、鋯鐠黃、釩鋯黃、鋯鐵紅、鋯黃等種類。在用氧化鋯合成硅酸鋯的過程中，過渡金屬和稀土金屬離子能進入其晶格，形成光亮穩(wěn)定的色劑。例如，釩離子進入ZrSiO4晶格成為釩一鋯藍；鐠離子進入ZrSiO4形成鐠黃；鉻、鐵分別形成硅酸鋯綠、鋯鐵紅等各種固溶體型的色劑。
在陶瓷常用的釉用和坯用色料中，鋯系色料占有重要地位，如鋯系三原色色料鋯釩藍（Zr、V）SiO4、鋯鐠黃(Zr、Pr)SiO4、鋯鐵紅(Zr、Fe)SiO4,它們分別占到陶瓷釉用色料用量的第五、六、七位和陶瓷坯用色料用量的第六、八、九位。其中合成鋯釩藍和鋯鐠黃的主要原料是電熔鋯，它要占到合成色料配方用量的55%以上。因此電熔鋯的品位和質量直接影響到生產出的鋯釩藍和鋯鐠黃的質量，包括色料的明度、色相（紅度值、黃度值），和彩度（色飽和度），特別是色料的高溫穩(wěn)定性。對于高溫燒成的陶瓷制品（燒成溫度>1200℃）色料的高溫穩(wěn)定性是一個重要指標，它保證了色料在高溫下的呈色強度、不褪色。高溫鐠黃、高溫釩藍就需要高品位的脫硅電熔鋯（如二氧化鋯含量≥99.5%）并要求粉體顆粒活性大，晶形規(guī)則、分散性好。而普通用來合成鋯釩藍、鋯鐠黃色料只要求二氧化鋯純度>98%。三原色中鋯鐵紅對氧化鋯的品質要求最高。鐠黃與釩鋯蘭幾乎已全部采用電熔氧化鋯為原料，而鋯鐵紅色料基本上仍采用化學氧化鋯，只有少數廠家為了降低成本搭配了少量(約10%)的電熔氧化鋯產品。電熔氧化鋯替代化學氧化鋯應用于鋯鐵紅色料的研究雖取得了一些進展，但都未能完全替代化學氧化鋯在鋯鐵紅色料領域中的應用。未來在鋯鐵紅應用上，電熔鋯依舊有替代化學鋯的空間。
含鋯陶瓷色劑的顏色類型及用途
（4）研磨材料，氧化鋯與氧化鋁混合制成鋯剛玉粗研磨顆粒料，用于打磨鋼鐵及金屬合金。
在磨料磨具行業(yè)中電熔氧化鋯主要用于生產鋯剛玉料及其制品。Al2O3與ZrO2復合后，其磨削效率較普通磨具可提高2～6倍。鋯剛玉磨料的制造方法是將氧化鋁、電熔鋯(單斜)及少量穩(wěn)定劑混合，再經電弧爐熔煉澆鑄或化坨冷凝加工制成鋯剛玉料及磨輪，用于研磨或磨削鋼鐵特別是有色合金，能獲得較高的磨削效率。
（5）電子承燒板也是一個主要市場，以及其他特制品市場包括抽吸泵、高價值部件、特種工具零件、剎車片等。
（6）金屬鋯，電熔鋯幾乎已全部替代鋯英砂成為核級和火器級金屬鋯的原料，以消除金屬鋯生產過程中的廢物排放。
新建百萬千瓦級以上的核電站，首次需鋯45噸，鋯長期受中子輻射，性能變差，需周期性更換，用鋯量較大。
