[发明专利]二氧化锆的电熔吹球生产方法

说明书

本发明涉及一种以电熔吹球法生产脱硅二氧化锆的方法。具体地说，本发明涉及一种改进的电弧炉中脱硅富锆制造单斜晶型空心球粒状泡沫二氧化锆的方法。

众所周知，脱硅二氧化锆是制造高锆熔铸锆刚玉耐火材料的必用材料之一，而熔铸锆刚玉耐火制品又是玻璃熔窑必不可少的筑炉材料。此外，随着冶金和高技术陶瓷的发展，对耐火材料的要求也越来越高，以二氧化锆为主体的耐火制品，已日益广泛地用于冶金、陶瓷、电子、磨料等工业。由于二氧化锆通常以锆英石(ZrSiO₄)为原料经热分解而产生，但热分解产物中还含有SiO₂。故而，要制得高纯度的二氧化锆，须除去热解产物中的SiO₂。SiO₂的除去，是利用碳或含碳材料作还原剂，在高温下将SiO₂还原成SiO气体来实现的。法国西普公司和美国康宁公司用电熔吹球法生产的球粒状泡沫二氧化锆中，二氧化锆含量为79-85％。其中，西普公司使用含木炭或石油焦的混合料作还原剂，一次脱硅后的二氧化锆纯度只达78％左右，而且脱硅效果不稳定。一次脱硅后，再用磨细的炭粉脱硅，也只能使纯度提高到80％左右，而且效果也不稳定。中国发明专利申请公开说明书CN1059704A中提出了一种改进的电熔吹球法，该方法工艺简便、脱硅效果稳定可靠，但用该方法制得的单斜晶型空心球粒状泡沫二氧化锆的纯度，也只能稳定在90％以下。

因此，本发明的目的是，提供一种改进的单斜晶型空心球粒状泡沫二氧化锆生产方法，用该方法可制得二氧化锆纯度比上述现有技术更高的产品。

本发明的上述目的是通过合理优选炉料配比、炉料配制操作步骤及严格控制脱硅过程来实现的。具体地说，本发明所涉及方法的改进在于，——在91重量份粒度在0.2毫米以下的精选锆英石中，加入0.3-0.7重量份水，调匀后加入9重量份三氧化二铝助熔剂，再加入6重量份粒度在0.15毫米以下的石墨电极粉，将上述混合料在混合机中调混8-15分钟；——将上述步骤中调好的物料分多次投入电弧炉中，同时分多次加入3重量份平均尺寸为10-50毫米的石墨电极块；——在116伏电压下，以1800安电流起弧，使炉温达到2000℃左右，熔炼1-2小时；——继续加温，在炉温达到2430℃时倾炉，并以8-10公斤/厘米²的高压空气流将熔液吹成球粒，并在集球室中收集之。

在本发明方法中，炉料中的主要原料为精选锆英石，助熔剂为三氧化二铝，二者的重量份分别优选为91和9。采用此比例，既有利于锆英石的熔化过程，又有利于碳使二氧化硅还原的过程，同时又不因助熔剂的使用而引入过多的杂质。

在本发明方法的炉料配制操作中，先在精选锆英石中加入适量水，所用水的量以使锆英石表面湿润，并使还原剂石墨电极粉能均匀包复在锆英石颗粒外表面为度。过量的水会增加成本和能量消耗。因此，用水量以0.3-0.7重量份为宜，优选为0.5重量份。均匀包复在锆英石颗粒表面上的石墨电极粉，能在锆英石熔融后发生热分解时，与热解出来的SiO₂作用，生成一氧化硅(SiO)气体，该气体在高温下从熔体中挥发出来(它在空气中又氧化成SiO₂)，达到脱硅效果。

由于碳本身在高温下接触空气中的氧会被氧化，所以炉料中的碳还原剂须超过化学计算量。但是过量太多，则会生成难以除去或需增加生产成本才能除去的SiC。故此，本发明在碳还原剂的使用形式和使用方式上作了改进，经此改进达到了出乎意料的脱硅效果。具体来说，此改进一方面是将碳还原剂以石墨电极粉形式加到预先配制的炉料中，使之粘附在锆英石表面上。此时，石墨电极粉的用量和粒度分别为6重量份和小于0.15毫米。另一方面是在向炉中投入上述调配好的炉料的同时，将碳还原剂以石墨电极块的形式加到炉内。此时，石墨电极块的用量为3重量份。所用石墨电极块的平均尺寸为10-50毫米，比CN1059704A中所用的平均尺寸(5-40毫米)增大了一些。这样可使石墨电极块不会被迅速燃烧掉，从而减少了用量。本发明方法中只用6重量份石墨电极粉和3重量份石墨电极块，而CN1059704A所记载的现有技术中则约需用13重量份石墨电极块。