Будучи природным минералом, цирконовый песок состоит преимущественно из ZrSiO₄; он служит ключевым огнеупорным материалом, а также основным источником для производства химических продуктов на основе циркония и металлического циркония. Цирконовый порошок (цирконовый шлам), напротив, представляет собой мелкодисперсный продукт, получаемый из цирконового песка в результате различных этапов обработки — таких как измельчение и классификация — с использованием специализированного оборудования. Хотя его химический состав остается идентичным составу цирконового песка, физические характеристики (в частности, размер частиц и удельная поверхность) отличаются, что делает его пригодным для использования в ином спектре областей применения.
I. Основные промышленные области применения
Сферы применения цирконового песка и цирконового порошка весьма обширны, что обусловлено, прежде всего, четырьмя их исключительными свойствами:
1. Высокая температура плавления (~2550°C)
2. Высокая устойчивость к химической коррозии
3. Низкий коэффициент теплового расширения
4. Высокая прочность и твердость
Ниже перечислены основные области их применения:
1. Керамическая промышленность (сектор с наибольшим объемом потребления)
Продукция, в которой применяется материал: Архитектурная керамика (например, напольная и настенная плитка), санитарная керамика (например, унитазы, раковины), бытовая керамика и специализированная промышленная керамика.
Функция: Благодаря своей высокой термостойкости материал служит одновременно и глушителем (опасификатором), и отбеливающим агентом. При введении цирконового порошка в состав керамических глазурей и масс в процессе обжига формируется опасифицирующая система ZrSiO₄/SiO₂. Этот процесс создает эффект непрозрачной белизны, который эффективно маскирует исходный цвет керамической основы, в результате чего готовое изделие становится более белым, гладким и приобретает улучшенную текстуру. Кроме того, материал повышает твердость керамики, ее стойкость к истиранию и химической коррозии.
Форма исходного сырья: В данном секторе преимущественно используется цирконовый порошок, поскольку малый размер его частиц обеспечивает более легкое и равномерное распределение (диспергирование) в матрице глазури.
Важные аспекты:
Различные марки материала — классифицируемые по размеру частиц и химическому составу — позволяют получать различные эффекты глазури.
Распределение частиц по размерам (степень дисперсности/крупности) и объемное распределение напрямую влияют на температуру плавления и кроющую способность (глушащий эффект).
Присутствие оксидов — таких как оксиды железа и титана — влияет на цветовой тон и является существенным фактором, способствующим снижению белизны изделия. 2. Литейная промышленность (Точное литье)
Продукция: Высококачественные отливки точного литья, такие как лопатки авиационных двигателей, лопатки газовых турбин, медицинские инструменты и головки клюшек для гольфа.
Назначение: Изготовление литейных оболочек (форм). Благодаря исключительно высокой огнеупорности и превосходной химической инертности цирконовый песок и цирконовый порошок используются в качестве основных огнеупорных материалов для создания лицевого слоя (слоя, непосредственно контактирующего с расплавленным металлом). Они также служат минерализаторами в составе материалов для изготовления керамических стержней. Их применение обеспечивает:
Высокое качество чистоты поверхности и четкость контуров получаемых отливок. Устойчивость к эрозии под воздействием высокотемпературных расплавов металлов (например, нержавеющей стали и жаропрочных сплавов).
Обеспечение точности геометрических размеров отливок и предотвращение дефектов, вызванных реакциями между отливкой и материалом литейной формы.
Типичные проблемы:
Содержание циркония и наличие низкоплавких оксидов влияют на огнеупорность материала, а также сказываются на чистоте поверхности отливки.
Соотношение твердой и жидкой фаз влияет на толщину наносимого слоя суспензии, время сушки литейной оболочки и ее механическую прочность.
Гранулометрический состав и морфология частиц влияют на вязкость суспензии и равномерность нанесения покрытия.
Морфология частиц, поверхностная энергия и наличие ионов железа влияют на краевой угол смачивания.
3. Промышленность огнеупорных материалов
Продукция: Цирконовые кирпичи для стекловаренных печей, дозирующие стаканы для установок непрерывного литья, тигли для металлургической промышленности и т. д.
4. Промышленность циркониевых химикатов
Продукция: Диоксид циркония (ZrO₂), оксихлорид циркония (ZrOCl₂), тетрахлорид циркония, сульфат циркония, карбонат циркония и т. д.
Технологический процесс: Циркон (ZrSiO₄), содержащийся в цирконовом песке, подвергается разложению посредством химических процессов — таких как щелочное плавление, хлорирование и кислотный гидролиз — с целью получения различных циркониевых химических соединений.
5. Другие области применения
Абразивные материалы и шлифовальные инструменты: Благодаря высокой твердости циркониевые материалы используются при производстве режущих и шлифовальных инструментов; они также применяются для изготовления цирконийсодержащих абразивов на основе плавленого глинозема (электрокорунда).
Стекольная промышленность: Соединения циркония добавляются в состав стекла для кинескопов (ЭЛТ) старых моделей телевизоров с целью поглощения рентгеновского излучения; они также используются при производстве жаростойкой и высокопрочной столовой посуды, а также в производстве стекла для экранов мобильных телефонов и другой электронной техники. Металлический цирконий и сплавы: Металлический цирконий получают посредством сложного процесса рафинирования (процесс Кролла); он находит основное применение в атомной промышленности (в частности, для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов в ядерных реакторах — благодаря высокой прозрачности для нейтронов и коррозионной стойкости), а также в оборудовании для химической переработки.