电熔氧化锆规模化生产的新工艺

潘小龙

新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830011

1 技术方案概述

与传统的生产工艺相比，新工艺生产出的电熔氧化锆产品，不仅能有效提高产品的纯度，还能减少污染物质的排放，并且已经形成规模化的生产方式。新生产工艺需要使用电炉，将高电压降至用于生产的范围内，同时向电炉内通入高电流，在电流的作用下，释放电流的电极会形成电弧，此时电弧处在高温度状态，可以快速熔化生产原料，原料在熔化状态，有助于原料中不同物质产生化学反应。在原料完成生产后，需要将产生的溶体从电炉内排出，对排出的物质进行冷却、破碎以及分级等操作，最后存储合格的产品[1]。

2 详细技术特点

2.1 熔炼过程的控制技术

在电炉内原料在熔炼状态时，主要产生以下化学反应，ZrSiO4→ ZrO2+SiO2、SiO2+C→ SiO↑ +CO↑、SiO+1/2O2→SiO2。原料在电炉内，受到高温电弧的加热作用后，随着加热温度的升高，若温度升高至1540℃时，原料进入到分解状态，并且温度持续上升，原料分解量不断增加，主要为氧化锆和二氧化硅等物质，其中二氧化硅与碳反应，生产一氧化碳和一氧化硅。此时一氧化硅气体不断产生，会与氧气反应，最终生产二氧化硅。为减少二氧化硅的生成量，若在上述反应中放入复合添加剂，不仅有效降低电炉内的反应温度，还能使出现的逆反应转变为正反应。此外加入的复合添加剂，可以快速分解原料，使原料内的物质与还原剂反应，最终生成锆液，此时生成的锆液纯度较高。

对使用的原料进行预热焙烧，选用的原料以锆英砂为主，在完成预热焙烧后，进入到自行冷却状态，此时形成炉衬，形成过程称为自焙炉衬技术。该技术焙烧锆英砂原料时，即便在较高的焙烧温度，锆英砂仍能处在稳定的状态，随后加入添加剂和锆砂，并且在电炉的周围，架设水冷系统，以便控制电炉内的温度，快速降低熔合状态锆英石的温度，使锆英石凝结在炉膛上，在炉膛上会形成质地均匀的炉衬。形成的炉衬，都是由高纯度的硅酸锆组成，在电熔氧化锆生产过程中，有效避免Al等粒子进入到锆液中，从而提高电熔氧化锆产品的质量[2]。

2.2 窄粒度分布的可控超细粉碎分级

粉体的颗粒粒径、颗粒分布范围，均为影响粉体技术指标的主要因素，许多领域对窄粒度的分布均有不同的要求，但是将窄粒度分布控制在较窄的范围，有助于提升电熔氧化锆的产品质量。现阶段采用的粉体破碎技术，可以将氧化锆的粒度控制在较窄的范围内，有助于提高色料的稳定性，使色料鲜艳程度更加明显。许多企业在生产电熔氧化锆时，粉碎氧化锆使用的设备，需要设备具备良好的分布功能，保证氧化锆充分的粉碎，使窄粒度控制在较窄的范围。在生产中一般将窄粒度控制在2-14μm范围内，为缩小氧化锆粒度范围，对原有的粉碎装置进行改良，配置进风系统和分级控制系统，氧化锆进入到装置中，在以上系统的作用下，按照粒径的大小进行分级，并控制粒径的范围，避免原料中超细粉进入到电炉内，通常去除粒径小于2um的原料，若粒径超过14um，仍能有效去除。某企业对粉碎技术进行对比，按照粉碎料相对分布范围，不同原料的粉碎效果不同。若原料为D10，新技术粉碎分布范围为1.86，传统技术为1.23，D50原料新技术分布范围为5.82，传统技术为5.74，D98原料新技术分布范围为12.94，传统技术为14.59。通过对比发现，若粉碎D50原料，新技术可将原料的分布控制在较小的范围，有利于提高电熔氧化锆质量，扩大电熔氧化锆色料范围。

2.3 副产品的高效回收

在原料的熔炼过程中，会产生较多的SiO气体，该气体与空气中的氧气反应，产生SiO2，若在传统的生产工艺中，产生的SiO2气体会进入到大气中，对空气造成严重的污染。在对排放的气体研究时，生成的二氧化硅气体中，含有较多的硅微粉，并且硅微粉具有高活性特点，回收硅微粉，利用硅微粉可提高电熔氧化锆的生产效率。某设计单位对传统的气体排放技术进行改良，有效减少硅微粉的排放量。将电熔氧化锆生产过程产生的副产品进行回收，并且回收纯度超过98%，在多个领域生产产品时，使用硅微粉可提高产品的耐火性能，尤其是陶瓷、冶金等产品，可显著提高产品的经济价值[3]。

3 应用

在我国生产电熔氧化锆产品时，借助创新工艺建立规模化生产体系，有效提高产品的质量，并且产品质量稳定，在化学纯度、粒度分布等方面具有的优势，已经广泛使用在陶瓷、耐火材料等生产领域。此外该生产工艺成本较低，与氯化法、碱熔法等方法相比，生产一吨电熔氧化锆使用新工艺，会减少一万元的生产成本，极大缓解下游企业的生产压力，使企业生产出的产品具备较强的市场竞争能力。该方法在生产电熔氧化锆时，会减少废气、废水的排放，或者实现零排放，不仅有效保护生态环境不受污染，还能节约环保成本，促进企业可持续发展。

与发达国家相比，我国辽宁营口已经建立世界一流的电熔氧化锆生产企业，每年单斜电熔氧化锆产量为10000吨，半稳定性氧化锆为5000吨，并且具备与世界发达国家生产的产品竞争能力，在国际市场中受到青睐。

4 结语

综上所述，与传统生产工艺相比，电熔氧化锆新的生产工艺，不仅有效提高副产品的利用率，为企业创造更多的经济效益，还能减少污染物质的排放，尤其是二氧化硅气体的排放，最大程度保护生态环境，同时减少企业环保成本。现阶段我国对电熔氧化锆需求不断增加，每年需求量超过3×104t，同时国际市场需求量也不断增加，积极推广新的生产工艺，有助于推动我国电熔氧化锆行业的发展。