СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИ ЧИСТОГО ПЛАВЛЕНОГО ДИОКСИДА ЦИРКОНИЯ ПУТЕМ ДУГОВОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ЦИРКОНА
METHOD FOR PRODUCING TECHNICALLY PURE FUSED ZIRCONIUM DIOXIDE BY ARC DECOMPOSITION OF ZIRCON

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к производству плавленых огнеупорных материалов, конкретно к дуговому разложения концентрата циркона и получению плавленого диоксида циркония технической чистоты, который используются для производства огнеупорных изделий и/или для получения чистого диоксида циркония путем отмывки в кислоте или щелочи.
Известен способ разложения концентрата циркона по GB №1389585, C01G 25/02, С22В 1/00, 03.04.1975 г. и «Разработка и исследование высокочастотной индукционной плазменной установки мощностью 1 МВА для новой технологии получения диоксида циркония из цирконового концентрата.» А.Б. Лисафин. / Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., МИСиС, Москва, 2017 г., в котором концентрат циркона разлагают в плазменном реакторе специальной конструкции и получают материал, состоящий из 67-70% диоксида циркония и 30-33% оксида кремния, который затем отмывают в кислоте или щелочи. Данный способ позволяет получать химически чистый диоксид циркония с содержанием основного компонента 98-99%, однако требует большого расхода кислоты и/или щелочи, поскольку необходимо отмыть порядка 30-33% оксида кремния. Кроме этого, требуется утилизация соединений оксида кремния с кислотами или щелочами, что также повышает затраты на производство диоксида циркония. Этим способом можно получить и технически чистый диоксид циркония с содержанием основного компонента 91-95%, путем не полной отмывки оксида кремния, однако это не применяется из-за высоких затрат.
Также известен способ разложения концентрата циркония по «Карботермическое разложение циркона в дуговой печи». В.А. Соколов. / Новые огнеупоры - 2005 г. №4, с. 78-81, «Плавка циркона в электродуговой печи - метод получения огнеупорных материалов и сырьевых полуфабрикатов». В.А. Соколов. / Новые огнеупоры - 2014 г. №5, с. 8-10., в котором концентрат циркония разлагают при дуговой плавки в присутствии кокса. Данный способ позволяет получить грязный плавленый материал с содержанием диоксида циркония 80-85,9% и оксида кремния 10-17%, который затем дробят и отмывают в кислоте или щелочи. Этот способ требует меньших затрат кислоты или щелочи и меньших затрат на утилизацию соединений кремния, однако требует больших энергозатрат на плавку, в результате суммарные затраты оказываются очень высокими.
Наиболее близким (прототипом) является способ разложения концентрата циркония по «Карботермическое разложение циркона в дуговой печи». В.А. Соколов. / Новые огнеупоры - 2005 г. №4, стр. 80, в котором предлагается сперва создать ванну цирконового расплава, а затем загружать шихту с коксом для плавления. При введении 10% кокса в шихту удалось получить грязный плавленый материал с содержанием диоксид циркония 85,9% и оксида кремния 10,9%. При этом отмечается, что плавка проходила с большими трудностями и температура сливаемого расплава составляла 1900-1950 град. С. Как затем сообщается в литературе (4, стр. 9), использование для плавления шихты на основе цирконового концентрата с добавками 3-5% соды позволило значительно повысить технологичность электроплавки и литья расплава с получением плавленых бадделеито-кремнеземистых материалов.
Основными недостатками известных способов получения диоксида циркония путем термического разложения циркона, как в плазме так и при дуговой плавки, являются получение грязного материала с низким содержанием диоксида циркония от 63 до 86%. и большие затраты на отмывку диоксида циркония от оксида кремния,
Задачей изобретения является - получение технически чистого плавленого диоксида циркония путем дугового разложения циркона на расплаве диоксида циркония и удаления оксида кремния восстановителем не загрязняющим плавленый материал.
Для решения поставленной задачи и получения технического чистого плавленого диоксида циркония, первоначально получают ванну расплава диоксида циркония, а затем в нее добавляют небольшими порциями шихту циркона с восстановителем, при следующих соотношениях компонентов:
концентрат циркона КЦП
82-92%
кокс доменный КД-2, фракции 8-1 мм
6-8%
опилки древесные, фракции 20-0 мм
2-10%
Сущность изобретения состоит в том, что легко плавкий циркон (температура плавления 1900 Град. С) совместно с восстановителем подают в ванну расплава диоксида циркония (температура плавления 2400 Град. С) где он разлагается на диоксид циркония и диоксид кремния который восстанавливается до газообразного оксида кремния, который либо улетает либо окисляется за счет воздуха до диоксида кремния и снова возвращается в расплав пачкая диоксид циркония. Использование в качестве восстановителя смесь кокса и древесных опилок позволяет коксу восстанавливать диоксид кремния до газообразного оксида кремния а древесные опилки, сгорая над расплавом создают восстановительную атмосферу, которая препятствует газообразному оксиду кремния окисляться до диоксида кремния и пачкать расплав. От сгорания древесных опилок помимо углекислого газа образуется углерод, который также вступает в реакцию восстановления диоксида кремния. Таким образом, удается получит технически чистый плавленый диоксид циркония с содержанием диоксид циркония 94-98% и с содержанием диоксида кремния порядка 2-6%. А чтобы снизить содержание углерода и карбида в плавленом диоксиде циркония процесс плавления шихты ведут в окислительных условиях открытой дугой, а расплав дополнительно окисляют сливая его из печи в изложницу.
Данный способ осуществляли следующим образом. Смешивали 82-92% концентрата циркона марки КЦП, содержащего 65% диоксида циркония и 33% диоксида кремния, с 6-8% кокса КД-2 фракции 8-1 мм и 2-10% опилок фракции 20-0 мм, Полученную шихту в количестве 500 кг загружали порциями в электродуговую печь РКЗ-1 (установленная мощность печного трансформатора 1250 кВА), где заранее была получена ванна расплава технически чистого диоксида циркония и плавили при рабочем напряжении 133 В и фазном токе 2,4-2,9 кА в течении 3-4 часов, затем печь наклоняли и 325 кг расплава сливали в футерованную изложницу.
Указанного количества кокса хватало для восстановления 30-33% диоксида кремния до оксида кремния и его возгонки, а указанное количество опилок хватало для создания восстановительной атмосферы над расплавом, что препятствовало обратному окислению оксида кремния до диоксида и загрязнению расплава.
Данного напряжения было достаточно для получения открытой дуги и окислительных условий плавки, а слив расплава в изложницу обеспечивал его дополнительное окисление. Все перечисленные мероприятия позволили получить технически чистый плавленый диоксид циркония с содержанием основного компонента 96-98%. из концентрата циркона дуговой плавкой без применения химического обогащения.
Полученный плавленый материал имел желтовато-коричневый цвет и моноклинную структуры с 4-5% кубической фазы. После охлаждения и измельчения плавленый материал использовали как плавленый технически чистый диоксид циркония слабо стабилизированный для добавки в огнеупорные изделия или дальнейшей переработки взамен бадделеитового концентрата.
Таким образом, предложенный способ дугового разложения концентрата циркона позволяет получить технически чистый плавленый диоксида циркония с содержанием основного компонента 96-98%, который можно использовать вместо дефицитного бадделеитового концентрата прямо или после соответствующей доработки.