一種采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法
【專利摘要】本發明涉及一種采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,通過將鋯英砂電熔脫硅及在熔融狀態下采用包含鹵化銨鹽的去雜提純劑進行去雜提純,使鋯英砂中的硅、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,制得的電熔氧化鋯純度可達到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,價格低廉,而且反應產生的尾氣為鹵化物、氨氣和水的混合物,后續可通過氨氣回收工藝以降低尾氣排放量并制取反應所需的鹵化銨鹽,從而大大降低了尾氣處理成本,減少了環境污染,提高了原料利用率,進一步推動了電熔法制備高純度二氧化鋯的發展。
【專利說明】一種采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法
[0001 ] 本案是以申請日為2014-12-05,申請號為201410738328.3,名稱為“一種電熔氧化鋯的制備方法”的發明專利為母案而進行的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及無機材料技術領域,具體說是一種采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法。
【背景技術】
[0003]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范圍,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】
[0004]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產品純度可達99.9 %以上的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法。
[0005]為了解決上述技術問題,本發明采用的技術方案為:
[0006]—種采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻后加入電弧爐內進行脫硅反應,脫硅反應完成后,向熔體中加入包含鹵化銨鹽的去雜提純劑繼續保溫反應4min以上出爐,得到電熔氧化鋯;
[0007]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Iwt %。
[0008]本發明的有益效果在于:通過將鋯英砂電熔脫硅及在熔融狀態下采用包含鹵化銨鹽的去雜提純劑進行去雜提純,使鋯英砂中的硅、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,制得的電熔氧化鋯純度可達到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,價格低廉,而且反應產生的尾氣為鹵化物、氨氣和水的混合物,后續可通過氨氣回收工藝以降低尾氣排放量并制取反應所需的鹵化銨鹽,從而大大降低了尾氣處理成本,減少了環境污染,提高了原料利用率,進一步推動了電熔法制備高純度二氧化鋯的發展。
【具體實施方式】
[0009]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。
[0010]本發明最關鍵的構思在于:利用氧化鋯中微量的鋁、硅、鈦、鈣等氧化物雜質與鹵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鹵酸溶液中進行凈化收氨,達到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應的鹵化銨鹽晶種,促進結晶,結晶生成的鹵化銨鹽收集重復利用。
[0011]鹵化銨鹽與氧化鋯中的鋁、硅、鈦、鈣等氧化物雜質的反應過程如下:
[0012]Al203+6NH4X^2A1F3T+6NH3T+3H20T
[0013]Ti02+4NH4X^TiF4T+4NH3T+2H20T
[0014]Si02+4NH4X^SiF4T+4NH3T+2H20T
[0015]Ca0+2NH4X^CaF2T+2NH3T+H20T
[0016]生成的化合物全部以氣態形式揮發與氧化鋯分離。
[0017]具體的,本發明提供的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,包括將鋯英砂與碳素還原劑混勻后加入電弧爐內進行脫硅反應,脫硅反應完成后,向熔體中加入包含鹵化銨鹽的去雜提純劑繼續保溫反應4min以上出爐,得到電熔氧化鋯;
[0018]所述鹵化銨鹽選自NH4F、NH4Cl、NH4Br、NM和NH4At中的一種或多種,所述鹵化銨鹽中的鹵素含量彡Iwt %。
[0019]從上述描述可知,本發明的有益效果在于:通過將鋯英砂電熔脫硅及在熔融狀態下采用包含鹵化銨鹽的去雜提純劑進行去雜提純,使鋯英砂中的硅、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,制得的電熔氧化鋯純度可達到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,價格低廉,而且反應產生的尾氣為鹵化物、氨氣和水的混合物,后續可通過氨氣回收工藝以降低尾氣排放量并制取反應所需的鹵化銨鹽,從而大大降低了尾氣處理成本,減少了環境污染,提高了原料利用率,進一步推動了電熔法制備高純度二氧化鋯的發展。
[0020]進一步的,所述鋯英砂為二氧化鋯含量多65^%的鋯英砂,所述碳素還原劑選自石墨電極、石油焦、瀝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?11:1。
[0021]進一步的,所述電弧爐的電壓為110?270V,電流為5?16KA。
[0022]進一步的,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。
[0023]進一步的,所述去雜提純劑的加入量為熔體質量的I?5%。
[0024]進一步的,所述保溫反應的時間為4?15min。
[0025]進一步的,保溫反應過程中產生的尾氣通入氫鹵酸溶液中進行回收氨氣,回收產生的鹵化銨鹽通過結晶從氫鹵酸溶液中析出以重復利用。
[0026]進一步的,當氫鹵酸溶液中的鹵化錢鹽濃度接近飽和濃度時,向氫鹵酸溶液中加入相應的鹵化銨鹽晶種來促進結晶。
[0027]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。
[0028]實施例1
[0029]1、將NH4F與磨細的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進行壓塊;
[0030]2、將65%品位的原料鋯英砂1000kg配入10kg石墨電極后加入電弧爐內,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硅反應。脫硅完成后,向Zr02恪體中加入事先壓制好的鹵化錢鹽與脫娃錯粉的混合物30kg,恪煉4min充分反應,使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離,然后傾倒出爐;
[0031 ] 3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進行凈化收氨,達到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應的銨鹽晶種,促進結晶,結晶生成鹵化銨鹽收集重復利用;
[0032]4、待出爐ZrO2冷卻后,進行破碎精加工,經檢測,得到純度99.9 %?99.95 %的ZrO2成品。
[0033]實施例2
[0034]1、將NH4Cl與磨細的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進行壓塊;
[0035]2、將65%品位的原料鋯英砂1000kg配入10kg由石墨電極、石油焦、瀝青焦和木炭組成的混合物后加入電弧爐內,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硅反應。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,使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離,然后傾倒出爐;
[0036]3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進行凈化收氨,達到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應的銨鹽晶種,促進結晶,結晶生成鹵化銨鹽收集重復利用;
[0037]4、待出爐ZrO2冷卻后,進行破碎精加工,經檢測,得到純度99.9 %?99.95 %的ZrO2成品。
[0038]實施例3
[0039]1、將NH4Br與磨細的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進行壓塊;
[0040]2、將65%品位的原料鋯英砂1000kg配入10kg石油焦后加入電弧爐內,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。脫娃完成后,向Zr〇2恪體中加入事先壓制好的鹵化錢鹽與脫娃錯粉的混合物30kg,恪煉1min充分反應,使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離,然后傾倒出爐;
[0041 ] 3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進行凈化收氨,達到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應的銨鹽晶種,促進結晶,結晶生成鹵化銨鹽收集重復利用;
[0042]4、待出爐ZrO2冷卻后,進行破碎精加工,經檢測,得到純度99.9 %?99.95 %的ZrO2成品。
[0043]實施例4
[0044]1、將NH4Cl、NH4l和NH4At的混合物與磨細的脫硅氧化鋯粉按重量比1:1混合均勻后進行壓塊;
[0045]2、將65%品位的原料鋯英砂1000kg配入10kg石油焦后加入電弧爐內,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,使生成化合物以氣態形式揮發與氧化鋯分離,然后傾倒出爐;
[0046]3、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進行凈化收氨,達到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應的銨鹽晶種,促進結晶,結晶生成鹵化銨鹽收集重復利用;
[0047]4、待出爐ZrO2冷卻后,進行破碎精加工,經檢測,得到純度99.9 %?99.95 %的ZrO2成品。
[0048]實施例5
[0049]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,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。脫娃完成后,向ZrO2熔體中加入NH4Cl 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,然后傾倒出爐;
[0050]2、將尾氣通入氫鹵酸溶液中進行凈化收氨,達到一定濃度后向氫鹵酸溶液中添加相應的銨鹽晶種,促進結晶,結晶生成鹵化銨鹽收集重復利用;
[0051 ] 3、待出爐ZrO2冷卻后,進行破碎精加工,經檢測,得到純度99.9 %?99.95 %的ZrO2成品。
[0052]以上所述僅為本發明的實施例,并非因此限制本發明的專利范圍,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范圍內。
【主權項】
1.一種采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,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進行脫硅反應,脫硅反應完成后,向ZrO2熔體中加入包含鹵化銨鹽的去雜提純劑繼續保溫反應4min以上出爐,得到電熔氧化錯; 所述鹵化銨鹽為NH4F、NH4C1、NH4Br或NH4C1、NM和NH4At的混合物,所述鹵化銨鹽中的齒素含量彡lwt% ; 所述鋯英砂為二氧化鋯含量多65^%的鋯英砂,所述碳素還原劑選自石墨電極、石油焦、瀝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= 10:1; 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。2.根據權利要求1所述的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,其特征在于:所述電弧爐的電壓為110?270V,電流為5?16KA。3.根據權利要求1所述的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,其特征在于:所述去雜提純劑的加入量為熔體質量的I?5%。4.根據權利要求1所述的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,其特征在于:所述保溫反應的時間為4?15min。5.根據權利要求1所述的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,其特征在于:保溫反應過程中產生的尾氣通入氫鹵酸溶液中進行回收氨氣,回收產生的鹵化銨鹽通過結晶從氫鹵酸溶液中析出以重復利用。6.根據權利要求5所述的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,其特征在于:當氫鹵酸溶液中的鹵化銨鹽濃度接近飽和濃度時,向氫鹵酸溶液中加入相應的鹵化銨鹽晶種來促進結晶。7.根據權利要求1所述的采用鋯英砂制備得到高純度電熔氧化鋯的方法,其特征在于: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】C01G35/02GK106082339SQ201610409571
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2014年12月5日
【發明人】包曉剛, 葉旦旺, 胡天喜, 葉成清, 范志強
【申請人】三祥新材股份有限公司