專利名稱：二氧化鋯的電熔吹球生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以電熔吹球法生產(chǎn)脫硅二氧化鋯的方法。具體地說，本發(fā)明涉及一種改進的電弧爐中脫硅富鋯制造單斜晶型空心球粒狀泡沫二氧化鋯的方法。
眾所周知，脫硅二氧化鋯是制造高鋯熔鑄鋯剛玉耐火材料的必用材料之一，而熔鑄鋯剛玉耐火制品又是玻璃熔窯必不可少的筑爐材料。此外，隨著冶金和高技術(shù)陶瓷的發(fā)展，對耐火材料的要求也越來越高，以二氧化鋯為主體的耐火制品，已日益廣泛地用于冶金、陶瓷、電子、磨料等工業(yè)。由于二氧化鋯通常以鋯英石(ZrSiO4)為原料經(jīng)熱分解而產(chǎn)生，但熱分解產(chǎn)物中還含有SiO2。故而，要制得高純度的二氧化鋯，須除去熱解產(chǎn)物中的SiO2。SiO2的除去，是利用碳或含碳材料作還原劑，在高溫下將SiO2還原成SiO氣體來實現(xiàn)的。法國西普公司和美國康寧公司用電熔吹球法生產(chǎn)的球粒狀泡沫二氧化鋯中，二氧化鋯含量為79-85%。其中，西普公司使用含木炭或石油焦的混合料作還原劑，一次脫硅后的二氧化鋯純度只達78%左右，而且脫硅效果不穩(wěn)定。一次脫硅后，再用磨細的炭粉脫硅，也只能使純度提高到80%左右，而且效果也不穩(wěn)定。中國發(fā)明專利申請公開說明書CN1059704A中提出了一種改進的電熔吹球法，該方法工藝簡便、脫硅效果穩(wěn)定可靠，但用該方法制得的單斜晶型空心球粒狀泡沫二氧化鋯的純度，也只能穩(wěn)定在90%以下。
因此，本發(fā)明的目的是，提供一種改進的單斜晶型空心球粒狀泡沫二氧化鋯生產(chǎn)方法，用該方法可制得二氧化鋯純度比上述現(xiàn)有技術(shù)更高的產(chǎn)品。
本發(fā)明的上述目的是通過合理優(yōu)選爐料配比、爐料配制操作步驟及嚴(yán)格控制脫硅過程來實現(xiàn)的。具體地說，本發(fā)明所涉及方法的改進在于，-在91重量份粒度在0.2mm以下的精選鋯英石中，加入0.3-0.7重量份水，調(diào)勻后加入9重量份三氧化二鋁助熔劑，再加入6重量份粒度在0.15mm以下的石墨電極粉，將上述混合料在混合機中調(diào)混8-15分鐘;
-將上述步驟中調(diào)好的物料分多次投入電弧爐中，同時分多次加入3重量份平均尺寸為10-50mm的石墨電極塊;
-在116V電壓下，以1800A電流起弧，使?fàn)t溫達到2000℃左右，熔煉1-2h;
-繼續(xù)加溫，在爐溫達到2430℃時傾爐，并以8-10Kg/cm2的高壓空氣流將熔液吹成球粒，并在集球室中收集之。
在本發(fā)明方法中，爐料中的主要原料為精選鋯英石，助熔劑為三氧化二鋁，二者的重量份分別優(yōu)選為91和9。采用此比例，既有利于鋯英石的熔化過程，又有利于碳使二氧化硅還原的過程，同時又不因助熔劑的使用而引入過多的雜質(zhì)。
在本發(fā)明方法的爐料配制操作中，先在精選鋯英石中加入適量水，所用水的量以使鋯英石表面濕潤，并使還原劑石墨電極粉能均勻包復(fù)在鋯英石顆粒外表面為度。過量的水會增加成本和能量消耗。因此，用水量以0.3-0.7重量份為宜，優(yōu)選為0.5重量份。均勻包復(fù)在鋯英石顆粒表面上的石墨電極粉，能在鋯英石熔融后發(fā)生熱分解時，與熱解出來的SiO2作用，生成一氧化硅(SiO)氣體，該氣體在高溫下從熔體中揮發(fā)出來(它在空氣中又氧化成SiO2)，達到脫硅效果。
由于碳本身在高溫下接觸空氣中的氧會被氧化，所以爐料中的碳還原劑須超過化學(xué)計算量。但是過量太多，則會生成難以除去或需增加生產(chǎn)成本才能除去的SiC。故此，本發(fā)明在碳還原劑的使用形式和使用方式上作了改進，經(jīng)此改進達到了出乎意料的脫硅效果。具體來說，此改進一方面是將碳還原劑以石墨電極粉形式加到預(yù)先配制的爐料中，使之粘附在鋯英石表面上。此時，石墨電極粉的用量和粒度分別為6重量份和小于0.15mm。另一方面是在向爐中投入上述調(diào)配好的爐料的同時，將碳還原劑以石墨電極塊的形式加到爐內(nèi)。此時，石墨電極塊的用量為3重量份。所用石墨電極塊的平均尺寸為10-50mm，比CN1059704A中所用的平均尺寸(5-40mm)增大了一些。這樣可使石墨電極塊不會被迅速燃燒掉，從而減少了用量。本發(fā)明方法中只用6重量份石墨電極粉和3重量份石墨電極塊，而CN1059704A所記載的現(xiàn)有技術(shù)中則約需用13重量份石墨電極塊。
爐料分次投入電弧爐后，在116伏電壓下以1800安培電流起弧加熱爐料，進行熔煉。熔煉時使?fàn)t溫達到2000℃左右，從鋯英石中分解出來的SiO2先被石墨電極粉還原掉，剩余的SiO2全靠在熔融液中不斷旋轉(zhuǎn)的石墨電極塊來還原。此時，石墨電極塊不斷釋出碳原子，它與SiO2接觸后，發(fā)生反應(yīng)，如此不斷地將剩余SiO2還原成SiO，達到進一步脫硅的目的。一般，經(jīng)熔煉1-2小時后，熔融液中的SiO2可降至1%(重量)或更少，ZrO2純度可達90%(重量)左右。
本發(fā)明的另一具體實施方案是，將100重量份鋯英石用0.4-0.8重量份水潤濕，調(diào)勻后再加入6重量份粒度小于0.15mm的石墨電極粉，將上述混合物在混合機中調(diào)混8-15分鐘;將上述步驟中調(diào)配好的物料分多次投入電弧爐中，同時分多次加入4重量份石墨電極塊(平均尺寸為10-50mm);在116V電壓下，以1800A電流起弧，使?fàn)t溫達到2000℃左右，熔煉1-2h;繼續(xù)加溫，在爐溫達到2430℃時傾爐，并以8-10kg/cm2高壓空氣流將熔液吹成球粒，并在集球室中收集之。其中，所加的水最好為0.6重量份。混合機中調(diào)混的時間優(yōu)選為9-11分鐘。用此方法制得的產(chǎn)品中，ZrO2含量可高達98%以上，殘留SiO2量為0.5%(重量)或更少。這樣純的ZrO2更可用作陶瓷釉的色料和技術(shù)陶瓷。
本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，只需一次脫硅即可達到二次脫硅的效果，而且還原劑用量和能量消耗也比現(xiàn)有技術(shù)少，故而具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
下面用實施例來闡明本發(fā)明。
實施例1在91Kg粒度小于0.2mm的精選鋯英石中，邊攪拌邊噴淋0.5Kg的水。調(diào)勻后，加入9Kg市售三氧化二鋁和6Kg粒度小于0.15mm(100目)的石墨電極粉，在混合機中調(diào)混10分鐘，使石墨電極粉均勻沾附在鋯英石顆粒外表面。將上述預(yù)配爐料分次投入電弧爐(規(guī)格100Kg)中，同時分次加入3Kg石墨電極塊(平均尺寸為10-50mm)。在116伏電壓下，以1800安培電流進行熔煉，熔煉溫度為2000℃左右，時間為2小時。然后，繼續(xù)加熱至2340℃左右，此時熔融液表面布滿黑泡，傾爐并以10Kg/cm2高壓空氣流吹成球粒，并在集球室收集之。
所得產(chǎn)品為乳黃色，其中ZrO2含量為90.40%(重量)，SiO2含量為0.73%(重量)、Al2O3含量為9.03%(重量)、Fe2O3含量為0.20%(重量)、TiO2含量為0.49%(重量)。
實施例2在100Kg粒度小于0.2mm精選鋯英石中，邊攪拌邊噴淋0.6Kg的水。調(diào)勻后，加入6Kg粒度小于0.15mm的石墨電極粉，在混合機中調(diào)混10分鐘，使石墨電極粉均勻沾附在鋯英石顆粒外表面。將上述預(yù)配爐料分次投入電弧爐(規(guī)格100kg)中，同時分次加入4Kg石墨電極塊(平均尺寸為10-50mm)。在116伏電壓下，以1800安培電流進行熔煉，熔煉溫度為2000℃左右，時間為2小時。然后，繼續(xù)加熱至2340℃左右，此時熔融液表面布滿黑泡，以10kg/cm2高壓空氣流吹成球粒，并在集球室收集之。
所得產(chǎn)品為金黃色，其中ZrO2含量為98.72%(重量)，SiO2含量為0.37%(重量)、Al2O3含量為0.40%(重量)、Fe2O3含量為0.19%(重量)、TiO2含量為0.40%(重量)。
權(quán)利要求
1.一種以電熔吹球法制造低硅含量、單斜晶型空心球粒狀泡沫二氧化鋯的方法，其特征在于，-在91重量份粒度在0.2mm以下的精選鋯英石中，加入0.3-0.7重量份水，調(diào)勻后加入9重量份氧化鋁助熔劑，再加入6重量份粒度在0.15mm以下的石墨電極粉，將上述混合料在混合機中調(diào)混8-15分鐘；-將上述步驟中調(diào)好的物料分多次投入電弧爐中，同時分多次加入3重量份平均尺寸為10-50mm的石墨電極塊；-在116V電壓下，以1800A電流起弧，使?fàn)t溫達到2000℃左右，熔煉1-2h；-繼續(xù)加溫，在爐溫達到2430℃時傾爐，并以8-10kg/cm2高壓空氣流將熔液吹成球粒，并在集球室中收集之。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，精選鋯英石中所加的水為0.5重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，混合機中調(diào)混的時間為9-11分鐘。
4.一種以電熔吹球法制造低硅含量、單斜晶型空心球粒狀泡沫二氧化硅的方法，其特征在于，-在100重量份鋯英石中加入0.4-0.8重量份水，調(diào)勻后，再加入6重量份粒度小于0.15mm的石墨電極粉，將上述混合物在混合機中調(diào)混8-15分鐘;-將上述步驟中調(diào)配好的物料分多次投入電弧爐中，同時加入4重量份石墨電極塊，該石墨電極塊的平均尺寸為10-50mm;-在116V電壓下，以1800A電流起弧，使?fàn)t溫達到2000℃左右，熔煉1-2h;-繼續(xù)加溫，在爐溫達到2430℃時傾爐，并以8-10Kg/cm2高壓空氣流將熔融液吹成球粒，并在集球室中收集之。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，精選鋯英石中所加的水為0.6重量份。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，混合機中調(diào)混的時間為9-10分鐘。
全文摘要
本發(fā)明方法中，將6重量份石墨電極粉沾附在鋯英石顆粒表面，鋯英石用量為91重量份，助熔劑為9重量份，不用助熔劑時鋯英石為100重量份，上述原料預(yù)配均勻后分次加入爐中，同時分次加入3重量份(不用助熔劑時加入4重量份)石墨電極塊(平均尺寸為10—50mm)，熔煉溫度約為2000℃，時間1—2小時，然后將熔融液加熱到2430℃左右，再傾爐吹球。經(jīng)該方法一次熔煉脫硅，可達到現(xiàn)有技術(shù)中二次熔煉脫硅的效果，故能節(jié)約還原劑用量、減少能耗。不采用助熔劑時，二氧化鋯純度達98％，尤可用作陶瓷釉的色料和技術(shù)陶瓷。
文檔編號C01G25/02GK1099355SQ9411584
公開日1995年3月1日 申請日期1994年8月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月20日
發(fā)明者宋作人, 萬永田, 李起勝 申請人:李起勝