JPH0597438A - ジルコニアの製造方法 - Google Patents

ジルコニアの製造方法

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JPH0597438A
JPH0597438A JP25546991A JP25546991A JPH0597438A JP H0597438 A JPH0597438 A JP H0597438A JP 25546991 A JP25546991 A JP 25546991A JP 25546991 A JP25546991 A JP 25546991A JP H0597438 A JPH0597438 A JP H0597438A
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JP
Japan
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zirconia
zircon
powder
mixture
ingot
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JP25546991A
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English (en)
Inventor
Yoshihiro Yanase
佳弘 柳瀬
Hiromasa Komatsu
弘昌 小松
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • C01G25/02Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80Compositional purity

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 得られるジルコニアの純度が高く、且つその
製造歩留が高い。 【構成】 ジルコンと炭素材の混合物を加熱溶融してジ
ルコニアを製造する方法であり、ジルコン粉末の加熱溶
融処理中に、その中に含まれるシリカ分を揮散させ、出
湯させた溶湯を鋳塊にした後、酸化雰囲気中で加熱処理
し、次いで粉砕するものである。この際、ジルコニアの
溶湯はシリカ分が十分に揮散した状態で出湯させると共
に、炭素材の添加量をジルコン中のシリカに対して適切
なモル比にしてZrCやZrO等の低級酸化物の生成を
抑え、更に、ZrCや低級酸化物が生成しても、加熱処
理によって酸化させる。又、ジルコンの溶融とシリカ分
の揮散を連続的に行い、高純度のジルコニアの溶湯だけ
を出湯させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ジルコンサンドを原料
とし、ジルコン粉末と炭素材の混合物を加熱溶融する工
程を有するジルコニアの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ジルコンサンドを原料としてジルコニア
を製造する場合には、ジルコンサンド中に多量のシリカ
(SiO2 )分が含まれているので、このシリカ分を除
去しなければならない。
【0003】ジルコンを原料とする従来のジルコニアの
製造方法としては、ジルコン粉末に炭素材及び鉄材を配
合し、この配合物を電気炉中で加熱して溶融した後、数
段階の操作を行って、ジルコン粉末中のシリカを除去す
る方法である。
【0004】この方法においては、まず、上記配合物を
電気炉中で溶融し、この溶融によって、ジルコン粉末中
のシリカの一部を揮散させると共に、シリカをフェロシ
リコン(FeSi)にする。生成したフェロシリコンは
炉の下方に沈み、その上にジルコニアの層が生成する。
このように、ジルコン粉末中のシリカをフェロシリコン
にした後、冷却して溶融物を凝固させ、炉を解体して内
容物を取り出す。凝固した内容物は、フェロシリコンを
主とする層とジルコニアを主とする層とに略分離されて
いるので、解砕してフェロシリコンを主とする層を取り
除いて分離し、ジルコニアを主とする層を得る。
【0005】しかし、このジルコニアを主とする分離物
中には、未だフェロシリコンが含まれているので、これ
を破砕し、磁選機によってフェロシリコンを分離して除
去し、製品のジルコニアを得る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法において、ジルコニアを主とする分離物を磁選しても
なお多量の鉄分が残留しており、純度の高いジルコニア
は得られれず、更に、磁選は破砕粒単位で選別する操作
であるため、鉄分は破砕粒中のジルコニアと一緒に除去
してしまうので、製造歩留が非常に低くくなる。
【0007】又、従来の方法はバッチ式であり、毎回の
製造の都度、常温状態の炉体や原料を加熱する必要があ
るので、熱効率が悪い。更に、ジルコンサンド中のシリ
カの分離に際しては、SiO2 を金属Siまで還元して
FeSi(フェロシリコン)にしなければならないの
で、その所要電力は多大であると言う問題もある。
【0008】本発明は、純度が高く、且つその製造歩留
が高いジルコニアの製造方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、ジルコン粉末に、ジルコン粉
末中のシリカ含有量に対してモル比で0.4〜2.0倍
の炭素材粉末を混合し、この混合物を電気炉中で加熱溶
融し、溶融した溶湯を出湯して鋳塊にし、この鋳塊を破
砕した後酸化雰囲気中で加熱処理し、この加熱処理物を
粉砕する。
【0010】又、安定化ジルコニアを製造する場合に
は、ジルコン粉末に、ジルコン粉末中のシリカ含有量に
対してモル比で0.4〜2.0倍の炭素材粉末を混合
し、更に、酸化カルシウム、酸化イットリウム、酸化マ
グネシウム、酸化セリウムの中から選定される安定化剤
の1種又は2種以上をジルコン粉末中のジルコニア含有
量の0.5モル%〜20モル%相当量を混合し、この混
合物を電気炉中で加熱溶融する。そして、以下、上記順
序の工程を実施する。
【0011】
【作用】本発明においては、ジルコン粉末の加熱溶融処
理中に、その中に含まれるシリカ分を揮散させることに
よって、シリカを含有しないジルコニアを得るものであ
る。
【0012】ジルコン粉末の溶融に際しては、ジルコン
粉末に炭素材粉末を混合しており、この炭素材粉末によ
ってSiO2 をSiOに還元して揮散させ、シリカ分を
除去することを図っている。そして、混合する炭素材粉
末はジルコン粉末中のシリカ含有量に対してモル比(C
/SiO2 )で0.4〜2.0倍にするものとしている
が、このモル比は、次の理由によって限定されている。
【0013】ジルコン粉末の溶融は高温で行われるの
で、シリカ(SiO2)分の自然揮散もあり、又、カー
ボン電極の損耗による炭素の供給もあるので、C/Si
2 のモル比はSiO2 を還元するための理論値1.0
よりも小さくすることができる。このモル比の下限が
0.4であり、モル比をこの値以上にしておけば、シリ
カ分を十分に除去することができる。
【0014】又、モル比が2.0より大きくなると、ジ
ルコン粉末中のシリカ分を還元するための炭素量は十分
になるが、却って、炭素過多のために還元性になり過ぎ
て、ZrCやZrO等の低級酸化物が多量に生成し、更
に、未反応の炭素材残留するため、製品々質は低下す
る。
【0015】なお、ジルコン粉末中のSiO2 を還元さ
せて揮散させる際には、同時に、ジルコン粉末中のFe
2 3 も還元されてFeOとなって揮散し、製品ジルコ
ニア中の鉄分も減少する。
【0016】溶融してシリカ分(SiO)等を揮散させ
た溶湯は、出湯して鋳塊にされ際に急冷されが、ジルコ
ニアは約1100℃付近で結晶形が立方晶−単斜晶に変
態する物質であるので、得られた鋳塊は不安定な高温型
結晶(立方晶)を含有している。その上、上述のような
ZrO等の低級酸化物も含んでいる。このため、鋳塊を
破砕した粒状物を酸化雰囲気で加熱処理し、低級酸化物
を酸化させると共に、ジルコニアを安定な結晶組成にす
る。この処置によって、耐火物材料等を製造する場合の
焼成工程や耐火物材料を高温雰囲気で使用する際に起こ
る結晶形変態による体積変化や、低級酸化物の酸化反応
による耐火物材料等の破損が抑制されるジルコニア製品
が得られる。
【0017】上記加熱処理は、加熱温度1200℃〜1
500℃(相転移温度以上)、加熱時間1〜5時間、冷
却速度100℃/時〜300℃/時(緩やかな冷却)程
度の条件で行う。
【0018】また更に、ジルコニアは、上述のような結
晶形変態する物質であるが、他の金属酸化物を添加して
固溶させれば、上記のような体積変化(異常な収縮・膨
張)が抑制される安定化ジルコニアが得られる。固溶さ
せるために添加する安定化剤としては、CaO、Y2
3 、MgO、CeO2 等の酸化物、又は水酸化物や炭酸
塩のように加熱によって上記酸化物になる化合物が使用
される。この安定化剤としての添加化合物は、製品ジル
コニアの使用目的によって適宜選定する。
【0019】安定化ジルコニアを製造する際には、ジル
コン粉末中のジルコニア含有量に対し0.5モル%〜2
0モル%相当量の安定化剤を混合する。この安定化剤の
混合割合も、製品ジルコニアの使用目的によって適宜決
定する。
【0020】
【実施例】以下、本発明の一実施例の説明を行う。 (実施例1)電気炉は、内面がカーボンでライニングさ
れた500KVA単相アーク炉を使用した。この電気炉
に、表1に示す組成のジルコンサンド粉末120kgと
固定炭素99%の仮焼コークスの粉末13kgの混合物
(C/SiO2 のモル比1.7)を装入して加熱し、溶
融した。この加熱溶融によってシリカ分をヒュームにし
て炉外へ飛散させた。この際、600KWの電流を通電
し、SiOのヒュームが発生しなくなるまで溶融を継続
した。この溶融時間は2時間であった。この溶融によっ
てシリカ分が十分に除去されたジルコニアの溶湯は炉底
部に溜まり、その上に、シリカ分の揮散が不十分な半溶
融層が残った。そして、炉底部からジルコニアの溶湯を
出湯して鋳床に鋳込み、冷却してジルコニアの鋳塊を造
った。なお、ジルコニアの溶湯を出湯した後、上記と同
様に原料を装入して溶融し、ジルコニアの溶湯を造る操
作を繰り返した。
【0021】次いで、上記ジルコニアの鋳塊を5mm程
度の大きさに破砕して粒状物にし、空気雰囲気で140
0℃に保持されたトンネルキルンに入れ、5時間加熱し
た。加熱後のジルコニアの粒状物は70.9kg得られ
た。
【0022】その後、粒状物をボールミルに入れて微粉
砕したが、このC/SiO2 のモル比を1.7にして製
造したジルコニアは非常に脆く、短時間粉砕しただけで
容易に微粉末になった。この製品ジルコニア粉末の組成
及び歩留等は表2に示す。
【0023】なお、表2における原料装入量は1回の装
入量を示し、製品ジルコニア及び磁選前品の量は1回の
出湯によって得られた量を示す。又、製品化率は全装入
原料量に対する得られた製品量を表し、ジルコニア歩留
は原料ジルコンサンド中のZrO2 対する製品中のZr
2 で表している。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】(実施例2)表2の原料装入欄に記載した
ように、ジルコンサンド粉末120kgと仮焼コークス
の粉末13kg(C/SiO2 のモル比1.7)の外に
焼石灰5kgを電気炉に装入し、実施例1と同様の操作
を行って安定化ジルコニアの鋳塊を造り、これを破砕し
てその粒状物を製造した。ジルコニアの粒状物は75.
1kg得られた。製品ジルコニアの組成及び歩留等は表
2に示す。
【0027】(実施例3)表2の原料装入欄に記載した
ように、仮焼コークスの粉末を6.5kg(C/SiO
2 のモル比0.8)にし、焼石灰を4.5kgにしたこ
と以外は実施例2と同様し、78.1kgの安定化ジル
コニアの粒状物を製造した。この場合の製品ジルコニア
の組成及び歩留等は表2に示す。
【0028】(実施例4)表2の原料装入欄に記載した
ように、仮焼コークスの粉末を3.9kg(C/SiO
2 のモル比0.5)にし、焼石灰を4kgにしたこと以
外は実施例2と同様し、80.2kgの安定化ジルコニ
アの粒状物を製造した。この場合の製品ジルコニアの組
成及び歩留等は表2に示す。
【0029】(比較例)電気炉に、表2の原料装入欄に
記載したように、ジルコンサンド粉末120kg、仮焼
コークスの粉末13kg、焼石灰5kg、及び鋼材屑6
0kgを装入し、溶融した。以下の工程では「従来の技
術」の項に記述した操作を行い、ジルコニアを主とする
層の塊を得た。そして、この塊を破砕して59.8kg
の粒状物を得た。そして、粒状物を磁選したところ、鉄
分の含有率が高いために歩留が悪く、磁選後の粒状物
(製品ジルコニア)は47.8kgに減少した。
【0030】上述した各実施例と比較例の結果を表2に
よって比べてみると、まず、ジルコニア歩留について
は、実施例では約88%〜95%の高い値が得られたの
に対し、比較例では僅か56%程度の値しか得られなか
った。又、製品ジルコニアの純度については、実施例で
は磁選することなく高純度のものが得られているのに対
し、比較例では、磁選をしてもなお鉄分の含有率が非常
に高いものしか得られなかった。
【0031】
【発明の効果】本発明は、ジルコンと炭素材の混合物を
加熱溶融してジルコニアを製造する方法であり、ジルコ
ンの加熱溶融処理中に、その中に含まれるシリカ分を揮
散させ、出湯させた溶湯を鋳塊にした後、酸化雰囲気中
で加熱処理し、次いで粉砕するものである。
【0032】この際、ジルコニアの溶湯はシリカ分が十
分に揮散した状態で出湯させると共に、炭素材の添加量
をジルコン中のシリカに対して適切なモル比にしてZr
CやZrO等の低級酸化物の生成を抑え、更に、ZrC
や低級酸化物が生成しても、加熱処理によって酸化させ
るので、高純度のジルコニアが得られる。又、ジルコン
の溶融とシリカ分の揮散を連続的に行い、高純度のジル
コニアの溶湯だけを出湯させるので、製造歩留が非常に
高い。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコンと炭素材の混合物を加熱溶融し
    てジルコニアを製造する方法において、ジルコン粉末に
    該ジルコン粉末中のシリカ含有量に対してモル比で0.
    4〜2.0倍の炭素材粉末を混合し、この混合物を電気
    炉中で加熱溶融し、溶融した溶湯を出湯して鋳塊にし、
    この鋳塊を破砕した後酸化雰囲気中で加熱処理し、この
    加熱処理物を粉砕することを特徴とするジルコニアの製
    造方法。
  2. 【請求項2】 ジルコン粉末に該ジルコン粉末中のシリ
    カ含有量に対してモル比で0.4〜2.0倍の炭素材粉
    末を混合し、更に、酸化カルシウム、酸化イットリウ
    ム、酸化マグネシウム、酸化セリウムの中から選定され
    る安定化剤の1種又は2種以上を前記ジルコン粉末中の
    ジルコニア含有量の0.5モル%〜20モル%相当量を
    混合し、この混合物を電気炉中で加熱溶融することを特
    徴とする請求項1記載のジルコニアの製造方法。
JP25546991A 1991-10-02 1991-10-02 ジルコニアの製造方法 Pending JPH0597438A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007500932A (ja) * 2003-06-09 2007-01-18 サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド 固体酸化物型燃料電池及びその形成方法
CN116082036A (zh) * 2022-07-19 2023-05-09 广东爱斯库生物材料有限公司 一种氧化锆回收的方法及其应用

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