CN115159980A - 一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，涉及氧化锆制备技术领域。本发明以锆宝石加工过程中切磨下来的废料作为原料，并加入适量的碱金属的氟化物，经过电熔方法提纯处理后用于生产制造电熔钇稳定氧化锆，既能够制造出低成本粉电熔钇稳定氧化锆，同时又能实现氧化锆和氧化钇资源的循环利用。

Description

一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法
技术领域
本发明涉及氧化锆制备技术领域，尤其涉及一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法。
背景技术
我国是世界上最大的电熔锆宝石晶体和锆宝石晶体切磨深加工的生产国，其中电熔锆宝石晶体生产厂家大部分分布在水电资源丰富的四川，锆宝石晶体切磨深加工多数分布在广西梧州一带。我国每年锆宝石切磨加工下来的废料大约八千多吨，无人回收，多数都顺着水流流入了下水道，既污染环境又堵塞下水管道。同时我国的氧化锆资源十分缺乏，我国生产氧化锆使用的原料锆英砂绝大部分是从澳大利亚和南非等国进口，而且价格在不断地上涨，所以回收利用锆宝石切磨加工下来的废料很有意义。
二氧化锆有三种晶型分别为单斜型、四方型和立方型，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。
锆宝石晶体中氧化钇含量在18-22％，氧化锆含量在78-82％；锆宝石切磨加工下来的回收废料中氧化钇含量在12-17％，氧化锆含量在70-78％，还含有氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钛、氧化钙等杂质；因此把锆宝石切磨加工下来的回收废料经过电熔提纯处理后，用于生产制造电熔钇稳定氧化锆很有必要，这样既有利于保护生态环境也可以实现锆钇资源的循环利用，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。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，利用锆宝石加工过程中切磨下来的废料作为原料，然后加入适量的碱金属的氟化物，经过电熔方法提纯处理后用于生产电熔钇稳定氧化锆，实现了氧化锆氧化钇资源的循环利用，具有降低生产成本和保护生态环境的双重效果。
本发明提供了一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，包括以下步骤：
步骤一、锆宝石加工废料的预处理：将锆宝石加工废料进行人工捡选，捡出其中的异物，然后粉碎烘干，并磁选出废料中的铁杂质；
步骤二、配料与混合：将经过步骤一处理后的锆宝石加工废料中加入提纯剂和碳粉并混合均匀，制成混合炉料；
步骤三、高温熔融冶炼提纯和吹球：将混合炉料置于电弧炉中进行熔化提纯和精炼，待充分熔融后使用电弧炉吹球，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、对空心球进行化学成分调配：检测分析空心球的化学成分，根据空心球中氧化钇的含量配入单斜氧化锆，经过电弧炉熔化和加工工艺生产出电熔钇稳定氧化锆的颗粒砂和粉体。
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。
优选地，步骤一中所述粉碎后锆宝石加工废料的粒径为≤1mm。
优选地，步骤二中所述提纯剂为碱金属的氟化物，包括氟化钾、氟化钠、氟化锂，但不限于上述物质，在电弧炉里硅、铝、铁等杂质与碱金属的氟化物发生高温化学反应，变成气体逸出。
优选地，步骤二中所述碳粉的粒径为≤3mm。
优选地，步骤二中所述锆宝石加工废料、提纯剂和碳粉的质量比为90:8:2优选地，步骤三中所述电弧炉为倾斜电弧炉，电弧炉在工作时，里面的混合物料的熔融状态为熔液，将熔液浇铸成所需制品。
优选地，步骤三中所述熔化提纯的反应温度为1100～2000℃，所述精炼温度为2700～3000℃。
优选地，步骤三中所述熔化、精炼的电压为100～150V，电流为3000～7000A。
优选地，步骤三中所述空心球的粒径为≤5mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在氧化锆和氧化钇资源有限的情况下，实施氧化锆和氧化钇资源的循环利用，不但可以保护生态环境，同时还降低了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。
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
一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，具体步骤如下：
步骤一、锆宝石加工废料的预处理：将锆宝石加工废料进行人工捡选，捡出其中的异物，然后粉碎至粒径≤1mm，接着烘干并磁选出废料中的铁杂质；
步骤二、配料与混合：将经过步骤一处理后的锆宝石加工废料中加入提纯剂和粒径在≤3mm范围内的碳粉并混合均匀，制成混合炉料，锆宝石加工废料、氟化钾和碳粉的质量比为90:8:2；
步骤三、高温熔融冶炼提纯和吹球：将混合炉料置于倾斜电弧炉中进行熔化提纯和精炼，控制电弧炉的电压为100V，电流为6000A，熔化反应温度为1700℃，熔化反应时间为2小时，精炼温度为2700℃，时间为0.5小时，待充分熔融后使用电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成≤5mm的空心球；
步骤四、对空心球进行化学成分调配：检测分析空心球的化学成分，化学成分如下：SiO2 0.12％，Al2O3 0.03％，Fe2O3 0.05％，TiO2 0.01％ZrO2 81.98％Y2O3 17.58％，根据空心球中氧化钇的含量配入125％单斜氧化锆，经过电弧炉熔化和加工工艺生产出电熔钇稳定氧化锆的颗粒砂和粉体。
实施例2
一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，具体步骤如下：
步骤一、锆宝石加工废料的预处理：将锆宝石加工废料进行人工捡选，捡出其中的异物，然后粉碎至粒径≤1mm，接着烘干并磁选出废料中的铁杂质；
步骤二、配料与混合：将经过步骤一处理后的锆宝石加工废料中加入提纯剂和粒径在≤3mm范围内的碳粉并混合均匀，制成混合炉料，锆宝石加工废料、氟化钠和碳粉的质量比为90:8:2；
步骤三、高温熔融冶炼提纯和吹球：将混合炉料置于倾斜电弧炉中进行熔化提纯和精炼，控制电弧炉的电压为150V，电流为3000A，熔化反应温度为2000℃，熔化反应时间为1.8小时，精炼温度为2900℃，时间为0.6小时，待充分熔融后使用电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成≤5mm的空心球；
步骤四、对空心球进行化学成分调配：检测分析空心球的化学成分，化学成分如下：SiO20.08％，Al2O30.05％，Fe2O30.04％，TiO20.02％ZrO284.02％Y2O315.56％，根据空心球中氧化钇的含量配入102％单斜氧化锆，经过电弧炉熔化和加工工艺生产出电熔钇稳定氧化锆的颗粒砂和粉体。
实施例3
一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，具体步骤如下：
步骤一、锆宝石加工废料的预处理：将锆宝石加工废料进行人工捡选，捡出其中的异物，然后粉碎至粒径≤1mm，接着烘干并磁选出废料中的铁杂质；
步骤二、配料与混合：将经过步骤一处理后的锆宝石加工废料中加入提纯剂和粒径在≤3mm范围内的碳粉并混合均匀，制成混合炉料，锆宝石加工废料、氟化锂和碳粉的质量比为90:8:2；
步骤三、高温熔融冶炼提纯和吹球：将混合炉料置于倾斜电弧炉中进行熔化提纯和精炼，控制电弧炉的电压为130V，电流为5000A，熔化反应温度为1800℃，熔化反应时间为2.2小时，精炼温度为2800℃，时间为0.4小时，待充分熔融后使用电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成≤5mm的空心球；
步骤四、对空心球进行化学成分调配：检测分析空心球的化学成分，化学成分如下：SiO2 0.18％，Al2O3 0.08％，Fe2O3 0.07％，TiO2 0.08％ZrO2 85.62％Y2O3 13.86％，根据空心球中氧化钇的含量配入80％单斜氧化锆，经过电弧炉熔化和加工工艺生产出电熔钇稳定氧化锆的颗粒砂和粉体。
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 (8)

1.一种利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、锆宝石加工废料的预处理：将锆宝石加工废料进行人工捡选，捡出其中的异物，然后粉碎烘干，并磁选出废料中的铁杂质；
步骤二、配料与混合：将经过步骤一处理后的锆宝石加工废料中加入提纯剂和碳粉并混合均匀，制成混合炉料；
步骤三、高温熔融冶炼提纯和吹球：将混合炉料置于电弧炉中进行熔化提纯和精炼，待充分熔融后使用电弧炉吹球，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、对空心球进行化学成分调配：检测分析空心球的化学成分，根据空心球中氧化钇的含量配入单斜氧化锆，经过电弧炉熔化和加工工艺生产出电熔钇稳定氧化锆的颗粒砂和粉体。
2.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤一中所述粉碎后锆宝石加工废料的粒径为≤1mm。
3.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤二中所述提纯剂为碱金属的氟化物。
4.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤二中所述碳粉的粒径为≤3mm。
5.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤二中所述锆宝石加工废料、提纯剂和碳粉的质量比为90:8:2。
6.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤三中所述熔化提纯的反应温度为1100～2000℃，所述精炼温度为2700～3000℃。
7.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤三中所述熔化、精炼的电压为100～150V，电流为3000～7000A。
8.根据权利要求1所述的利用锆宝石加工废料制造电熔钇稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤三中所述空心球的粒径为≤5mm。
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