一、原料简述
1.锆英石
锆英石是锆的主要来源。锆英石的化学式为ZrSO4,含ZrO.1%,SiO.9%,为正方晶系矿物,no=1.~1.,n=1.~2.,n.-no=0.~0.,相对密度4.6~4.7,硬度6.5~7.5,热膨胀系数4.5×10-6K-1.锆英石的化学性能相当稳定,不溶于盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸,也不溶于苛性钾、苛性钠的水溶液。但在高温下,锆英石将解离成为ZrO2和无定形SiO2,解离自℃开始,℃时解离迅速,℃时,解离量达到95%。
世界上,80%的锆英石用于铸造、玻璃、陶瓷及耐火材料行业。少数舍英石用于磨料、冶金、化工及原子能工业。铅英石砂吸热性好、散热均匀,受热后不发生晶型转化,可作铸造的型砂。锆英石砂磨细后涂于铸型的内表面,可以提高铸件的合格率。含锆的玻璃纤维具有很好的耐碱性。含锆的玻璃折射率高,可以代替铅玻璃使用。锆英石大量用于建筑卫生陶瓷的釉料作为乳浊增白剂,起增加白度、增强遮盖力作用。氧化锆是各种新型结构陶瓷、钛锆酸铅压电陶瓷等功能陶瓷的主要成分。金属锆具有耐高温、抗腐蚀、易加工、力学性能好、热中子俘获面积小等优异性能,被大量用于原子能工业。锆还可以作用于特殊合金、超导材料,如金属锆可以作为晶粒细化剂,用于铝锂合金等高强轻型结构材料。再如,化工行业大量使用含锆材料制作的阀门、排气机零件,以及含锆材料作的反应槽、蒸馏釜中的轧板。
锆英石砖2.斜锆石
氧化锆有两种主要的同质异像晶体:低温型的斜钻石和高温型的四方氧化锆。斜锆石为单斜晶系矿物,np=2.13,nm=2.19,ng=2.20,ng-n,=0.,硬度6~7,相对密度5.5~6。
氧化锆的熔点℃,热影胀系数10×10-*/K,热导率2.09W/(m·K)。氧化锆制品的机械强度很高,化学性质相当稳定。氧化锆对酸性和中性熔渣的侵蚀有良好的抵抗能力,但可被碱性熔渣侵蚀。氧化锆不被熔融的钢铁润湿,因而可作铸口砖等材料。氧化锆堆锅制品在熔炼铂、钾、佬等金属时可以反复使用。稳定氧化锆可以作为发热体。氧化锆还可以作为高温固体电解质用于高温燃料电池、测氧探头。氧化锆还可以作为火焰喷涂或等离子喷涂的主要原料。
单斜氧化锆的密度为5.56g/cm,四方氧化锆的密度为6.10g/cm。在℃左右,单斜与四方氧化锆可以互相转化,转化伴随约9%的体积变化,如下图所示。
如果少量添加氧化锆,就可以利用氧化锆四方—单斜相的转变来提高耐火材料的抗热震性。几十年来,利用这种机制开发了许多新型耐火材料,例如锆莫来石砖、抗剥落高铝砖、镁白云石锆砖、白云石锆砖、镁锆砖、方镁石-镁铝尖晶石-锆砖、锆英石锆砖和氧化铭锆砖等。如果氧化锆含量很高,就需要使用定氧化锆的原料,如用氧化钙、氧化镁、氧化钟、氧化亿稳定的氧化锆。此外,锆酸钙也是一种很有前景的耐火矿物。
二、资源分布
世界主要锆英石资源分布于澳大利亚和南非,其中澳大利亚东海岸锆石砂矿是太古代基岩风化形成的中新生代沉积砂矿,矿床主要含石英砂,重矿物以锆英石、金红石、钛铁矿为主,局部砂矿中重矿物含量多达70%,重矿物中锆英石含量达30%之多,含矿石砂的分布面积达km,最厚之处达余米。我国海滨砂矿主要产于广东、海南、山东等省。南海地区的海滨砂矿,多环海呈长条带分布,矿体延深方向大致与海岸线平行,矿体较规则,一般长15km,宽数十到数百米,厚2~10m,其中,甚江砂矿床产于水深小于15m以内的第四纪细砂层中,矿体中有工业富矿体4个,长度为8km,宽3~10km,呈水平层状略向海斜,矿石主要由细砂组成,分选性较好,E+F级锆石储量约万吨。矿砂中锆英石平均含量达g/m,并伴生有钛铁矿、金红石、独居石、磷忆矿等矿物。
近年,我国结英石的产量只能满足国内需求的1/4,其余的需要进口,6年,我国共进口37.4万吨锆英石。其中,从澳大利亚进口14.1万吨,从印度尼西亚进口12.5万吨,从南非进口5.8万吨,从越南进口2.6万吨,从斯里兰进口0.6万吨,从尼日利亚进口0.5万吨。