一種電熔氧化鋯的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電熔氧化鋯的制備方法，通過(guò)將鋯英砂電熔脫硅及在熔融狀態(tài)下采用包含鹵化銨鹽的去雜提純劑進(jìn)行去雜提純，使鋯英砂中的硅、鋁、鈦、鈣等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成高溫下自動(dòng)揮發(fā)的化合物逸出，從而達(dá)到去雜提純氧化鋯的目的，制得的電熔氧化鋯純度可達(dá)到99.9％以上。此外，采用鹵化銨鹽作為去雜提純劑，不僅原料易得，價(jià)格低廉，而且反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣為鹵化物、氨氣和水的混合物，后續(xù)可通過(guò)氨氣回收工藝以降低尾氣排放量并制取反應(yīng)所需的鹵化銨鹽，從而大大降低了尾氣處理成本，減少了環(huán)境污染，提高了原料利用率，進(jìn)一步推動(dòng)了電熔法制備高純度二氧化鋯的發(fā)展。
【專利說(shuō)明】一種電熔氧化鋯的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說(shuō)是一種電熔氧化鋯的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)化生產(chǎn)氧化鋯主要應(yīng)用在耐火材料和陶瓷色料領(lǐng)域，其生產(chǎn)工藝主要有化學(xué)法和電熔法?；瘜W(xué)法生產(chǎn)雖然純度高，但其成本較高；傳統(tǒng)電熔法生產(chǎn)具有質(zhì)量穩(wěn)定，成本低的優(yōu)點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)是純度較低，無(wú)法取代化學(xué)法生產(chǎn)氧化鋯在陶瓷色料中的應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電熔鋯純度平均在99.5%，而且波動(dòng)較大，限制了電熔氧化鋯的運(yùn)用領(lǐng)域和使用范圍，特別是在高檔陶瓷色料領(lǐng)域、電子行業(yè)和高檔耐火材料領(lǐng)域的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高純度電熔氧化鋯的制備方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種電熔氧化鋯的制備方法，包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻后加入電弧爐內(nèi)進(jìn)行脫硅反應(yīng)，脫硅反應(yīng)完成后，向熔體中加入包含鹵化銨鹽的去雜提純劑繼續(xù)保溫反應(yīng)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，所述鹵化銨鹽中的鹵素含量彡lwt%。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:通過(guò)將鋯英砂電熔脫硅及在熔融狀態(tài)下采用包含鹵化銨鹽的去雜提純劑進(jìn)行去雜提純，使鋯英砂中的硅、鋁、鈦、鈣等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成高溫下自動(dòng)揮發(fā)的化合物逸出，從而達(dá)到去雜提純氧化鋯的目的，制得的電熔氧化鋯純度可達(dá)到99.9%以上。此外，采用鹵化銨鹽作為去雜提純劑，不僅原料易得，價(jià)格低廉，而且反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣為鹵化物、氨氣和水的混合物，后續(xù)可通過(guò)氨氣回收工藝以降低尾氣排放量并制取反應(yīng)所需的鹵化銨鹽，從而大大降低了尾氣處理成本，減少了環(huán)境污染，提高了原料利用率，進(jìn)一步推動(dòng)了電熔法制備高純度二氧化鋯的發(fā)展。

【具體實(shí)施方式】
[0008]為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式予以說(shuō)明。
[0009]本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:利用氧化鋯中微量的鋁、硅、鈦、鈣等氧化物雜質(zhì)與鹵化銨鹽在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，生成高溫下自動(dòng)揮發(fā)的化合物，達(dá)到提純氧化鋯的目的。同時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行凈化收氨，達(dá)到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應(yīng)的鹵化銨鹽晶種，促進(jìn)結(jié)晶，結(jié)晶生成的鹵化銨鹽收集重復(fù)利用。
[0010]鹵化銨鹽與氧化鋯中的鋁、硅、鈦、鈣等氧化物雜質(zhì)的反應(yīng)過(guò)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(tài)形式揮發(fā)與氧化鋯分離。
[0016]具體的，本發(fā)明提供的電熔氧化鋯的制備方法，包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻后加入電弧爐內(nèi)進(jìn)行脫硅反應(yīng)，脫硅反應(yīng)完成后，向熔體中加入包含鹵化銨鹽的去雜提純劑繼續(xù)保溫反應(yīng)5min以上出爐，得到電熔氧化鋯；
[0017]所述鹵化銨鹽選自NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I和NH4At中的一種或多種，所述鹵化銨鹽中的鹵素含量彡lwt%。
[0018]從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于:通過(guò)將鋯英砂電熔脫硅及在熔融狀態(tài)下采用包含鹵化銨鹽的去雜提純劑進(jìn)行去雜提純，使鋯英砂中的硅、鋁、鈦、鈣等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化成高溫下自動(dòng)揮發(fā)的化合物逸出，從而達(dá)到去雜提純氧化鋯的目的，制得的電熔氧化鋯純度可達(dá)到99.9%以上。此外，采用鹵化銨鹽作為去雜提純劑，不僅原料易得，價(jià)格低廉，而且反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣為鹵化物、氨氣和水的混合物，后續(xù)可通過(guò)氨氣回收工藝以降低尾氣排放量并制取反應(yīng)所需的鹵化銨鹽，從而大大降低了尾氣處理成本，減少了環(huán)境污染，提高了原料利用率，進(jìn)一步推動(dòng)了電熔法制備高純度二氧化鋯的發(fā)展。
[0019]進(jìn)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(jìn)一步的，所述電弧爐的電壓為110?270V，電流為5?16KA。
[0021]進(jìn)一步的，所述去雜提純劑由鹵化銨鹽和脫硅鋯粉按1:1的重量比配制而成。
[0022]進(jìn)一步的,所述去雜提純劑的加入量為熔體質(zhì)量的I?5%。
[0023]進(jìn)一步的，所述保溫反應(yīng)的時(shí)間為5?15min。
[0024]進(jìn)一步的，保溫反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行回收氨氣，回收產(chǎn)生的鹵化銨鹽通過(guò)結(jié)晶從氫鹵酸溶液中析出以重復(fù)利用。
[0025]進(jìn)一步的，當(dāng)氫鹵酸溶液中的鹵化銨鹽濃度接近飽和濃度時(shí)，向氫鹵酸溶液中加入相應(yīng)的鹵化銨鹽晶種來(lái)促進(jìn)結(jié)晶。
[0026]進(jìn)一步的，將得到的電熔氧化鋯進(jìn)行破碎精加工，得到電熔氧化鋯顆粒或粉末。
[0027]實(shí)施例1
[0028]1、將NH4F與磨細(xì)的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進(jìn)行壓塊；
[0029]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石墨電極后加入電弧爐內(nèi)，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(jìn)行脫娃反應(yīng)。脫娃完成后，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的鹵化銨鹽與脫硅鋯粉的混合物30kg，熔煉4min充分反應(yīng)，使生成化合物以氣態(tài)形式揮發(fā)與氧化鋯分離，然后傾倒出爐；
[0030]3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行凈化收氨，達(dá)到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應(yīng)的銨鹽晶種，促進(jìn)結(jié)晶，結(jié)晶生成鹵化銨鹽收集重復(fù)利用；
[0031]4、待出爐ZrO2冷卻后，進(jìn)行破碎精加工，經(jīng)檢測(cè)，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0032]實(shí)施例2
[0033]1、將NH4Cl與磨細(xì)的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進(jìn)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后加入電弧爐內(nèi)，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(jìn)行脫硅反應(yīng)。脫硅完成后，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的鹵化銨鹽與脫硅鋯粉的混合物30kg，熔煉5min充分反應(yīng)，使生成化合物以氣態(tài)形式揮發(fā)與氧化鋯分離，然后傾倒出爐；
[0035]3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行凈化收氨，達(dá)到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應(yīng)的銨鹽晶種，促進(jìn)結(jié)晶，結(jié)晶生成鹵化銨鹽收集重復(fù)利用；
[0036]4、待出爐ZrO2冷卻后，進(jìn)行破碎精加工，經(jīng)檢測(cè)，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0037]實(shí)施例3
[0038]1、將NH4Br與磨細(xì)的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進(jìn)行壓塊；
[0039]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石油焦后加入電弧爐內(nèi)，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(jìn)行脫娃反應(yīng)。脫娃完成后，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的鹵化銨鹽與脫硅鋯粉的混合物30kg，熔煉1min充分反應(yīng)，使生成化合物以氣態(tài)形式揮發(fā)與氧化鋯分離，然后傾倒出爐；
[0040]3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行凈化收氨，達(dá)到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應(yīng)的銨鹽晶種，促進(jìn)結(jié)晶，結(jié)晶生成鹵化銨鹽收集重復(fù)利用；
[0041]4、待出爐ZrO2冷卻后，進(jìn)行破碎精加工，經(jīng)檢測(cè)，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0042]實(shí)施例4
[0043]1、將NH4CUNH4I和NH4At的混合物與磨細(xì)的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進(jìn)行壓塊；
[0044]2、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石油焦后加入電弧爐內(nèi)，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(jìn)行脫娃反應(yīng)。脫娃完成后，向ZrO2熔體中加入事先壓制好的鹵化銨鹽與脫硅鋯粉的混合物30kg，熔煉15min充分反應(yīng)，使生成化合物以氣態(tài)形式揮發(fā)與氧化鋯分離，然后傾倒出爐；
[0045]3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行凈化收氨，達(dá)到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應(yīng)的銨鹽晶種，促進(jìn)結(jié)晶，結(jié)晶生成鹵化銨鹽收集重復(fù)利用；
[0046]4、待出爐ZrO2冷卻后，進(jìn)行破碎精加工，經(jīng)檢測(cè)，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0047]實(shí)施例5
[0048]1、將65%品位的原料鋯英砂100kg配入10kg石油焦后加入電弧爐內(nèi)，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(jìn)行脫娃反應(yīng)。脫娃完成后，向ZrO2熔體中加入NH4C130kg，熔煉15min充分反應(yīng)，使生成化合物以氣態(tài)形式揮發(fā)與氧化鋯分離，然后傾倒出爐；
[0049]2、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行凈化收氨，達(dá)到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應(yīng)的銨鹽晶種，促進(jìn)結(jié)晶，結(jié)晶生成鹵化銨鹽收集重復(fù)利用；
[0050]3、待出爐ZrO2冷卻后，進(jìn)行破碎精加工，經(jīng)檢測(cè)，得到純度99.9%?99.95%的ZrO2成品。
[0051]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻后加入電弧爐內(nèi)進(jìn)行脫硅反應(yīng)，脫硅反應(yīng)完成后，向熔體中加入包含鹵化銨鹽的去雜提純劑繼續(xù)保溫反應(yīng)5min以上出爐，得到電熔氧化鋯； 所述鹵化銨鹽選自NH4F、NH4C1、NH4Br、NH4I和NH4At中的一種或多種，所述鹵化銨鹽中的鹵素含量彡lwt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:所述電弧爐的電壓為110?270V，電流為5?16KA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:所述去雜提純劑由鹵化銨鹽和脫硅鋯粉按1:1的重量比配制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:所述去雜提純劑的加入量為熔體質(zhì)量的I?5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:所述保溫反應(yīng)的時(shí)間為 5 ?15min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:保溫反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣通入氫鹵酸溶液中進(jìn)行回收氨氣，回收產(chǎn)生的鹵化銨鹽通過(guò)結(jié)晶從氫鹵酸溶液中析出以重復(fù)利用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:當(dāng)氫鹵酸溶液中的鹵化銨鹽濃度接近飽和濃度時(shí)，向氫鹵酸溶液中加入相應(yīng)的鹵化銨鹽晶種來(lái)促進(jìn)結(jié)晶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熔氧化鋯的制備方法，其特征在于:將得到的電熔氧化鋯進(jìn)行破碎精加工，得到電熔氧化鋯顆?；蚍勰?。
【文檔編號(hào)】C01G25/02GK104445397SQ201410738328
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】包曉剛, 葉旦旺, 胡天喜, 葉成清, 范志強(qiáng) 申請(qǐng)人:三祥新材股份有限公司