JPS62252323A - ジルコニアを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ジルコンサンドを原料としてジルコニアを製
造する方法、特に耐火材、研磨材として用いるのに適す
る粗製ジルコニアを製造する方法に関する。

［従来の技術］ ジルコニアは耐火材、研磨材、化学工業原料、電子材料
あるいはエンジニアリングセラミック原料として今後の
市場拡大が有望視されている。

従来の粗製ジルコニアの製造法としては、電融法がある
。この方法は通常ジルコンサンドと炭材を混合し、アー
ク炉で２０００℃以上に加熱して脱ケイする方法である
。ジルコンサンド中のＳ！Ｏｚ分はＳｉＯに還元されて
炉外に排出し、Ｚ　ｒ　Ｏ２を残留させるものである。

しかしこの方法はアーク炉であるため多大なエネルギー
を要し、かつ大型設備を必要とする。また、溶融物とし
てとりだすので粉末状の製品を得難く、後工程での成型
方法等が限定される。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記従来の方法に比較して、エネルギー消費が
少なく、しかも簡単な工程によってジルコンサンドから
ケイ素分を除去してジルコニアを製造する方法を提供し
ようとするものでおる。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するための本発明の構成は、ジルコン
サンド粉末と炭素材粉末を混合する工程、その混合物を
硫黄ガスおよび／または硫化水素ガスを含有する気体雰
囲気中で１１３０’Ｃ以上、１６００℃以下に加熱する
工程、加熱後の固形分粉末をアルゴンガス（Ａ　ｒ　）
等の不活性ガス雰囲気中で再度１１３０℃以上１６００
°Ｃ以下で熱処理する工程、熱処理後の残留粉末を空気
中で酸化焼成する工程を包含する、ジルコニアを製造す
る方法である。

以下本発明方法についてさらに詳しく説明する。

ジルコンサンドはその主成分がＳｉＯ２とＺｒの複合酸
化物であるジルコン（ ＺｒＳｉ０４）からなり、不純物としてＴ　ｉ　０２　
、Ｆｅ２Ｏ３、Ａ　Ｉ　２０３等を総計で１％以下含有
している。

ジルコンサンドは粒状物として使用してもよいが、好ま
しくは１００μ以下、より好ましくは１０μ以下の粉末
として用いるとよい。

炭素材は活性炭、熱分解黒鉛、コロイド状炭素など、公
知のいかなる技術でつくられたものでもよい。この炭素
材も粉末状で用いるのがより好ましい。粒径はジルコン
サンド原体に準じる。

ジルコンサンドと炭素材は反応性を高める上で混合した
方がよい。混合度をあげるためにも両者が微細な粉末で
ある方が好都合である。もちろん、電融法のように、ジ
ルコンサンドの原料のまわりに炭素材を配する方法でも
よい。

硫黄ガスとは、硫黄粉末をジルコンサンドの粉末および
炭素粉末と混合するかあるいはそれらの材料とは別に系
内に送入し、系内で加熱された結果として硫黄ガスを発
生させてもよいし、あるいは、硫黄ガスとして直接反応
器内に導入してもよい。ガスはこの硫黄ガスの代わりに
硫化水素ガスでも構わない。あるいは両者の混合ガスで
もよいし、あるいは第三成分としてアルゴンガス等の不
活性ガスが共存していてもよい。

ジルコンサンドと炭素材をともに硫黄ガスおよび、ある
いは硫化水素ガスを含有する気体雰囲気中で加熱すると
原料中のジルコンは硫化されて硫化ジルコニウム（ｚｒ
ｓ２　）と硫化ケイ素（Ｓ！Ｓ２）になる。ＳｉＳ２の
沸点は１１３０℃なので、１１３０℃以上で硫化反応さ
せるとＳ！Ｓ２が気化してＺｒＳ２から分離する。その
他の不純物成分もほとんどが硫化されるが、そのままＺ
ｒＳ２側に大半が残る。従って分離された５ｔＳ２の純
度は高い。

また１６００℃を越えた温度に加熱すると粒子間の焼結
反応が進み、粒径成長が加速度的に増大するので１６０
０″Ｃ以下に加熱するのが好ましい。

つぎの熱処理工程はアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気
に保たれる。特に水分や酸素は徹底的に排除され、流入
防止対策を施された状態で硫化反応時と同じ理由で１１
３０’Ｃ以上１６００℃以下で熱処理される。そうする
と熱処理残固形分中にわずかに残っていた二硫化ケイ素
や硫黄分が気化して徹底的に除去される。

本工程を経由することにより純度９９％程度のＺｒＳ２
が容易に得られる。

こうしてケイ素分を除去した、主成分がＺｒＳ２である
残固形分を空気中で酸化焼成すると、粗製ジルコニアが
得られる。焼成温度は酸化反応が進みさえすれば何度で
もよいのであるが、反応速度等を考慮して５００〜１０
００’Ｃが好ましい。

加熱処理おるいは酸化処理のための反応器は回分式ある
いは連続式のいずれの型でもよいし、静置炉、ロータリ
ーキルン、流動炉、トンネル炉等のいずれのタイプの炉
でもよい。

本発明方法の特徴を整理すると以下の項目が挙げられる
。

（１）電融法に比較し、低温で処理し得る。

（２）ケイ素分を除去するために副生ずる二硫化ケイ素
が高純度であるので全製品の付加価値が高い。

（３）乾式かつ連続的に容易にジルコニアが生産できる
ので生産性が高い。

（４）粉末状の製品を容易に製造し１ｑるので、成型等
が容易である。

（５）製品ジルコニアの純度もかなり高い。

以下実施例をめげて本発明をざらに詳細に説明する。

［実施例］ ジルコンサンド２０ｇと炭素粉末２００をよく混合して
アルミナボートに入れ、内径５０φのアルミナチューブ
内にセットした。つぎにこのアルミナチューブはシリコ
ニット発熱体を備えた横型静置炉内に配置した。

アルミナチューブ内にＨ２Ｓガスを２０！；ｌ／Ｈの量
で流通させながら上記静置炉によってアルミナチューブ
を加熱してその内部を１３００°Ｃに昇温させ、その温
度に２時間保ち硫化反応させた。この反応後、冷却した
らボート内の試料を取り出した。これを試料Ａとする。

試料ＡはＸ線回折分析の結果Ｚ　ｒ　３２であり、Ｓｉ
はほとんど除去されていた。

試料Ａ　５（］をアルミナポートに入れ、かつアルミナ
デユープ内にセットし、Ａｒガス気流中で１３００’Ｃ
で２時間焼成した。冷却後ガスを空気にきりかえて、８
００’Ｃ４時間で焼成した。ここでとりだしたサンプル
を試料Ｂとする。

一方比較のために別の試ＨＡり（］を再度アルミナポー
トに入れ、かつアルミナチューブ内にセットし、空気を
流通させつつａ　ｏｏ’ｃで４時間焼成した。冷却後と
りだしたサンプルを試料Ｃとする。試料ＢおよびＣをＸ
線回折分析したところともにＺ　ｒ　Ｑ　２でめった。

螢光Ｘ線で３ｉとＺｒのピーク比を調べたところ試料Ｂ
はＳｉが０．５％、試料Ｃは３ｉが２．８％でめだ。又
一方原料のジルコンサンドのそれは１００％であった。

この結果、Ａｒガス中で焼成する本発明方法は純度をあ
げるのに有効であることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の方法は電融法に比較して
低温で、かつ、連続的にジルコニアの製造が可能でおる
。また副生物である二硫化ケイ素が高純度であり、かつ
、製品である酸化ジルコニウムの純度も高く、成形し易
い粉末状態で得られるという利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ジルコンサンド粉末と炭素材粉末を混合す る工程、その混合物を硫黄ガスおよび／または硫化水素
   ガスを含有する気体雰囲気中で １１３０℃以上、１６００℃以下に加熱する工程、加熱
   後の固形分粉末をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中
   で再度１１３０℃以上、１６００℃以下で熱処理する工
   程、熱処理後の残留粉末を空気中で酸化焼成する工程を
   包含することを特徴とするジルコニアを製造する方法。