CN117604638A - 一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法 - Google Patents

一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及二氧化锆生产技术，特别涉及一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1、将锆英砂原料加入还原剂熔炼得电熔氧化锆；步骤2、电熔氧化锆添加解粒剂，继续熔炼；步骤3、浇铸，脱模，脱模后得到的氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；步骤4、步骤3所得粉化后物料经水洗，酸洗，脱水，烘干，煅烧，分级后，制得单晶状的电熔二氧化锆。本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明提供了一种免破碎或粉碎生产电熔二氧化锆产品的方法，且产品为单晶状态，粒度分布宽，可产生10目到1000目的电熔氧化锆单晶产品。

Description

一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法
本案是以申请日为2021-4-27，申请号为2021104614360，名称为“一种生产单晶电熔二氧化锆的方法”的发明专利为母案而进行的分案申请。
技术领域
本发明涉及二氧化锆生产技术，特别涉及一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法。
背景技术
工业化生产的氧化锆广泛应用于耐火材料，陶瓷色釉料，海绵锆等领域，主要生产方法有化学法和电熔法。电熔法是指锆英砂原料与碳还原剂在电弧炉内高温下进行脱硅处理，之后氧化锆熔液经压缩空气喷吹或浇铸的方式成型，得到电熔氧化锆产品，再经后续精加工处理得到适当粒度要求的颗粒或粉料，应用在相关领域中。
通过破碎或研磨的方式获得的颗粒或细粉氧化锆产品，其外观不规则，颗粒越大棱角越明显，且加工成细粉需要较多能量，如使用气流磨加工D50：6μm左右的细粉，综合加工成本约2500元；如果通过电熔熔炼后，能够直接获得不同粒度规格的单晶氧化锆颗粒或细粉，即可以得到无缺陷的颗粒产品，又能够获得尺寸较小的微粉，且无需后续破碎研磨工序，大大降低加工成本。
电熔氧化锆颗粒为单晶状，在特定应用上能够最大程度发挥材料的优势，如刹车片、表面喷砂处理、耐火制品等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种方法简单，成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
步骤1、将锆英砂原料投入到已引弧的电弧炉的炉内，同时投入占锆英砂原料质量百分数6-10％的还原剂，熔炼60-120分钟后；
步骤2、步骤1所得物料添加占锆英砂原料质量百分数5-20％的解粒剂，继续熔炼100-180分钟；所述解粒剂为硫磺或煅后焦；
步骤3、步骤2所得熔液浇铸在石墨板拼装的模具中进行冷却；冷却24小时后，进行脱模，脱模后得到的氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；所述粉化的时间为50-70天；
步骤4、步骤3所得粉化后物料经水洗，酸洗，脱水，烘干，煅烧，分级后，制得单晶状的电熔二氧化锆。
优选的，上述的生产单晶电熔二氧化锆的方法中，所述还原剂的固定碳含量＞80％，矿物杂质含量＜0.5％。
优选的，上述的生产单晶电熔二氧化锆的方法中，所述解粒剂为硫磺，所述解粒剂S含量≥98％。
优选的，上述的生产单晶电熔二氧化锆的方法中，所述解粒剂为煅后焦，所述解粒剂的C含量≥98％。
优选的，上述的生产单晶电熔二氧化锆的方法中，所述步骤4具体为：步骤3所得粉化后物料经水洗1次，溶质质量百分数3-5％的硫酸酸洗30分钟，再水洗3次；使用离心机进行脱水；经回转窑烘干；再经竖窑800-1200℃煅烧0.5-3小时；最后经直线筛筛分成不同粒度产品，制得单晶状的电熔二氧化锆。
本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明提供了一种免破碎或粉碎生产电熔二氧化锆产品的方法，且产品为单晶状态，粒度分布宽，可产生10目到1000目的电熔氧化锆单晶产品。
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。
实施例1
一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
步骤1、将锆英砂原料投入到已引弧的电弧炉的炉内，同时投入6-10％碳粉做还原剂，锆英砂在电弧的高温下与碳发生反应，进行脱硅处理；
上述锆英砂原料可以是电熔二氧化锆，电弧炉熔炼时，不需要添加碳粉还原剂；
上述碳粉还原剂包括：煅后焦、碳粉等固定碳含量＞80％，矿物杂质含量＜0.5％；上述电弧炉配备除尘系统，尾气须经脱硫脱碳处理后再进行排放；
步骤2、步骤1所得物料添加占锆英砂原料质量百分数5-20％的解粒剂，继续熔炼100-180分钟；所述解粒剂为硫磺或煅后焦；添加5-20％的解粒剂；上述解粒剂为硫磺或煅后焦；上述硫磺解粒剂要求S含量≥98％；煅后焦解粒剂要求C含量≥98％；继续熔炼100-180分钟，解粒剂与二氧化锆在高温下充分反应；
上述的反应机理为在高温下，硫或碳与二氧化锆发生反应，生成锆的硫化物或碳化物，反应方程式为：ZrO2+2S(C)——ZrS2(ZrC)+SO2(CO2)，SO2或CO2其他通过脱硫脱碳处理进行吸收；
步骤3、步骤2所得熔液浇铸在石墨板拼装的模具中进行冷却；
上述模具为石墨拼装模具或铸铁模具，水冷模具不适用；浇铸后，前期熔液快速冷却，形成氧化锆壳，内部则缓慢冷却，冷却24h后，料块进行脱模，并转移至粉化室内，进行喷淋操作，粉化时间为1-3个月；
上述粉化的机理为锆的硫化物(ZrS2)与水发生反应，反应方程式为：
ZrS2+H2O——ZrO2+H2S，H2S气体通过碱液喷淋塔进行吸收；
步骤4、充分粉化后的物料，再经水洗，酸洗，脱水，烘干，煅烧，分级后，制得单晶状的电熔二氧化锆产品。
上述酸洗用酸为硫酸，浓度为3-5％；
上述脱水设备为板框压滤机、离心机等；
上述烘干设备为回转窑、梭式窑、闪蒸干燥机等；
上述煅烧设备为回转窑、梭式窑、竖窑、推板窑等，煅烧温度800-1200℃，煅烧时间0.5-3小时；
上述分级使用直线筛或气流分级机。
实施例2
一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
锆英砂用量1500kg，煅后焦用量90kg，使用功率3200KVA电弧炉熔炼60分钟，添加硫磺50kg，继续熔炼60分钟；最终熔液浇铸在石墨板拼装的模具中进行冷却；
冷却24小时后，进行脱模，氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；
粉化时间：60天；
水洗1次，3％浓度硫酸酸洗30分钟，水洗3次；
使用离心机进行脱水；
经回转窑烘干；
再经竖窑800℃煅烧1小时；
最后经直线筛筛分成不同粒度产品。
实施例3
一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
锆英砂用量1500kg，煅后焦用量100kg，使用功率3200KVA电弧炉熔炼60分钟，添加硫磺90kg，继续熔炼60分钟；最终熔液浇铸在石墨板拼装的模具中进行冷却；
冷却24小时后，进行脱模，氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；
粉化时间：60天；
水洗1次，3％浓度硫酸酸洗30分钟，水洗3次；
使用板框压滤机进行脱水；
经闪蒸干燥机烘干；
再经回转窑1000℃煅烧1.5小时；
最后经直线筛和气流分级机制成不同粒度产品。
实施例4
一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
电熔氧化锆用量1500kg，添加硫磺80kg，使用功率3200KVA电弧炉熔炼120分钟，熔液浇铸在铸铁模具中进行冷却；
冷却24小时后，进行脱模，氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；
粉化时间：60天；
水洗1次，5％浓度硫酸酸洗30分钟，水洗3次；
使用离心机进行脱水；
经回转窑烘干；
再经推板窑1000℃煅烧1.5小时；
最后经圆振筛筛分出不同粒度产品。
实施例5
一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
电熔氧化锆用量1500kg，添加煅后焦150kg，使用功率3200KVA电弧炉熔炼120分钟，熔液浇铸在铸铁模具中进行冷却；
冷却24小时后，进行脱模，氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；
粉化时间：60天；
水洗1次，3％浓度硫酸酸洗30分钟，水洗3次；
使用离心机进行脱水；
经回转窑烘干；
再经梭式窑1100℃煅烧1小时；
最后经直线筛筛分出不同粒度产品。
实施例6
一种生产单晶电熔二氧化锆的方法，包括如下步骤：
电熔氧化锆用量1500kg，添加煅后焦100kg，使用功率3200KVA电弧炉熔炼120分钟，熔液浇铸在铸铁模具中进行冷却；
冷却24小时后，进行脱模，氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；
粉化时间：60天；
水洗1次，5％浓度硫酸酸洗30分钟，水洗3次；
使用离心机进行脱水；
经回转窑烘干；
再经梭式窑1100℃煅烧1小时；
最后经直线筛筛分出不同粒度产品。
以实施例1和实施例4作为新工艺与传统工艺生产成本比较如下表1
表1
生产工艺 原料 熔炼成本 精加工成本 成本合计 新工艺成本节约
传统工艺 锆英砂 4500 2500 7000
实施例1 锆英砂 5000 500 5500 1500
传统工艺 氧化锆 3500 2500 6000
实施例4 氧化锆 4500 500 5000 1000
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 (10)

1.一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将锆英砂原料投入到已引弧的电弧炉的炉内，同时投入占锆英砂原料质量百分数6-10％的还原剂，熔炼60-120分钟后；
步骤2、步骤1所得物料添加占锆英砂原料质量百分数5-20％的解粒剂，继续熔炼100-180分钟；所述解粒剂为硫磺或煅后焦；
步骤3、步骤2所得熔液浇铸在石墨板拼装的模具中进行冷却；冷却24小时后，进行脱模，脱模后得到的氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；所述粉化的时间为50-70天；
步骤4、步骤3所得粉化后物料经水洗，酸洗，脱水，烘干，煅烧，分级后，制得单晶状的电熔二氧化锆。
2.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述还原剂为固定碳含量＞80％，矿物杂质含量＜0.5％的煅后焦或碳粉。
3.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述解粒剂为硫磺，所述解粒剂S含量≥98％。
4.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述解粒剂为煅后焦，所述解粒剂的C含量≥98％。
5.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述酸洗用酸为硫酸，浓度为3-5％。
6.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述脱水的设备为板框压滤机或离心机。
7.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述烘干的设备为回转窑、梭式窑或闪蒸干燥机。
8.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述煅烧的设备为回转窑、梭式窑、竖窑或推板窑，煅烧温度800-1200℃，煅烧时间0.5-3小时。
9.根据权利要求1所述的成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，所述分级使用直线筛或气流分级机。
10.一种成本低的生产单晶电熔二氧化锆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将电熔氧化锆投入到已引弧的电弧炉的炉内；
步骤2、添加占电熔氧化锆质量百分数5-20％的解粒剂，继续熔炼100-180分钟；所述解粒剂为硫磺或煅后焦；
步骤3、步骤2所得熔液浇铸在石墨板拼装的模具中进行冷却；冷却24小时后，进行脱模，脱模后得到的氧化锆锭移至粉化室进行充分粉化；所述粉化的时间为50-70天；
步骤4、步骤3所得粉化后物料经水洗，酸洗，脱水，烘干，煅烧，分级后，制得单晶状的电熔二氧化锆。
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