一種電熔氧化鋯的製備方法
2023-10-09 09:36:09 1
一種電熔氧化鋯的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種電熔氧化鋯的製備方法，通過將鋯英砂電熔脫矽及在熔融狀態下採用包含滷化銨鹽的去雜提純劑進行去雜提純，使鋯英砂中的矽、鋁、鈦、鈣等雜質轉化成高溫下自動揮發的化合物逸出，從而達到去雜提純氧化鋯的目的，製得的電熔氧化鋯純度可達到99.9％以上。此外，採用滷化銨鹽作為去雜提純劑，不僅原料易得，價格低廉，而且反應產生的尾氣為滷化物、氨氣和水的混合物，後續可通過氨氣回收工藝以降低尾氣排放量並製取反應所需的滷化銨鹽，從而大大降低了尾氣處理成本，減少了環境汙染，提高了原料利用率，進一步推動了電熔法製備高純度二氧化鋯的發展。
【專利說明】一種電熔氧化鋯的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無機材料【技術領域】，具體說是一種電熔氧化鋯的製備方法。
【背景技術】
[0002]工業化生產氧化鋯主要應用在耐火材料和陶瓷色料領域，其生產工藝主要有化學法和電熔法。化學法生產雖然純度高，但其成本較高；傳統電熔法生產具有質量穩定，成本低的優點，主要的缺點是純度較低，無法取代化學法生產氧化鋯在陶瓷色料中的應用。目前，國內生產的電熔鋯純度平均在99.5%，而且波動較大，限制了電熔氧化鋯的運用領域和使用範圍，特別是在高檔陶瓷色料領域、電子行業和高檔耐火材料領域的應用。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種高純度電熔氧化鋯的製備方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:
[0005]一種電熔氧化鋯的製備方法，包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻後加入電弧爐內進行脫矽反應，脫矽反應完成後，向熔體中加入包含滷化銨鹽的去雜提純劑繼續保溫反應5min以上出爐，得到電熔氧化鋯；
[0006]所述劍七銨鹽選自NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I和NH4At中的一種或多種，所述滷化銨鹽中的滷素含量彡lwt%。
[0007]本發明的有益效果在於:通過將鋯英砂電熔脫矽及在熔融狀態下採用包含滷化銨鹽的去雜提純劑進行去雜提純，使鋯英砂中的矽、鋁、鈦、鈣等雜質轉化成高溫下自動揮發的化合物逸出，從而達到去雜提純氧化鋯的目的，製得的電熔氧化鋯純度可達到99.9%以上。此外，採用滷化銨鹽作為去雜提純劑，不僅原料易得，價格低廉，而且反應產生的尾氣為滷化物、氨氣和水的混合物，後續可通過氨氣回收工藝以降低尾氣排放量並製取反應所需的滷化銨鹽，從而大大降低了尾氣處理成本，減少了環境汙染，提高了原料利用率，進一步推動了電熔法製備高純度二氧化鋯的發展。
【具體實施方式】
[0008]為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予以說明。
[0009]本發明最關鍵的構思在於:利用氧化鋯中微量的鋁、矽、鈦、鈣等氧化物雜質與滷化銨鹽在高溫條件下發生反應，生成高溫下自動揮發的化合物，達到提純氧化鋯的目的。同時，反應產生的尾氣通入氫滷酸溶液中進行淨化收氨，達到一定濃度後向氫滷酸溶液中添加相應的滷化銨鹽晶種，促進結晶，結晶生成的滷化銨鹽收集重複利用。
[0010]滷化銨鹽與氧化鋯中的鋁、矽、鈦、鈣等氧化物雜質的反應過程如下:
[0011]A1203+6NH4X — 2A1F3 ? +6ΝΗ3 ? +3Η20 ?
[0012]Ti02+4NH4X — TiF4 ? +4ΝΗ3 ? +2Η20 ?
[0013]Si02+4NH4X — SiF4 ? +4NH3 ? +2H20 ?
[0014]Ca0+2NH4X — CaF2 ? +2NH3 ? +H2O ?
[0015]生成的化合物全部以氣態形式揮發與氧化鋯分離。
[0016]具體的，本發明提供的電熔氧化鋯的製備方法，包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻後加入電弧爐內進行脫矽反應，脫矽反應完成後，向熔體中加入包含滷化銨鹽的去雜提純劑繼續保溫反應5min以上出爐，得到電熔氧化鋯；
[0017]所述滷化銨鹽選自NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I和NH4At中的一種或多種，所述滷化銨鹽中的滷素含量彡lwt%。
[0018]從上述描述可知，本發明的有益效果在於:通過將鋯英砂電熔脫矽及在熔融狀態下採用包含滷化銨鹽的去雜提純劑進行去雜提純，使鋯英砂中的矽、鋁、鈦、鈣等雜質轉化成高溫下自動揮發的化合物逸出，從而達到去雜提純氧化鋯的目的，製得的電熔氧化鋯純度可達到99.9%以上。此外，採用滷化銨鹽作為去雜提純劑，不僅原料易得，價格低廉，而且反應產生的尾氣為滷化物、氨氣和水的混合物，後續可通過氨氣回收工藝以降低尾氣排放量並製取反應所需的滷化銨鹽，從而大大降低了尾氣處理成本，減少了環境汙染，提高了原料利用率，進一步推動了電熔法製備高純度二氧化鋯的發展。
[0019]進一步的，所述鋯英砂為二氧化鋯含量> 65wt%的鋯英砂，所述碳素還原劑選自石墨電極、石油焦、浙青焦和木炭中的一種或多種，所述鋯英砂與碳素還原劑的重量比為鋯英砂:碳素還原劑=7?11: I。
[0020]進一步的，所述電弧爐的電壓為110?270V，電流為5?16KA。
[0021]進一步的，所述去雜提純劑由滷化銨鹽和脫矽鋯粉按1:1的重量比配製而成。
[0022]進一步的,所述去雜提純劑的加入量為熔體質量的I?5%。
[0023]進一步的，所述保溫反應的時間為5?15min。
[0024]進一步的，保溫反應過程中產生的尾氣通入氫滷酸溶液中進行回收氨氣，回收產生的滷化銨鹽通過結晶從氫滷酸溶液中析出以重複利用。
[0025]進一步的，當氫滷酸溶液中的滷化銨鹽濃度接近飽和濃度時，向氫滷酸溶液中加入相應的滷化銨鹽晶種來促進結晶。
[0026]進一步的，將得到的電熔氧化鋯進行破碎精加工，得到電熔氧化鋯顆粒或粉末。
[0027]實施例1
[0028]1、將NH4F與磨細的脫矽氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻後進行壓塊；
[0029]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石墨電極後加入電弧爐內，控制電弧爐的電壓為110?270V,電流為5?16KA,在電弧熱的作用下進行脫娃反應。脫娃完成後，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的滷化銨鹽與脫矽鋯粉的混合物30kg，熔煉4min充分反應，使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離，然後傾倒出爐；
[0030]3、將尾氣通入氫滷酸溶液中進行淨化收氨，達到一定濃度後向氫滷酸溶液中添加相應的銨鹽晶種，促進結晶，結晶生成滷化銨鹽收集重複利用；
[0031]4、待出爐ZrO2冷卻後，進行破碎精加工，經檢測，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0032]實施例2
[0033]1、將NH4Cl與磨細的脫矽氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻後進行壓塊；
[0034]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg由石墨電極、石油焦、浙青焦和木炭組成的混合物後加入電弧爐內，控制電弧爐的電壓為110?270V，電流為5?16KA，在電弧熱的作用下進行脫矽反應。脫矽完成後，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的滷化銨鹽與脫矽鋯粉的混合物30kg，熔煉5min充分反應，使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離，然後傾倒出爐；
[0035]3、將尾氣通入氫滷酸溶液中進行淨化收氨，達到一定濃度後向氫滷酸溶液中添加相應的銨鹽晶種，促進結晶，結晶生成滷化銨鹽收集重複利用；
[0036]4、待出爐ZrO2冷卻後，進行破碎精加工，經檢測，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0037]實施例3
[0038]1、將NH4Br與磨細的脫矽氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻後進行壓塊；
[0039]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石油焦後加入電弧爐內，控制電弧爐的電壓為110?270V,電流為5?16KA,在電弧熱的作用下進行脫娃反應。脫娃完成後，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的滷化銨鹽與脫矽鋯粉的混合物30kg，熔煉1min充分反應，使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離，然後傾倒出爐；
[0040]3、將尾氣通入氫滷酸溶液中進行淨化收氨，達到一定濃度後向氫滷酸溶液中添加相應的銨鹽晶種，促進結晶，結晶生成滷化銨鹽收集重複利用；
[0041]4、待出爐ZrO2冷卻後，進行破碎精加工，經檢測，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0042]實施例4
[0043]1、將NH4CUNH4I和NH4At的混合物與磨細的脫矽氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻後進行壓塊；
[0044]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石油焦後加入電弧爐內，控制電弧爐的電壓為110?270V,電流為5?16KA,在電弧熱的作用下進行脫娃反應。脫娃完成後，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的滷化銨鹽與脫矽鋯粉的混合物30kg，熔煉15min充分反應，使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離，然後傾倒出爐；
[0045]3、將尾氣通入氫滷酸溶液中進行淨化收氨，達到一定濃度後向氫滷酸溶液中添加相應的銨鹽晶種，促進結晶，結晶生成滷化銨鹽收集重複利用；
[0046]4、待出爐ZrO2冷卻後，進行破碎精加工，經檢測，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0047]實施例5
[0048]1、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石油焦後加入電弧爐內，控制電弧爐的電壓為110?270V,電流為5?16KA,在電弧熱的作用下進行脫娃反應。脫娃完成後，向ZrO2熔體中加入NH4C130kg，熔煉15min充分反應，使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離，然後傾倒出爐；
[0049]2、將尾氣通入氫滷酸溶液中進行淨化收氨，達到一定濃度後向氫滷酸溶液中添加相應的銨鹽晶種，促進結晶，結晶生成滷化銨鹽收集重複利用；
[0050]3、待出爐ZrO2冷卻後，進行破碎精加工，經檢測，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0051]以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻後加入電弧爐內進行脫矽反應，脫矽反應完成後，向熔體中加入包含滷化銨鹽的去雜提純劑繼續保溫反應5min以上出爐，得到電熔氧化鋯； 所述滷化銨鹽選自NH4F、NH4C1、NH4Br、NH4I和NH4At中的一種或多種，所述滷化銨鹽中的滷素含量彡lwt%。
2.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:所述鋯英砂為二氧化鋯含量>65wt%的鋯英砂，所述碳素還原劑選自石墨電極、石油焦、浙青焦和木炭中的一種或多種，所述鋯英砂與碳素還原劑的重量比為鋯英砂:碳素還原劑=7?11: I。
3.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:所述電弧爐的電壓為110?270V，電流為5?16KA。
4.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:所述去雜提純劑由滷化銨鹽和脫矽鋯粉按1:1的重量比配製而成。
5.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:所述去雜提純劑的加入量為熔體質量的I?5%。
6.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:所述保溫反應的時間為 5 ?15min。
7.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:保溫反應過程中產生的尾氣通入氫滷酸溶液中進行回收氨氣，回收產生的滷化銨鹽通過結晶從氫滷酸溶液中析出以重複利用。
8.根據權利要求7所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:當氫滷酸溶液中的滷化銨鹽濃度接近飽和濃度時，向氫滷酸溶液中加入相應的滷化銨鹽晶種來促進結晶。
9.根據權利要求1所述的電熔氧化鋯的製備方法，其特徵在於:將得到的電熔氧化鋯進行破碎精加工，得到電熔氧化鋯顆粒或粉末。
【文檔編號】C01G25/02GK104445397SQ201410738328
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】包曉剛, 葉旦旺, 胡天喜, 葉成清, 範志強 申請人:三祥新材股份有限公司