氧化鋯及其制品具有優越的物理、化學性能，在結構陶瓷、導電陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷、現代冶金用高性能耐火材料、高性能高溫隔熱材料的主要原料之一。

氧化鋯按制作工藝的不同，分為化學法氧化鋯和電熔法氧化鋯?；瘜W法氧化鋯是采用氯堿化工及高溫煅燒的工藝生產出來的；電熔法則是采用電弧爐熔煉的物理方法來制造的。

電熔氧化鋯粉（圖片來源 中隆化工）

一、化學法與電弧爐熔煉氧化鋯的區別

化學法生產的高純氧化鋯具有特別優良的性能，且在生產過程中產品的性能易于控制，是目前氧化鋯在先進科學技術材料上的應用，一定程度上推進了氧化鋯的應用開發。但化學法工藝流程較長，分解試劑消耗大，產品成本較高，因而在普通陶瓷、耐火材料和陶瓷色釉料等領域無法得到廣泛的應用。

采用電弧爐熔煉法生產的電熔氧化鋯通過一步電弧爐熔煉而獲得氧化鋯，現已發展為通過二步法提純或添加穩定劑直接生產穩定氧化鋯(稱為二次電熔法)，由單相電弧爐改進為三相電弧爐熔煉，爐產量得到了極大的提高。我國具體生產結構見下圖--我國電熔鋯生產結構。

我國電熔鋯生產結構

電熔法總工藝簡單、流程短，性能雖次于化學法生產的氧化鋯，但生產成本低，主要應用于陶瓷色料、磨料和耐火材料三大市場。隨著電熔氧化鋯生產技術及后期提純技術的不斷改進，將會促使電熔氧化鋯在更多領域被廣泛應用，市場需求也將持續增長。

二、電熔氧化鋯工藝及產品

1、電熔鋯（單斜）的電熔法生產工藝簡介

以鋯英砂精礦為原料，以碳為還原劑，混合后投入電弧爐內進行熔煉，發生如下反應：

ZrSiO₄+C=ZrO₂+CO↑+SiO↑

SiO+1/2O₂=SiO₂

根據氧化鋯和二氧化硅熔點的不同，在電弧爐的高溫下熔解形成液相，使鋯英石分解還原，最后生成氧化鋯和硅微粉，氧化鋯經壓縮空氣噴吹成球狀，再經過后期粉碎工藝加工處理，分級包裝后入庫。

熔煉過程中的煙塵經過袋式收塵裝置過濾，濾后的干凈氣體排入大氣，回收的SiO₂是商品級的硅微粉，這是不定形耐火材料最主要的添加劑，也可用碳化硅、剛玉-莫來石等耐火材料的添加劑。

電熔（單斜）氧化鋯經過優化工藝，加入提純劑等，可以除去某些雜質，使其ZrO2、HfO2含量達到99%或99.5%以上。

3、電熔氧化鋯產品類型

電熔氧化鋯包括單斜電熔氧化鋯和半穩定型氧化鋯，以某種鈣穩定鋯及單斜鋯為例子，其組成和物理性能舉例見表1。

表1鈣穩定鋯組成和物理性能

單斜電熔氧化鋯的晶型為單斜型，半穩定型氧化鋯晶型為單斜、四方和立方3種晶型混合存在。半穩定型氧化鋯分為釔穩定鋯、鈣穩定鋯、鎂穩定鋯、鋁穩定鋯、復合穩定鋯等，廣泛應用于鋼鐵、玻璃、陶瓷、有色金屬、電子、航空航天等行業。用于制作定徑水口、連鑄三大件、噴嘴、陶瓷過濾網、坩堝、高溫窯具、爐襯耐火材料、電子承燒板等。

電熔單斜氧化鋯粉（圖片來源 三祥新材）

4、電熔氧化鋯性能及特點

電熔氧化鋯依需要加工有空心球（可制備隔熱空心球磚）、顆粒和粉體，成白色或者淡黃色（含雜質時），常溫常壓下，不溶于水、堿、酸（微溶于濃硫酸。沒有進過提純的電熔鋯雜質較多，主要是鋯英砂中本身含有的Fe₂O₃、Al₂O₃、TiO₂及少量放射性物質、如果選用純度高的鋯英砂，雜質相對可以減少很多。

電熔鈣穩定氧化鋯（圖片來源：鄭州振中電熔新材料）

電熔氧化鋯晶粒粗，惰性大、燒成收縮小，不易燒結。與燒結法生產的氧化鋯比，電熔氧化鋯生產的穩定鋯致密度大，熱穩定性好，不易脫溶。

由于電熔鋯是干法生產，其粒度是機械加工的，所以和濕法生產的化學鋯，不能人工控制晶粒尺寸，也很難生產納米級粉體。

三、電熔氧化鋯的應用

由于電熔氧化鋯所具有的特性，使之主要適用于陶瓷色料、磨料和耐火材料三大領域。

1、電熔氧化鋯在陶瓷色料及釉料的應用

在陶瓷工業，衛生陶瓷、餐具、墻地磚生產都需要用色釉料來裝飾，這些釉料可耐高溫煅燒加工，而氧化鋯主要用于制備鋯鐠黃、鋯釩藍、鋯釩黃以及鋯鐵紅等顏料。這些鋯基色料幾乎席卷了除黑色以外的所有顏色領域。眾所周知，鋯基的色調，迄今為止，尚未有能替代它的顏料。

在陶瓷色料鋯鐵紅和釩錯黃的生產中，化學鋯生產出來的產品比電熔鋯發色明顯鮮艷很多，而且高溫穩定性能更好，出于成本上的考慮，部分廠家通常都是兩種氧化鋯搭配著使用。

比如目前鋯鐠黃與釩鋯蘭已全部采用電熔氧化鋯為原料，而鋯鐵紅色料基本上仍采用化學氧化鋯，只有少數廠家為了降低成本搭配了少量的電熔氧化鋯產品。

隨著電熔鋯的工藝進步，電熔鋯將有取代或部分取代化學鋯應用的趨勢。但化學鋯在顏料上仍然有著不可代替性，比如，其在仿古磚釉料的發色性能明好于電熔鋯產品，高溫穩定性非常好，黃度值至少比電熔鋯產品高10％以上。

在陶瓷色料中，鋯基色料具有以下特點：

(1)鋯基色料在高溫條件下不易與釉料反應，不放出氣體，抗腐蝕，高溫條件下在釉中溶解小，色彩穩定；

(2)混容性好，不同顏色之間可以按照任意比例在釉料中混合使用，可以調試出很多豐富色彩的調和色，應用范圍廣泛；

(3)色澤純正，鋯系色料受燒成氣氛、基礎釉料成分影響較小，對釉料適應性強，色料飽和度好，發色鮮艷。

在建筑陶瓷的釉料配方中，主要通過鋯英砂或者硅酸鋯來代替加入氧化鋯。氧化鋯在釉料中主要以乳濁劑的形式出現，雖然氧化鋯具有良好的乳濁作用，但出于成本考慮。目前一般都是加入鋯英砂或者硅酸鋯。如在鋯白熔塊的生產中， 氧化鋯的含量通常在10％ 左右浮動。

2、電熔氧化鋯在磨料上的應用

主要產品為鋯剛玉料（SiO₂含量少于1%）研究表明，Al₂O₃與ZrO₂復合后，可以有效提高磨效。

其制造方法是將氧化鋁、電熔鋯（單斜）及少量穩定劑混合，再經電弧爐熔煉、澆鑄或化砣冷凝，冷卻加工成鋯剛玉料。（ZrO₂含量約25-40%，Al₂O₃ 73-58%）及磨輪，以之研磨或磨削鋼鐵特別是有色合金，能獲得較高的磨削效率。

電熔鋯剛玉料（圖片來源：鄭州振中電熔新材料）

3、電熔氧化鋯耐火材料與鑄造的應用

用電熔穩定鋯主要是鈣穩定鋯、其次是鎂穩定鋯電熔氧化鋯，其在耐火材料的主要產品有電熔含鋯耐火材料、燒結含鋯耐火材料和鋯質耐火材料。

a、電熔含鋯耐火材料原料：電熔鋯可直接用于玻璃熔窯用熔鑄耐火材料的生產中。比如，熔鑄剛玉磚（即AZS，ZrO₂含量有33%，37%，41%，因為AZS中限制SiO₂含量，鋯英砂用量受限，所以必須另外補充電熔鋯，同時增強鋯鋁共晶作用。

b、燒結耐火材料的改性性：電熔鋯（單斜）可直接用于燒結耐火材料中，起改性作用，例如高鋁質耐火材料中加入少量ZrO₂可顯著提高其使用壽命；在高純鎂磚中，加入ZrO₂能生成微裂紋、提高了磚的抗熱震性及抗腐蝕性，是爐外精煉和銅冶煉的最好耐火材料。

c、鋯質耐火材料： 眾所周知，單斜鋯不能制作耐火材料，因為它加熱在1170℃像四方晶轉化，體積收縮5%，而冷卻，四方向單斜轉化，在800-1000℃體積膨脹8%，所以必須加入穩定劑（常用者為CaO、MgO、Y₂O₃）制備固溶體，方可安全使用。生產電熔穩定氧化鋯可采用的ZrO₂原料有3種，即天然斜鋯石、化學鋯和電熔單斜鋯。天然斜鋯石資源短缺、化學穩定鋯燒結溫度高，因此電熔穩定鋯石最佳的原料。

4、其他應用

a、熔模鑄造。對電熔氧化鋯而言，熔模鑄造是另一個主要的專用市場。如航空航天發動機、渦輪發動槳片和高爾夫球棒等特制品的鑄造，一般采用氧化鋯作為模型涂層。鋯英石因其能夠與熱金屬合金形成實際接觸，從而保護模具不受熱震動影響，而在熔模鑄造中得以應用。

b、電熔鋯是制造火器級海綿鋯的原料。人來若要實現“京都協定書”中減少CO2排放量，降低溫室效應的目標，則需近百座百萬千瓦級以上的核電站，首次需要鋯45t，鋯長期受中子輻射，性能變差，需周期性更換，因此用鋯量大。我國和世界核電工業的發展，間接地為電熔鋯的發展注入了新的活力。

d、提純電熔鋯的市場前景。采用提純工藝制備的提純電熔鋯，ZrO₂含量可達99%以上，可望取代高純度的化學鋯應用于氧化鋯陶瓷和一些特殊需要中。

粉體圈 作者：小白

參考文獻：

1、電熔氧化鋯的應用及前景，營口阿斯創化工，康蓉等著

2、電熔氧化鋯的發展、技術、應用和展望，上海大學，林振漢著

3、淺談電熔氧化鋯在陶瓷行業中的應用，南海禾合高新材料，秦威等著

4、中國電熔氧化鋯的生產和市場展望，振中電熔鋯業，宋作人等