[发明专利]一种高纯度电熔氧化锆的生产方法

说明书

本发明提供了一种高纯度电熔氧化锆的生产方法，涉及氧化锆生产技术领域。本发明以低品位锆英砂或其他含锆原料为主要原料，经熔炼脱硅、除杂、分离等步骤，得到了纯度大于99.5％的高纯电熔氧化锆。本发明提供的生产工艺简单，成本低，实现了以低品位锆英砂或其他含锆原料生产高纯电熔氧化锆的技术效果，极大拓宽了电熔氧化锆的原料来源，具有广泛的应用前景和较大的经济价值。

技术领域

本发明涉及氧化锆生产技术领域，尤其涉及一种高纯度电熔氧化锆的生产方法。

背景技术

氧化锆一般指二氧化锆(ZrO₂)，是锆的主要氧化物，一般应用于陶瓷色料、耐火材料、刹车制动、氧传感器、氧化锆陶瓷及热喷涂等行业。氧化锆大多数用电熔法制取，该方法具备生产工艺简单、环保、生产成本低等优势，被广泛应用在耐火材料、陶瓷色料、制动刹车片等行业，但电熔法一般是利用向电弧炉里面添加还原剂的方法，在高温条件下将锆英砂(主要成分为硅酸锆)中的硅还原成一氧化硅脱离出去的方法制备氧化锆。此过程普遍存在脱硅过程中存在二氧化硅残留并黏附在电极或者炉内溶液中，导致三氧化二铝、二氧化钛等杂质不能被还原去除，从而保留在电熔氧化锆溶液中，导致产品中氧化锆的含量一般只有98.5％左右。

目前，若想通过电熔法制备更高纯度的电熔氧化锆产品，需要使用三氧化二铝、二氧化钛等杂质含量更低的高品位锆英砂，进而导致产品的制备成本大幅增加。公开号为CN102173867A的中国专利采用了球磨、酸洗、煅烧的工艺对电熔氧化锆进行了提纯。公开号为CN104445397B的中国专利采用了在电熔过程中加入卤化铵盐的去杂提纯剂进行去杂提纯，使锆英砂中的硅、铝、钛、钙等杂质转化成高温下自动挥发的化合物逸出，从而达到去杂提纯氧化锆的目的，制得的电熔氧化锆纯度可达到99.9％以上。可见，如何去除电熔氧化锆中的二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛杂质，以低品位锆英砂或者其他含锆材料制备高纯度电熔氧化锆是本领域重点解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种以低品位含锆原料制备高纯度电熔氧化锆的方法，具体包括以下步骤：

(1)熔炼：将含锆原料配入含碳原料后投入到熔炼炉中，在还原气氛下进行熔炼脱硅；

(2)除杂：将熔化后的含锆原料熔液迅速转移到含碱溶液中进行冷却；

本发明利用含碱溶液中的碱与原料中的杂质发生反应，生成可溶性盐类，以实现良好的除杂效果，其中涉及的反应机理(以氢氧化钠为例)如下：

SiO₂+NaOH→Na₂SiO₃+H₂O

Al₂O₃+NaOH→NaAlO₂+H₂O

TiO₂+NaOH→Na₂TiO₃+H₂O

此过程中，若含锆原料熔液已冷却，可通过将其浸泡于碱液中并加热的方式实现除杂效果；

(3)分离：将冷却后的原料进行固液分离，固体部分用水洗涤后得到高纯度电熔氧化锆，滤出的碱液可循环使，多次使用后的碱液可用于制备偏硅酸钠。

进一步地，所述步骤(1)中的含锆原料为低品位锆英砂，其中锆含量为55wt％～66.5wt％。

进一步地，所述步骤(1)中的含碳原料为石墨电极、碳粉、石墨块中的一种或几种。

进一步地，所述步骤(1)中含碳原料的添加量为含锆原料总重量的0％～15％且不为0。

进一步地，所述步骤(1)中的熔炼炉为电弧炉、直流等离子弧电炉、交流等离子弧电炉、感应炉中的一种。