潘小龍

新特能源股份有限公司 新疆烏魯木齊 830011

1 技術方案概述

與傳統(tǒng)的生產工藝相比，新工藝生產出的電熔氧化鋯產品，不僅能有效提高產品的純度，還能減少污染物質的排放，并且已經形成規(guī)?；纳a方式。新生產工藝需要使用電爐，將高電壓降至用于生產的范圍內，同時向電爐內通入高電流，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)，可以快速熔化生產原料，原料在熔化狀態(tài)，有助于原料中不同物質產生化學反應。在原料完成生產后，需要將產生的溶體從電爐內排出，對排出的物質進行冷卻、破碎以及分級等操作，最后存儲合格的產品[1]。

2 詳細技術特點

2.1 熔煉過程的控制技術

在電爐內原料在熔煉狀態(tài)時，主要產生以下化學反應，ZrSiO4→ ZrO2+SiO2、SiO2+C→ SiO↑ +CO↑、SiO+1/2O2→SiO2。原料在電爐內，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，其中二氧化硅與碳反應，生產一氧化碳和一氧化硅。此時一氧化硅氣體不斷產生，會與氧氣反應，最終生產二氧化硅。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的反應溫度，還能使出現(xiàn)的逆反應轉變?yōu)檎磻?。此外加入的復合添加劑，可以快速分解原料，使原料內的物質與還原劑反應，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。該技術焙燒鋯英砂原料時，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)，以便控制電爐內的溫度，快速降低熔合狀態(tài)鋯英石的溫度，使鋯英石凝結在爐膛上，在爐膛上會形成質地均勻的爐襯。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品的質量[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，均為影響粉體技術指標的主要因素，許多領域對窄粒度的分布均有不同的要求，但是將窄粒度分布控制在較窄的范圍，有助于提升電熔氧化鋯的產品質量。現(xiàn)階段采用的粉體破碎技術，可以將氧化鋯的粒度控制在較窄的范圍內，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。在生產中一般將窄粒度控制在2-14μm范圍內，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，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，新技術粉碎分布范圍為1.86，傳統(tǒng)技術為1.23，D50原料新技術分布范圍為5.82，傳統(tǒng)技術為5.74，D98原料新技術分布范圍為12.94，傳統(tǒng)技術為14.59。通過對比發(fā)現(xiàn)，若粉碎D50原料，新技術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量，擴大電熔氧化鋯色料范圍。

2.3 副產品的高效回收

在原料的熔煉過程中，會產生較多的SiO氣體，該氣體與空氣中的氧氣反應，產生SiO2，若在傳統(tǒng)的生產工藝中，產生的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效率。某設計單位對傳統(tǒng)的氣體排放技術進行改良，有效減少硅微粉的排放量。將電熔氧化鋯生產過程產生的副產品進行回收，并且回收純度超過98%，在多個領域生產產品時，使用硅微粉可提高產品的耐火性能，尤其是陶瓷、冶金等產品，可顯著提高產品的經濟價值[3]。

3 應用

在我國生產電熔氧化鋯產品時，借助創(chuàng)新工藝建立規(guī)?；a體系，有效提高產品的質量，并且產品質量穩(wěn)定，在化學純度、粒度分布等方面具有的優(yōu)勢，已經廣泛使用在陶瓷、耐火材料等生產領域。此外該生產工藝成本較低，與氯化法、堿熔法等方法相比，生產一噸電熔氧化鋯使用新工藝，會減少一萬元的生產成本，極大緩解下游企業(yè)的生產壓力，使企業(yè)生產出的產品具備較強的市場競爭能力。該方法在生產電熔氧化鋯時，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，我國遼寧營口已經建立世界一流的電熔氧化鋯生產企業(yè)，每年單斜電熔氧化鋯產量為10000噸，半穩(wěn)定性氧化鋯為5000噸，并且具備與世界發(fā)達國家生產的產品競爭能力，在國際市場中受到青睞。

4 結語

綜上所述，與傳統(tǒng)生產工藝相比，電熔氧化鋯新的生產工藝，不僅有效提高副產品的利用率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益，還能減少污染物質的排放，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，積極推廣新的生產工藝，有助于推動我國電熔氧化鋯行業(yè)的發(fā)展。