氧化鋯制備工藝——電熔法研究
http://m.hxud.cn 2013-02-27 09:29 中企顧問(wèn)網(wǎng)
本文導(dǎo)讀：目前工藝進(jìn)步以后，生產(chǎn)氧化鋯主流采用電弧爐一次熔融脫硅法的生產(chǎn)工藝，為了提高一次電熔的純度、穩(wěn)定性國(guó)內(nèi)企業(yè)也有在一次基礎(chǔ)進(jìn)行二次電熔脫。電弧爐一次熔融脫硅主要是利用電弧爐內(nèi)的高溫反應(yīng)，生產(chǎn)電熔氧化鋯。
電熔法可通過(guò)工藝改進(jìn)提升純度——電熔產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)是成本低流程短，缺點(diǎn)純度不及化學(xué)法
電熔法制單斜氧化鋯和穩(wěn)定氧化鋯分為一次電熔法和二次電熔法2種。一次電熔法只經(jīng)過(guò)電弧爐一次熔融脫硅生產(chǎn)出氧化鋯或穩(wěn)定鋯，二次電熔法在一次基礎(chǔ)上再添加一次電熔脫硅，以達(dá)到更好純度和生產(chǎn)穩(wěn)定鋯的效果。
目前工藝進(jìn)步以后，生產(chǎn)氧化鋯主流采用電弧爐一次熔融脫硅法的生產(chǎn)工藝，為了提高一次電熔的純度、穩(wěn)定性國(guó)內(nèi)企業(yè)也有在一次基礎(chǔ)進(jìn)行二次電熔脫。電弧爐一次熔融脫硅主要是利用電弧爐內(nèi)的高溫反應(yīng)，生產(chǎn)電熔氧化鋯。其主要工藝過(guò)程是將高壓電經(jīng)電爐變壓器降至110～260V，通過(guò)碳素電極產(chǎn)生電弧，在較小的空間里產(chǎn)生巨大的能量，而獲得3000℃以上的高溫，將物料很快熔化，從而使物料間的化學(xué)反應(yīng)可以在液體狀態(tài)下進(jìn)行，這樣使反應(yīng)進(jìn)行的充分均勻。生成的熔體經(jīng)出液口排出后，經(jīng)冷卻、破碎、揀選、分級(jí)最后入庫(kù)。
一次和二次電弧脫硅其中原理都一樣。以鋯英砂（鋯英石）為原料，在高溫下分離鋯及硅。據(jù)ZrO2-SiO2二元系平衡狀態(tài)圖，鋯英石在1675℃時(shí)異成分開(kāi)始熔化。如圖所示，锫英石在1540℃時(shí)開(kāi)始分解，在1700℃時(shí)開(kāi)始迅速分解，分解量隨著溫度升高而增大，于1870℃時(shí)分解量達(dá)到95％。分解產(chǎn)物是單斜型ZrO2和非晶質(zhì)的SiO2。
采用電熔法制取ZrO2的過(guò)程反應(yīng)如下：
2ZrSi04+C→2ZrO2+2SiO2+CO2
電熔產(chǎn)品ZrO2有兩種變體，在1000℃以下是單斜晶系，在1000℃時(shí)生成較致密的四方晶系。單斜ZrO2與四方ZrO2的轉(zhuǎn)變是可逆的快速轉(zhuǎn)變，在冷卻過(guò)程中這種轉(zhuǎn)變伴隨有7％的體積膨脹，易使制品產(chǎn)生開(kāi)裂。因此在生產(chǎn)過(guò)程中一般都加入穩(wěn)定劑，如鈣、鎂、釔等離子半徑相近的氧化物。加入穩(wěn)定劑后生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品為穩(wěn)定氧化鋯。二次電熔工藝包含一次工藝，我們列舉二次工藝流程。
電熔氧化鋯工藝是由歐美日等國(guó)家在上世紀(jì)七十年代中期開(kāi)發(fā)的，國(guó)內(nèi)對(duì)電熔氧化鋯的試制始于上世紀(jì)八十年代末。電熔法其優(yōu)點(diǎn)是工藝流程較短，生產(chǎn)成本較低，沒(méi)有污染，缺點(diǎn)是產(chǎn)品純度和一些物理性能不及化學(xué)鋯，不過(guò)近年來(lái)電熔法工藝一直有進(jìn)步，電熔鋯工藝有很大挖掘提升的潛力。但是，由于電熔鋯是干法生產(chǎn)，其粒度都是機(jī)械加工的，所以和濕法生產(chǎn)的化學(xué)鋯相比，不便于人工控制晶粒尺寸，納米級(jí)粉體多用化學(xué)法生產(chǎn)。方興科技納微米級(jí)氧化鋯將采用的是高溫水解法，而不是電熔法。
電熔鋯純度可以提升。通過(guò)在電熔工藝中添加提純劑或者后端增加提純工序，可以達(dá)到提高電熔鋯純度的目的。電熔鋯(單斜)經(jīng)過(guò)優(yōu)化工藝，加入提純劑等，可以除去某些雜質(zhì)，使其ZrO2、HfO2合量達(dá)到99%甚至99.5%以上。國(guó)內(nèi)主流企業(yè)如鄭州振中鋯業(yè)公司的Z-12和Z-15產(chǎn)品，三祥公司的S1和S2產(chǎn)品，以及蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)院（旗下凱盛新材料）開(kāi)發(fā)的超細(xì)高純電熔氧化鋯工業(yè)制備技術(shù)的項(xiàng)目產(chǎn)品，都屬于提純電熔鋯的類型。不過(guò)振中和三祥目前產(chǎn)品中最高純度在99.5%，蚌埠中恒未來(lái)99.9%的電熔鋯更值得期待。
蚌埠玻璃設(shè)計(jì)院從20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行新型電熔法氧化鋯制備技術(shù)的研究，經(jīng)過(guò)數(shù)年努力已成功開(kāi)發(fā)出高純超細(xì)電熔氧化鋯規(guī)模化生產(chǎn)的成套技術(shù)并可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，已用于中恒新材料生產(chǎn)，超細(xì)高純度電熔氧化鋯成套工業(yè)制備技術(shù)獲得科技部、建材工業(yè)協(xié)會(huì)建筑材料科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)，該技術(shù)生產(chǎn)出的氧化鋯產(chǎn)品具有高純度，粒度分布窄，化學(xué)活性高的優(yōu)良品質(zhì)，各項(xiàng)理化參數(shù)可媲美化學(xué)法氧化鋯，在陶瓷色料領(lǐng)域制備出的鋯基色料發(fā)色鮮艷而穩(wěn)定，不遜于化學(xué)鋯產(chǎn)品。
電熔法制單斜氧化鋯和穩(wěn)定氧化鋯分為一次電熔法和二次電熔法2種。一次電熔法只經(jīng)過(guò)電弧爐一次熔融脫硅生產(chǎn)出氧化鋯或穩(wěn)定鋯，二次電熔法在一次基礎(chǔ)上再添加一次電熔脫硅，以達(dá)到更好純度和生產(chǎn)穩(wěn)定鋯的效果。
目前工藝進(jìn)步以后，生產(chǎn)氧化鋯主流采用電弧爐一次熔融脫硅法的生產(chǎn)工藝，為了提高一次電熔的純度、穩(wěn)定性國(guó)內(nèi)企業(yè)也有在一次基礎(chǔ)進(jìn)行二次電熔脫。電弧爐一次熔融脫硅主要是利用電弧爐內(nèi)的高溫反應(yīng)，生產(chǎn)電熔氧化鋯。其主要工藝過(guò)程是將高壓電經(jīng)電爐變壓器降至110～260V，通過(guò)碳素電極產(chǎn)生電弧，在較小的空間里產(chǎn)生巨大的能量，而獲得3000℃以上的高溫，將物料很快熔化，從而使物料間的化學(xué)反應(yīng)可以在液體狀態(tài)下進(jìn)行，這樣使反應(yīng)進(jìn)行的充分均勻。生成的熔體經(jīng)出液口排出后，經(jīng)冷卻、破碎、揀選、分級(jí)最后入庫(kù)。
一次和二次電弧脫硅其中原理都一樣。以鋯英砂（鋯英石）為原料，在高溫下分離鋯及硅。據(jù)ZrO2-SiO2二元系平衡狀態(tài)圖，鋯英石在1675℃時(shí)異成分開(kāi)始熔化。如圖所示，锫英石在1540℃時(shí)開(kāi)始分解，在1700℃時(shí)開(kāi)始迅速分解，分解量隨著溫度升高而增大，于1870℃時(shí)分解量達(dá)到95％。分解產(chǎn)物是單斜型ZrO2和非晶質(zhì)的SiO2。
ZrO2-SiO2二元系平衡狀態(tài)圖
2ZrSi04+C→2ZrO2+2SiO2+CO2
電熔產(chǎn)品ZrO2有兩種變體，在1000℃以下是單斜晶系，在1000℃時(shí)生成較致密的四方晶系。單斜ZrO2與四方ZrO2的轉(zhuǎn)變是可逆的快速轉(zhuǎn)變，在冷卻過(guò)程中這種轉(zhuǎn)變伴隨有7％的體積膨脹，易使制品產(chǎn)生開(kāi)裂。因此在生產(chǎn)過(guò)程中一般都加入穩(wěn)定劑，如鈣、鎂、釔等離子半徑相近的氧化物。加入穩(wěn)定劑后生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品為穩(wěn)定氧化鋯。二次電熔工藝包含一次工藝，我們列舉二次工藝流程。
二次電熔（穩(wěn)定鋯）工藝流程
電熔鋯純度可以提升。通過(guò)在電熔工藝中添加提純劑或者后端增加提純工序，可以達(dá)到提高電熔鋯純度的目的。電熔鋯(單斜)經(jīng)過(guò)優(yōu)化工藝，加入提純劑等，可以除去某些雜質(zhì)，使其ZrO2、HfO2合量達(dá)到99%甚至99.5%以上。國(guó)內(nèi)主流企業(yè)如鄭州振中鋯業(yè)公司的Z-12和Z-15產(chǎn)品，三祥公司的S1和S2產(chǎn)品，以及蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)院（旗下凱盛新材料）開(kāi)發(fā)的超細(xì)高純電熔氧化鋯工業(yè)制備技術(shù)的項(xiàng)目產(chǎn)品，都屬于提純電熔鋯的類型。不過(guò)振中和三祥目前產(chǎn)品中最高純度在99.5%，蚌埠中恒未來(lái)99.9%的電熔鋯更值得期待。
蚌埠玻璃設(shè)計(jì)院從20世紀(jì)90年代開(kāi)始進(jìn)行新型電熔法氧化鋯制備技術(shù)的研究，經(jīng)過(guò)數(shù)年努力已成功開(kāi)發(fā)出高純超細(xì)電熔氧化鋯規(guī)模化生產(chǎn)的成套技術(shù)并可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，已用于中恒新材料生產(chǎn)，超細(xì)高純度電熔氧化鋯成套工業(yè)制備技術(shù)獲得科技部、建材工業(yè)協(xié)會(huì)建筑材料科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)，該技術(shù)生產(chǎn)出的氧化鋯產(chǎn)品具有高純度，粒度分布窄，化學(xué)活性高的優(yōu)良品質(zhì)，各項(xiàng)理化參數(shù)可媲美化學(xué)法氧化鋯，在陶瓷色料領(lǐng)域制備出的鋯基色料發(fā)色鮮艷而穩(wěn)定，不遜于化學(xué)鋯產(chǎn)品。
與 氧化鋯 的相關(guān)內(nèi)容
