锆粉的制备

锆粉是锆系列制品中的重要产品。由于具有优异的吸气性能, 使其在弹药、烟花、电真空等行业得到广泛应用。锆粉的制备方法有金属热还原法、氢化脱氢法和电解法。在生产中常常根据用户对产品纯度、杂质含量、粒度以及颗粒的形状要求确定制备方法。

工业上普遍采用的锆粉制备方法主要为金属热还原法、氢化脱氢法和电解法。其具体工艺简述如下。

金属热还原法

钙还原法

钙还原氧化锆制取锆粉是以ZrO2 为原料, 以氯化钙为助剂, 再配以适量还原剂———纯金属钙, 然后混合, 密封, 抽真空充氩, 再在1 000℃~1 100℃的温度下进行还原。反应物为锆粉、氯化钙、氧化钙和过量的钙的混合体, 用盐酸将其浸出, 经洗涤、粉碎、过滤、烘干和筛分, 即可获得锆粉。此方法制得的锆粉不含氢, 但粒度相对较粗。

氢化钙还原法

氢化钙还原氧化锆制取锆粉须先将钙氢化后磨成粉, 再与ZrO2 混合, 混合后在1 000℃下、在弹式密封反应器中进行还原,反应产物为含有少量氢的锆粉、氧化钙以及少许过量钙的混合体, 经水洗、磨细、筛分和烘干, 即可制得锆粉。上述2 种方法所制得的产品锆的总含量接近99%, 氯离子含量较少, 特别是用氢化钙还原制得的锆粉, 比较适于电真空行业使用。

钠还原法

钠还原锆氟酸钾制取锆粉是以K2ZrF6 为原料, 再配以适量氯化钾和氯化钠熔盐, 然后在860℃左右进行还原, 反应产物经酸浸、水洗、磨细和干燥, 即可得到锆粉。用钠还原锆氟酸钾的优点是设备较简单, 易于操作, 反应生成的氟化钠易于水洗分离, 而且由于还原析出的锆粉分散在熔盐中, 氧化比较少, 还原过程可在敞口设备中进行。

氢化脱氢法

氢化脱氢制取锆粉工

艺简单, 产品粒度较细, 且着火点也因含氢而比纯锆粉高, 较为安全。但该方法生产原料不用ZrO2,K2ZrF6等锆化合物, 而是用海绵锆或金属锆。生产中先将海绵锆破碎成粒(金属则切成碎屑), 在600℃~700℃时氢化, 氢化物经粉碎干燥后再入炉, 于700℃温度下脱氢, 即可制得锆粉。

电解法制取锆粉

电解锆氟酸钾熔盐体系制取锆粉也是一种常用的生产方法。

锆粉的应用

锆粉在工业上的用途比较广泛。如氢化脱氢法制得的锆粉可用做电真空管的吸气剂、引爆剂及热电池加热片和燃烧剂。热电池是火箭导弹控制系统的热源, 锆粉在热电池中与铬酸钡反应放热, 快速激活电池, 使器件迅速进入工作状态。据报道, 仅20 世纪80 年代美国研制的热电池使用了锆粉的有近450种, 年产量超过50 万支, 大多用于军事工业, 年用锆粉量达到50 t。

氢化钙还原氧化锆制得的锆粉多用于大型电真空管, 效果良好。大型电子管是广播、通讯和雷达等设施的重要部件, 锆粉在大型电子管中的作用是吸收管中的残余气体, 使其在使用过程中保持高真空度, 减少栅极的电子热发射, 并利用其熔点高、蒸气压低的特点, 保持真空管玻璃的透明度, 有利于电子管的散热, 使电子管能长时间保持正常工作状态, 解决了电子管阴极中毒的弊端。

氢化脱氢法制得的锆粉含有少量氢, 可用做电真空吸气剂、引爆剂以及热电池加热片的燃烧剂等。