鋯砂與鋯粉的應用

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作為一種天然礦物,鋯英砂主要由 ZrSiO₄ 組成;它不僅是關鍵的耐火材料,也是鋯基化工產品及金屬鋯的主要原料來源。相較之下,鋯英粉是一種精細粉末產品,它是透過研磨、分級等一系列加工工序,利用專用設備從鋯英砂中提煉而成的。儘管其化學成分與鋯英砂完全相同,但其物理特性(特別是粒度和比表面積)卻有所不同,這使得它適用於一系列截然不同的應用領域。

I. 主要工業應用領域

鋯英砂和鋯英粉的應用範圍十分廣泛,這主要歸功於其四項卓越的特性:

1. 高熔點(約 2550°C)

2. 極強的耐化學腐蝕性

3. 低熱膨脹係數

4. 高強度與高硬度

以下概述了它們的核心應用領域:

1. 陶瓷工業(最大的消費領域)

應用產品:建築陶瓷(如地磚、牆磚)、衛生陶瓷(如馬桶、洗手盆)、日用陶瓷以及特殊工業陶瓷。

功能:憑藉其優異的高溫穩定性,它既可作為乳濁劑,亦可充當增白劑。當鋯英粉被摻入陶瓷釉料和坯體中時,在燒成過程中會形成一個 ZrSiO₄/SiO₂ 乳濁系統。這個過程能產生一種不透明的白色效果,從而有效地遮蓋住陶瓷坯體本身的底色,使成品呈現出更潔白、光滑且質感上乘的外觀。此外,它還能顯著提升陶瓷製品的硬度、耐磨性以及耐化學腐蝕能力。

原料形態:在該領域中,主要使用的是鋯英粉;因為其極細的粒度有助於在釉料基體中實現更輕鬆、更均勻的分散。

常見考慮因素:

不同等級的產品-依據粒度和化學成分進行劃分-會產生各異的釉面效果。

粒徑分佈(即顆粒的粗細程度)及體積分佈狀況,將直接影響材料的熔融溫度和乳濁能力。

鐵、鈦等氧化雜質的存在會影響成品的色調,並且是導致白度降低的一個主要因素。 2. 鑄造業(精密鑄造)

應用產品:高端精密鑄件,例如飛機引擎葉片、燃氣渦輪葉片、醫療器材以及高爾夫球頭等。

功能:用於製造鑄型殼體(模具)。由於鋯英砂和鋯英粉具有極高的耐火度和優異的化學惰性,它們被用作面層塗料(即與熔融金屬直接接觸的層)的主要耐火材料。此外,它們還在陶瓷型芯材料中充當礦化劑。其應用確保了:

所得鑄件具有極高的表面光潔度及清晰的輪廓細節。能夠抵抗高溫熔融金屬(如不銹鋼和高溫合金)的侵蝕。

確保鑄件的尺寸精度,並防止因鑄件與型殼反應而產生的缺陷。

常見問題:

鋯含量及低熔點氧化物的存在會影響材料的耐火度,同時也影響鑄件的表面光潔度。

固液比會影響漿料的附著量(掛漿量)、型殼的乾燥時間、機械強度。

粒徑分佈和顆粒形貌會影響漿料的黏度以及塗層的均勻性。

顆粒形貌、表面能、鐵離子的存在會影響接觸角。

3. 耐火材料產業

應用產品:用於玻璃窯爐的鋯英石磚、連鑄工藝的計量噴嘴、冶金業用坩堝等。

4. 鋯化學品行業

應用產品:二氧化鋯(ZrO₂)、氧氯化鋯(ZrOCl₂)、四氯化鋯、硫酸鋯、碳酸鋯等。

製程流程:透過鹼熔、氯化、酸解等化學工藝,將鋯英砂中所含的鋯英石(ZrSiO₄)進行分解,進而生產出各類鋯化學品。

5. 其他應用領域

磨料與研磨工具:由於其硬度極高,常用於製造切割及研磨工具;此外,也可用於生產含鋯棕剛玉磨料。

玻璃製造:在老式CRT電視機的玻璃配方中添加鋯化合物,可用於吸收X射線;此外,鋯化合物也被應用於製造耐高溫、高強度的餐具,以及手機螢幕和電子玻璃。金屬鋯及合金:金屬鋯透過複雜的精煉製程(即克羅爾法)而製得,主要應用於核工業(具體而言,因其對中子具有極高的透過性和優異的耐腐蝕性,常用於核反應器的燃料棒包殼管製造)以及化學加工設備領域。

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