電熔氧化鋯規(guī)模化生產(chǎn)的新工藝

潘小龍

新特能源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830011

1 技術(shù)方案概述

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝相比，新工藝生產(chǎn)出的電熔氧化鋯產(chǎn)品，不僅能有效提高產(chǎn)品的純度，還能減少污染物質(zhì)的排放，并且已經(jīng)形成規(guī)模化的生產(chǎn)方式。新生產(chǎn)工藝需要使用電爐，將高電壓降至用于生產(chǎn)的范圍內(nèi)，同時向電爐內(nèi)通入高電流，在電流的作用下，釋放電流的電極會形成電弧，此時電弧處在高溫度狀態(tài)，可以快速熔化生產(chǎn)原料，原料在熔化狀態(tài)，有助于原料中不同物質(zhì)產(chǎn)生化學反應。在原料完成生產(chǎn)后，需要將產(chǎn)生的溶體從電爐內(nèi)排出，對排出的物質(zhì)進行冷卻、破碎以及分級等操作，最后存儲合格的產(chǎn)品[1]。

2 詳細技術(shù)特點

2.1 熔煉過程的控制技術(shù)

在電爐內(nèi)原料在熔煉狀態(tài)時，主要產(chǎn)生以下化學反應，ZrSiO4→ ZrO2+SiO2、SiO2+C→ SiO↑ +CO↑、SiO+1/2O2→SiO2。原料在電爐內(nèi)，受到高溫電弧的加熱作用后，隨著加熱溫度的升高，若溫度升高至1540℃時，原料進入到分解狀態(tài)，并且溫度持續(xù)上升，原料分解量不斷增加，主要為氧化鋯和二氧化硅等物質(zhì)，其中二氧化硅與碳反應，生產(chǎn)一氧化碳和一氧化硅。此時一氧化硅氣體不斷產(chǎn)生，會與氧氣反應，最終生產(chǎn)二氧化硅。為減少二氧化硅的生成量，若在上述反應中放入復合添加劑，不僅有效降低電爐內(nèi)的反應溫度，還能使出現(xiàn)的逆反應轉(zhuǎn)變?yōu)檎磻４送饧尤氲膹秃咸砑觿梢钥焖俜纸庠希乖蟽?nèi)的物質(zhì)與還原劑反應，最終生成鋯液，此時生成的鋯液純度較高。

對使用的原料進行預熱焙燒，選用的原料以鋯英砂為主，在完成預熱焙燒后，進入到自行冷卻狀態(tài)，此時形成爐襯，形成過程稱為自焙爐襯技術(shù)。該技術(shù)焙燒鋯英砂原料時，即便在較高的焙燒溫度，鋯英砂仍能處在穩(wěn)定的狀態(tài)，隨后加入添加劑和鋯砂，并且在電爐的周圍，架設水冷系統(tǒng)，以便控制電爐內(nèi)的溫度，快速降低熔合狀態(tài)鋯英石的溫度，使鋯英石凝結(jié)在爐膛上，在爐膛上會形成質(zhì)地均勻的爐襯。形成的爐襯，都是由高純度的硅酸鋯組成，在電熔氧化鋯生產(chǎn)過程中，有效避免Al等粒子進入到鋯液中，從而提高電熔氧化鋯產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。

2.2 窄粒度分布的可控超細粉碎分級

粉體的顆粒粒徑、顆粒分布范圍，均為影響粉體技術(shù)指標的主要因素，許多領(lǐng)域?qū)φ６鹊姆植季胁煌囊螅菍⒄６确植伎刂圃谳^窄的范圍，有助于提升電熔氧化鋯的產(chǎn)品質(zhì)量。現(xiàn)階段采用的粉體破碎技術(shù)，可以將氧化鋯的粒度控制在較窄的范圍內(nèi)，有助于提高色料的穩(wěn)定性，使色料鮮艷程度更加明顯。許多企業(yè)在生產(chǎn)電熔氧化鋯時，粉碎氧化鋯使用的設備，需要設備具備良好的分布功能，保證氧化鋯充分的粉碎，使窄粒度控制在較窄的范圍。在生產(chǎn)中一般將窄粒度控制在2-14μm范圍內(nèi)，為縮小氧化鋯粒度范圍，對原有的粉碎裝置進行改良，配置進風系統(tǒng)和分級控制系統(tǒng)，氧化鋯進入到裝置中，在以上系統(tǒng)的作用下，按照粒徑的大小進行分級，并控制粒徑的范圍，避免原料中超細粉進入到電爐內(nèi)，通常去除粒徑小于2um的原料，若粒徑超過14um，仍能有效去除。某企業(yè)對粉碎技術(shù)進行對比，按照粉碎料相對分布范圍，不同原料的粉碎效果不同。若原料為D10，新技術(shù)粉碎分布范圍為1.86，傳統(tǒng)技術(shù)為1.23，D50原料新技術(shù)分布范圍為5.82，傳統(tǒng)技術(shù)為5.74，D98原料新技術(shù)分布范圍為12.94，傳統(tǒng)技術(shù)為14.59。通過對比發(fā)現(xiàn)，若粉碎D50原料，新技術(shù)可將原料的分布控制在較小的范圍，有利于提高電熔氧化鋯質(zhì)量，擴大電熔氧化鋯色料范圍。

2.3 副產(chǎn)品的高效回收

在原料的熔煉過程中，會產(chǎn)生較多的SiO氣體，該氣體與空氣中的氧氣反應，產(chǎn)生SiO2，若在傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝中，產(chǎn)生的SiO2氣體會進入到大氣中，對空氣造成嚴重的污染。在對排放的氣體研究時，生成的二氧化硅氣體中，含有較多的硅微粉，并且硅微粉具有高活性特點，回收硅微粉，利用硅微粉可提高電熔氧化鋯的生產(chǎn)效率。某設計單位對傳統(tǒng)的氣體排放技術(shù)進行改良，有效減少硅微粉的排放量。將電熔氧化鋯生產(chǎn)過程產(chǎn)生的副產(chǎn)品進行回收，并且回收純度超過98%，在多個領(lǐng)域生產(chǎn)產(chǎn)品時，使用硅微粉可提高產(chǎn)品的耐火性能，尤其是陶瓷、冶金等產(chǎn)品，可顯著提高產(chǎn)品的經(jīng)濟價值[3]。

3 應用

在我國生產(chǎn)電熔氧化鋯產(chǎn)品時，借助創(chuàng)新工藝建立規(guī)模化生產(chǎn)體系，有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，在化學純度、粒度分布等方面具有的優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛使用在陶瓷、耐火材料等生產(chǎn)領(lǐng)域。此外該生產(chǎn)工藝成本較低，與氯化法、堿熔法等方法相比，生產(chǎn)一噸電熔氧化鋯使用新工藝，會減少一萬元的生產(chǎn)成本，極大緩解下游企業(yè)的生產(chǎn)壓力，使企業(yè)生產(chǎn)出的產(chǎn)品具備較強的市場競爭能力。該方法在生產(chǎn)電熔氧化鋯時，會減少廢氣、廢水的排放，或者實現(xiàn)零排放，不僅有效保護生態(tài)環(huán)境不受污染，還能節(jié)約環(huán)保成本，促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

與發(fā)達國家相比，我國遼寧營口已經(jīng)建立世界一流的電熔氧化鋯生產(chǎn)企業(yè)，每年單斜電熔氧化鋯產(chǎn)量為10000噸，半穩(wěn)定性氧化鋯為5000噸，并且具備與世界發(fā)達國家生產(chǎn)的產(chǎn)品競爭能力，在國際市場中受到青睞。

4 結(jié)語

綜上所述，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，電熔氧化鋯新的生產(chǎn)工藝，不僅有效提高副產(chǎn)品的利用率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益，還能減少污染物質(zhì)的排放，尤其是二氧化硅氣體的排放，最大程度保護生態(tài)環(huán)境，同時減少企業(yè)環(huán)保成本。現(xiàn)階段我國對電熔氧化鋯需求不斷增加，每年需求量超過3×104t，同時國際市場需求量也不斷增加，積極推廣新的生產(chǎn)工藝，有助于推動我國電熔氧化鋯行業(yè)的發(fā)展。