CN115124073A - 一种利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，涉及氧化锆制备技术领域。本发明利用废氧化锆陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链等废旧物品，经过电弧炉高温熔炼生产加工出的低成本原料产品，该原料用于制造氧化锆陶瓷和耐火材料具有很强的市场竞争力，同时实现了氧化锆资源循环利用，保护生态环境。

Description

一种利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法
技术领域
本发明涉及氧化锆制备技术领域，尤其涉及一种利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法。
背景技术
据统计我国的氧化锆陶瓷制品的年产量在十万吨左右，每年在生产加工过程中产生的废品和和应用后产生的报废品大约有五万吨，因此回收利用这些废氧化锆陶瓷，使紧缺的氧化锆资源能得到循环利用很有必要。
二氧化锆有单斜型、四方型和立方型三种晶型，随着温度的升高单斜型二氧化锆可转变成四方型二氧化锆、立方型二氧化锆，同时伴随有体积收缩的变化。随着温度的降低立方型二氧化锆逐渐转变成四方型二氧化锆，最后又回到单斜型二氧化锆，同时伴随有体积膨胀的变化。所以单斜型二氧化锆不能制造成定型的制品，必须引入适量的稳定剂，如Y2O3、CaO、MgO等。当前生产钇稳定二氧化锆的制造方法有烧结法和电熔法，其产品在陶瓷、化工、冶金等行业中得到广泛应用。但在氧化锆陶瓷制品的生产和应用中产生了一些制造废品和应用后的报废品，如废氧化锆陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链等，这些氧化锆陶瓷绝大部分都是用钇稳定氧化锆原料制造的，对这些废品进行回收既有利于保护生态环境也可以实现资源循环利用，同时也可以降低电熔钇稳定氧化锆的生产成本，增强电熔钇稳定氧化锆原料的市场竞争力。
申请号为201010171433.5的发明专利公开了钇稳定二氧化锆的电熔制造方法，该专利以单斜型氧化锆80～97份，钇的化合物3～9份，钙的化合物0～ 3.4份、镁的化合物0～3份为原料，经混料机混合均匀制成混合炉料，然后投入电弧炉中进行熔炼，再将熔体降温，破碎得到钇稳定二氧化锆。申请号为 201010109160.1的发明专利公开了一种电熔氧化钇稳定氧化锆造粒粉的生产方法，包括以下步骤，锆英砂、掺钇立方相氧化锆粉加入还原剂混合电熔或钇锆粉直接加单斜锆混合电熔，冷却粗碎细碎过筛，粗磨细磨，湿磨成浆，表面改性，喷雾造粒，均混包装得到电熔氧化钇稳定氧化锆造粒粉。虽然现有方法也可以制备得到钇稳定氧化锆，但是均存在制备成本高，无法利用废氧化锆陶瓷生产电熔钇稳定氧化锆的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，包括以下步骤：
步骤一、对废氧化锆材料进行人工除杂处理；
步骤二、将经过除杂处理后的废氧化锆材料置于电弧炉中，依次进行第一次熔化、第一次精炼以及第二次熔化，使废氧化锆材料充分熔融；
步骤三、向熔融状态的废氧化锆材料中投入2-16％氧化钇，在电弧炉中继续进行第三次熔化和第二次精炼，待充分熔化后倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时，被高压风嘴吹散成空心球；
步骤四、对步骤三所述空心球进行筛选，得到不同粒级的空心球产品。
优选地，还包括将所述空心球进行粉碎，制成电熔钇稳定氧化锆粉体的步骤。
废氧化锆陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链等的化学成分有差异，进行第一次熔化、第一次精炼以及第二次熔化，其目的是促进废氧化锆材料的充分熔融而且有利于炉内熔液化学成分均匀。向熔融状态的废氧化锆材料中投入2-16％氧化钇，在电弧炉中继续进行第三次熔化和第二次精炼，其目的是使得投入的氧化钇充分熔融分散在炉内熔液中，确保吹出的空心球化学成分均匀。
优选地，步骤一中所述废氧化锆材料包括含氧化锆的陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链中的至少一种。
优选地，步骤二中所述第一次熔化的温度为2600～2800℃，熔化时间为 1-2小时，第二次熔化的温度为2700～2900℃，熔化时间为0.5-1小时。
优选地，步骤二中所述第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2-0.5 小时，其目的是促进废氧化锆材料充分熔融，促进炉内熔液化学成分均匀，所述第二次熔化的温度为2700～2900℃，熔化时间为0.5-1小时。
优选地，步骤三中所述第三次熔化的温度为2700～2900℃，熔化时间为 0.5-1小时，所述第二次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2-0.5小时。
优选地，本发明中，当熔融后的物料温度低于2500℃时，开始变成固体。
优选地，步骤二中所述电弧炉为固定式电弧炉，废氧化锆材料熔化成熔体，因为固定式电弧炉的外壳是水冷的，所以熔体为外固内液。
优选地，步骤三中废氧化锆材料熔化成液态的熔液，将熔液浇铸到模具中，形成所需形状制品，熔液倒完之后将电弧炉复位继续投料熔化，与此反复直到物料全部熔化完，进行浇铸形成所需形状制品，目的是制成方便在砸碎过程中比较容易砸碎的形状，达到更省时省力的目的。
优选地，步骤三中所述空心球的粒径≤5mm范围内可以任意分级，筛分出不同客户所需求的各粒度段的空心球产品，或经过粉碎设备加工成客户需要的不同细度的电熔钇稳定氧化锆粉体。
优选地，步骤二中所述熔化、精炼的电压为110～170V，电流为4000～ 9000A。进一步优选地，所述步骤二中电弧熔化、精炼的电压为120V，电流为 6000～8000A。进行上述设置的原因在于在电压为110～170V，电流为4000～ 9000A范围内适合本发明所用物料的充分熔化。
本发明的作用原理：二氧化锆有单斜型、四方型和立方型三种晶型，随着温度的升高单斜型二氧化锆可转变成四方型二氧化锆、立方型二氧化锆，同时伴随有体积收缩的变化。随着温度的降低立方型二氧化锆逐渐转变成四方型二氧化锆，最后又回到单斜型二氧化锆，同时伴随有体积膨胀的变化。所以单斜型二氧化锆不能制造成定型的制品，必须引入适量的稳定剂，如Y2O3、CaO、 MgO等。该发明引入适量的稳定剂Y2O3，氧化钇与氧化锆经过电熔高温化学作用，使钇离子进入氧化锆晶格，生成钇稳定氧化锆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在氧化锆资源有限的情况下，实施氧化锆资源循环利用，保护生态环境，降低电熔钇稳定氧化锆的生产成本，增强电熔钇稳定氧化锆原料的市场竞争力。由于本发明制造的电熔钇稳定氧化锆原料是利用回收回来的废氧化锆陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链等废旧物品，经过电弧炉高温熔炼生产加工出来的低成本原料产品，该原料用于制造氧化锆陶瓷和耐火材料具有很强的市场竞争力，同时实现了氧化锆资源循环利用，保护生态环境。
附图说明
图1是本发明实施例制备电熔钇稳定氧化锆的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述原料和助剂，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1
步骤一、对废氧化锆材料废氧化锆陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链进行人工除杂处理，捡出其中的异物；
步骤二、将经过除杂处理后的废氧化锆材料置于电弧炉中，控制电弧炉的电压为110V，电流为9000A，然后依次进行第一次熔化温度为2600℃，熔化时间为1小时，第一次精炼温度为2700℃，时间为0.2小时，第二次熔化温度为2700℃，熔化时间为0.5小时，使废氧化锆材料充分熔融；
步骤三、向熔融状态的废氧化锆材料中投入2％氧化钇进行成分调配，继续在电弧炉中进行第三次熔化温度为2700℃，熔化时间为0.5小时，第二次精炼温度为2700℃，时间为0.2小时，待充分熔化后倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时，被高压风嘴吹散成粒径为大于0且小于等于5mm的空心球；
步骤四、对步骤三所述空心球进行筛选，具体为将空心球经过粒度筛筛选出各粒度段的空心球产品，或经过破粉碎设备加工成电熔钇稳定氧化锆粉体。
在本实施例中，废氧化锆材料熔融状态时，颜色为红色，随着温度的降低，废氧化锆材料的颜色变浅，尤其是自然冷却冷却至50℃以下，颜色变成白色。
实施例2
步骤一、对废氧化锆材料废氧化锆陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链进行人工除杂处理，捡出其中的异物；
步骤二、将经过除杂处理后的废氧化锆材料置于电弧炉中，控制电弧炉的电压为170V，电流为4000A，然后依次进行第一次熔化温度为2800℃，熔化时间为2小时，第一次精炼温度为3000℃，时间为0.5小时，第二次熔化温度为2900℃，熔化时间为1小时，使废氧化锆材料充分熔融；
步骤三、向熔融状态的废氧化锆材料中投入16％氧化钇进行成分调配，继续在电弧炉中进行第三次熔化温度为2900℃，熔化时间为1小时，第二次精炼温度为3000℃，时间为0.5小时，待充分熔化后倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时，被高压风嘴吹散成粒径为大于0且小于等于5mm的空心球；
步骤四、对步骤三所述空心球进行筛选，具体为将空心球经过粒度筛筛选出各粒度段的空心球产品，或经过破粉碎设备加工成电熔钇稳定氧化锆粉体。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、对废氧化锆材料进行人工除杂处理；
步骤二、将经过除杂处理后的废氧化锆材料置于电弧炉中，依次进行第一次熔化、第一次精炼以及第二次熔化，使废氧化锆材料充分熔融；
步骤三、向熔融状态的废氧化锆材料中投入2％-16％氧化钇，电弧炉中继续进行第三次熔化和第二次精炼，待充分熔化后倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时，被高压风嘴吹散成空心球；
步骤四、对步骤三所述空心球进行筛选，得到不同粒级的空心球产品。
2.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，还包括将所述空心球进行粉碎，制成电熔钇稳定氧化锆粉体的步骤。
3.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤一中所述废氧化锆材料包括含氧化锆的陶瓷结构件、刀片、轴承、插针、手表壳和表链中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤二中所述第一次熔化的温度为2600～2800℃，熔化时间为1-2小时，第二次熔化的温度为2700～2900℃，熔化时间为0.5-1小时。
5.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤二中所述第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2-0.5小时，所述第二次熔化的温度为2700～2900℃，熔化时间为0.5-1小时。
6.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤三中所述第三次熔化的温度为2700～2900℃，熔化时间为0.5-1小时，所述第二次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2-0.5小时。
7.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤二中所述电弧炉为固定式电弧炉。
8.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤三中所述空心球的粒径为≤5mm。
9.根据权利要求1所述的利用废氧化锆材料制备电熔钇稳定锆的方法，其特征在于，步骤二中所述熔化、精炼的电压为110～170V，电流为4000～9000A。
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