碳化鋯制取(preparation of zirconium carbide)用碳還原鋯英石精礦產出碳化鋯的鋯化合物制取方法。所得碳化鋯主要用作鋯氯化的原料。本法在20世紀40年代由美國礦務局(U.S.BureauofMine)提出而于50年代進行工業生產。這是通過火法冶金來分解鋯英石的一種方法,所得的碳化鋯可用于制備四氯化鋯。
鋯英石精礦的主要成分(質量分數ω/%)為:ZrO251~67,SiO230~33,HfO20.5~2.0。熔煉在電弧爐內進行,用電阻加熱,物料在2273~2773K高溫下分解生成碳化鋯(或氮碳化鋯),大量硅呈一氧化硅形態而被排除,主要反應為:
ZrSiO4+4C→ZrC+SiO↑+3CO↑
SiO在2073~2173K溫度下的蒸氣壓接近一個大氣壓,從排氣口逸出,經水淋洗后由收塵器捕集。
電弧爐分單相和三相兩種。單相電弧爐的電極之一是由石墨磚和碳填料組成的爐底本身,而另一根石墨電極從爐蓋中心孔插入爐內。上下電極間放置用電墨板拼接的盛料坩堝,上電極借助自動升降機構可作上下運動。爐料由未磨細的鋯英石砂粒和磨細到-0.074mm粒級的石墨粉混合組成,配碳量為18%~20%。熔煉時一般使用低電壓,以形成短而粗的電弧,減少熱的側面輻射??拷鼱t壁的爐料不起反應,成為保溫層,起減少熱量損失的作用。在熔煉作業完成后,產物要經過長時間的冷卻,碳化鋯易著火,從爐中移出時要用石墨粉覆蓋。鋯英石熔煉的主要技術經濟指標為:碳化鋯收率90%,除硅率95%。產物的主要成分(質量分數ω/%)為:Zr75~85,C3~5,Si2~4,N2,O1~2。產物外觀呈金黃色和銀灰色,具有NaCl型立方晶型,密度6900kg/m3,熔點3803K。電弧法熔煉碳化鋯的工藝只保持到20世紀60年代末,從70年代起世界各國相繼采用鋯英石直接流態化氯化法生產四氯化鋯。
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