CN104445396A - 一种高纯度电熔氧化锆的制备方法 - Google Patents

一种高纯度电熔氧化锆的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高纯度电熔氧化锆的制备方法，通过将锆英砂电熔脱硅及在熔融状态下倾倒出炉，将熔态氧化锆喷吹入配置好的碱性溶液中，利用熔融氧化锆自身热及电弧炉的烟气热量为反应动力进行去杂提纯，使脱硅后氧化锆中的硅、铝、铁、钛、钙等杂质转化成可溶性盐的化合物进入溶液，从而达到去杂提纯氧化锆的目的，制得的电熔氧化锆纯度可达到99.8％以上。此外，采用碱性溶液作为去杂提纯剂，以氧化锆自身熔态热及电弧炉的烟气余热为反应热动力，不仅原料易得，价格低廉，而且当溶液pH值在≥10.5条件下，可以一直重复循环利用，提高了原料利用率的同时有效利用了生产过程中的余热，进一步推动了电熔法制备高纯度二氧化锆的发展。

Description

一种高纯度电熔氧化锆的制备方法
技术领域
本发明涉及无机材料技术领域，具体说是一种高纯度电熔氧化锆的制备方法。
背景技术
工业化生产氧化锆主要应用在耐火材料和陶瓷色料领域，其生产工艺主要有化学法和电熔法。化学法生产虽然纯度高，但其成本较高；传统电熔法生产具有质量稳定，成本低的优点，主要的缺点是纯度较低，无法取代化学法生产氧化锆在陶瓷色料中的应用。目前，国内生产的电熔锆纯度平均在99.5％，而且波动较大，限制了电熔氧化锆的运用领域和使用范围，特别是在高档陶瓷色料领域、电子行业和高档耐火材料领域的应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯度电熔氧化锆的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高纯度电熔氧化锆的制备方法，包括将锆英砂与碳素还原剂混匀后加入电弧炉内进行脱硅反应，脱硅反应完成后，倾倒出炉，用高压空气将熔体喷吹入事先配置好的碱性溶液中，利用熔体自身热及电弧炉的烟气热量为反应动力，浸泡反应10min以上，然后固液分离，得到纯度为99.8％以上的高纯度电熔氧化锆；
所述碱性溶液选自NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3和NaHCO3中的一种或多种，所述碱性溶液的pH值≥10.5。
本发明的有益效果在于：通过将锆英砂电熔脱硅及在熔融状态下倾倒出炉，将熔态氧化锆喷吹入配置好的碱性溶液中，利用熔融氧化锆自身热及电弧炉的烟气热量为反应动力进行去杂提纯，使脱硅后氧化锆中的硅、铝、铁、钛、钙等杂质转化成可溶性盐的化合物进入溶液，从而达到去杂提纯氧化锆的目的，制得的电熔氧化锆纯度可达到99.8％以上。此外，采用碱性溶液作为去杂提纯剂，以氧化锆自身熔态热及电弧炉的烟气余热为反应热动力，不仅原料易得，价格低廉，而且当溶液pH值在≥10.5条件下，可以一直重复循环利用，提高了原料利用率的同时有效利用了生产过程中的余热，进一步推动了电熔法制备高纯度二氧化锆的发展。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：利用氧化锆中微量的铝、硅、钛、钙等氧化物杂质与碱性溶液在高温条件下会发生反应，生成可溶解性的化合物，达到脱硅后氧化锆中微量杂质元素与氧化锆分离，提纯氧化锆的目的。同时，反应利用熔态氧化锆自身热及电弧炉烟气余热作为反应的热动力，做到了能源的最佳化利用，碱性溶液可重复利用，当其pH值降低到无法满足提纯要求时，可采取补充碱性溶液的形式进行调节。
碱性溶液与氧化锆中的铝、硅、钛、钙等氧化物杂质的反应过程如下：
Al2O3+2NaOH→2NaAlO2+H2O
TiO2+2NaOH→Na2TiO3+H2O
SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
Fe2O3+6NaOH→2Na3FeO3+3H2O
CaO+H2O→Ca(OH)2
生成的化合物全部以液态形式进入溶液与氧化锆分离。
具体的，本发明提供的高纯度电熔氧化锆的制备方法，包括将锆英砂与碳素还原剂混匀后加入电弧炉内进行脱硅反应，脱硅反应完成后，倾倒出炉，用高压空气将熔体喷吹入事先配置好的碱性溶液中，利用熔体自身热及电弧炉的烟气热量为反应动力，浸泡反应10min以上，然后固液分离，得到纯度为99.8％以上的高纯度电熔氧化锆；
所述碱性溶液选自NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3和NaHCO3中的一种或多种，所述碱性溶液的pH值≥10.5。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过将锆英砂电熔脱硅及在熔融状态下倾倒出炉，将熔态氧化锆喷吹入配置好的碱性溶液中，利用熔融氧化锆自身热及烟气热量为反应动力进行去杂提纯，使脱硅后氧化锆中的硅、铝、铁、钛、钙等杂质转化成可溶性盐的化合物进入溶液，从而达到去杂提纯氧化锆的目的，制得的电熔氧化锆纯度可达到99.8％以上。此外，采用碱性溶液作为去杂提纯剂，,以氧化锆自身熔态热及电弧炉烟气余热为反应热动力，不仅原料易得，价格低廉，而且当溶液pH值在≥10.5条件下，可以一直重复循环利用，提高了原料利用率的同时有效利用了生产过程中的余热，进一步推动了电熔法制备高纯度二氧化锆的发展。
进一步的，所述锆英砂为二氧化锆含量≥65wt％的锆英砂，所述碳素还原剂选自石墨电极、石油焦、沥青焦和木炭中的一种或多种，所述锆英砂与碳素还原剂的重量比为锆英砂∶碳素还原剂＝(7～11)∶1。
进一步的，将熔体喷吹入碱性溶液中前，利用电弧炉的烟气热量将碱性溶液预热至80℃以上。
进一步的，所述电弧炉的电压为110～270V，电流为5～16KA。
进一步的，所述浸泡反应的时间为10～45min。
进一步的，当碱性溶液的pH值低于10.5时，采取补充部分碱性溶液的形式进行调节。
进一步的，将得到的电熔氧化锆进行破碎精加工，得到电熔氧化锆颗粒或粉末。
实施例1
1、将氢氧化钠加入水中配置成pH≥10.5的碱性溶液，使用电弧炉烟气热量将碱性溶液加热至80℃以上；
2、将65％品位的原料锆英砂1000kg配入100kg石墨电极后加入电弧炉内，控制电弧炉的电压为110～270V，电流为5～16KA，在电弧热的作用下进行脱硅反应。脱硅完成后，将ZrO2熔体借助高压气体喷吹入上述碱性溶液中，浸泡30min后，将氧化锆固体颗粒从溶液中分离出来，碱性溶液补偿碱至pH≥10.5后，继续进入下一次使用；
3、将分离出来的氧化锆固体颗粒烘干，进行破碎精加工，经检测，得到纯度99.83％～99.95％的ZrO2成品。
实施例2
1、将碳酸钠加入水中配置成pH≥10.5的碱性溶液，使用电弧炉烟气余热将碱性溶液加热至80℃以上；
2、将65％品位的原料锆英砂1000kg配入100kg由石墨电极、石油焦、沥青焦和木炭组成的混合物后加入电弧炉内，控制电弧炉的电压为110～270V，电流为5～16KA，在电弧热的作用下进行脱硅反应。脱硅完成后，将ZrO2熔体借助高压气体喷吹入上述碱性溶液中，浸泡15min后，将氧化锆固体颗粒从溶液中分离出来，碱性溶液补偿碱至pH≥10.5后，继续进入下一次使用；
3、将分离出来的氧化锆固体颗粒烘干，进行破碎精加工，经检测，得到纯度99.80％～99.94％的ZrO2成品。
实施例3
1、将碳酸钠和碳酸氢钠加入水中配置成pH≥10.5的碱性溶液，使用电弧炉烟气余热将碱性溶液加热至80℃以上；
2、将65％品位的原料锆英砂1000kg配入100kg石油焦后加入电弧炉内，控制电弧炉的电压为110～270V，电流为5～16KA，在电弧热的作用下进行脱硅反应。脱硅完成后，将ZrO2熔体借助高压气体喷吹入上述碱性溶液中，浸泡10min后，将氧化锆固体颗粒从溶液中分离出来，碱性溶液补偿碱至pH≥10.5后，继续进入下一次使用；
3、将分离出来的氧化锆固体颗粒烘干，进行破碎精加工，经检测，得到纯度99.81％～99.90％的ZrO2成品。
实施例4
1、将氢氧化钾、碳酸钾和碳酸氢钠的混合物加入水中配置成pH≥10.5的碱性溶液，使用电弧炉烟气余热将碱性溶液加热至80℃以上；
2、将65％品位的原料锆英砂1000kg配入100kg石油焦后加入电弧炉内，控制电弧炉的电压为110～270V，电流为5～16KA，在电弧热的作用下进行脱硅反应。脱硅完成后，将ZrO2熔体借助高压气体喷吹入上述碱性溶液中，浸泡45min后，将氧化锆固体颗粒从溶液中分离出来，碱性溶液补偿碱至pH≥10.5后，继续进入下一次使用；
3、将分离出来的氧化锆固体颗粒烘干，进行破碎精加工，经检测，得到纯度99.85％～99.96％的ZrO2成品。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：包括将锆英砂与碳素还原剂混匀后加入电弧炉内进行脱硅反应，脱硅反应完成后，倾倒出炉，用高压空气将熔体喷吹入事先配置好的碱性溶液中，利用熔体自身热及电弧炉的烟气热量为反应动力，浸泡反应10min以上，然后固液分离，得到纯度为99.8％以上的高纯度电熔氧化锆；
所述碱性溶液选自NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3和NaHCO3中的一种或多种，所述碱性溶液的pH值≥10.5。
2.根据权利要求1所述的高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：所述锆英砂为二氧化锆含量≥65wt％的锆英砂，所述碳素还原剂选自石墨电极、石油焦、沥青焦和木炭中的一种或多种，所述锆英砂与碳素还原剂的重量比为锆英砂∶碳素还原剂＝7～11∶1。
3.根据权利要求1所述的高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：将熔体喷吹入碱性溶液中前，利用电弧炉的烟气热量将碱性溶液预热至80℃以上。
4.根据权利要求1所述的高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：所述电弧炉的电压为110～270V，电流为5～16KA。
5.根据权利要求1所述的高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：所述浸泡反应的时间为10～45min。
6.根据权利要求1所述的高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：当碱性溶液的pH值低于10.5时，采取补充部分碱性溶液的形式进行调节。
7.根据权利要求1所述的高纯度电熔氧化锆的制备方法，其特征在于：将得到的电熔氧化锆进行破碎精加工，得到电熔氧化锆颗粒或粉末。
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