[发明专利]一种高纯氧化锆轻质耐火骨料及其制备方法

说明书

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种高纯氧化锆耐火材料原料及其制备方法。提出的一种高纯氧化锆耐火轻质骨料的粒度为大于等于0.3mm小于等于5mm，以立方相C‑ZrO₂为主晶相；高纯氧化锆耐火轻质骨料是一种采用烧结工艺制备的原料，其1650℃重烧后质量变化率为‑0.3%~0.3%；高纯氧化锆耐火轻质骨料中立方相C‑ZrO₂的质量百分比大于等于70%。本发明的骨料化学纯度高、体积密度可控、微观结构为多气孔，烧结活性高，制备方法可操作性强、设备投入小、能耗低、成品率高。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种高纯氧化锆耐火材料原料及其制备方法。

背景技术

二氧化锆熔点高达2715℃，以其为主要原料制备的氧化锆耐火材料具有高温下化学性质稳定、使用温度超高（可达2400℃以上）、氧化或还原气氛下均可使用等诸多优点，是目前可工业化生产和应用的最为成熟的超高温领域用耐火材料。其中，高温隔热是氧化锆耐火材料的主要功能之一。高纯氧化锆隔热耐火制品通常是以氧化锆骨料和以氧化锆为主要原料的细粉、微粉等构成的基质组成的，经液体粘稠状临时性结合剂结合，压制成型后，经高温烧成的耐火制品。为提高其隔热性能，目前通常采用氧化锆空心球为骨料制备氧化锆隔热耐火制品。

氧化锆晶体具有单斜、四方、立方3种晶体结构，这3种晶体结构随温度变化发生可逆的转变，且晶体结构的转变伴随着较大的体积变化；纯氧化锆在自然环境下为单斜相，当被加热到1100~1200℃则转换为四方相，产生体积收缩,而当温度再降低过程950—100℃四方相又会转变成单斜相，产生极大的体积膨胀（体积膨胀量约4.7%）；这种相转变过程造成纯氧化锆制品的碎裂乃至粉化；因而，纯氧化锆耐火材料几乎无法生产和使用；在氧化锆中添加稳定剂，高温下稳定剂中的金属离子进入氧化锆晶格，时期低温下仍能保持立方相或四方相（稳定相），通常的稳定剂为氧化钙、氧化镁、氧化钇、氧化铈等；另外，工业氧化锆原料由矿物制备过程中常伴生有二氧化铪。因而，氧化锆耐火材料主要化学成分为ZrO₂、HfO₂、以及稳定剂CaO、MgO、Y₂O₃、CeO₂等。

氧化锆空心球的制备工艺为电熔法——将单斜氧化锆粉料和稳定剂粉料混匀后在三相电弧炉内经3000℃左右的高温，使氧化锆和稳定剂充分熔融和溶解，倾倒熔体时通过压缩空气喷吹，使熔体在冷却中表面张力作用下形成具有中空结构的氧化锆空心球颗粒，后筛分、除杂等工序，即得电熔稳定氧化锆空心球骨料。电熔法制备氧化锆空心球骨料操作简便、流程短，但其能耗高，破球率高、产率低。氧化锆空心球颗粒内部为单一的球形大气孔，气孔孔径约0.2~3mm，空心球壁厚约0.1~0.3mm，球形度高、表面光滑，强度高。以氧化锆空心球为骨料制备的氧化锆空心球耐火制品热导率越低，隔热效果越好。但氧化锆空心球为电熔喷吹工艺制备，空心球晶粒尺寸大、表面光洁、烧结活性差，因而电熔法制备的氧化锆空心球与氧化锆细粉的结合紧密性差，即使很高的烧成温度下氧化锆空心球与氧化锆基质的结合强度较低，氧化锆空心球制品常温和高温下的机械强度低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种高纯氧化锆轻质耐火骨料及其制备方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：