鋯作為一種戰(zhàn)略性新興礦產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于陶瓷、玻璃、核工業(yè)、電子、建材、醫(yī)藥、紡織以及日用品等領(lǐng)域。鋯資源選礦產(chǎn)品統(tǒng)稱為鋯英砂。鋯英砂不僅是提煉鋯、鉿金屬的重要礦產(chǎn)，同時也大量直接使用于陶瓷、鑄造等行業(yè)中。它是我國重要的礦產(chǎn)資源，是關(guān)系到安全與民生建設(shè)的基礎(chǔ)材料，是我國原材料工業(yè)中不可或缺的一部分。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于鋯英砂礦產(chǎn)資源的需求也在逐步提升。砂磨機

　　鋯英砂原礦主要存在于偉晶巖、花崗巖、片麻巖中，通常與鈦鐵礦、金紅石共生。原礦經(jīng)過跳汰、重選、磁選和電選而得到鋯英砂精礦，稱為鋯英砂，其礦物組成以鋯的正硅酸鹽（ZrSiO4）為主，按其中ZrO2的含量分為不同等級，通常有65度砂、64度砂和63度砂，鋯英砂具有分子結(jié)構(gòu)，有金屬光澤和高折光率及雙折射性。其晶體結(jié)構(gòu)屬四方晶系，復(fù)四方錐柱形，常見晶形有雙錐柱體、柱狀、棱狀和錐狀等，是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的化合物之一。鋯英砂極耐高溫，在高溫下可分解為ZrO2和SiO2，緩慢冷卻時又重新化合，而快速驟冷則生成單斜ZrO2和玻璃態(tài)SiO2的混合物，并耐酸腐燭。純的鋯英砂為無色，一般工業(yè)上使用的鋯英砂呈棕色、黃褐色或淡黃色，是因存在鐵的化合物[1]。

　　鋯英砂的化學(xué)性能穩(wěn)定，對難溶的金屬、酸性試劑抗?fàn)T能力很強。在高溫下，鋯英砂可與氫氧化鈉反應(yīng)生成鋯酸鈉等化合物，與氧化鈣或碳酸鈣、氯化鈣反應(yīng)生成鋯酸鈣等化合物。

　　目前全球開釆的鋯礦，主要是賦存于海濱砂礦中的鋯鈦共生礦，也有殘坡積砂礦。已知的鋯礦開采達30余個，其中居前幾位的是澳大利亞、南非、美國、烏克蘭、印度等國。

　　澳大利亞和南非也是全球鋯英砂的主要生產(chǎn)國，合計產(chǎn)量約占全球66%。澳大利亞的鋯鈦砂礦床沿東海岸至西南海岸分布，主要在尤卡拉、帕斯和默瑞三大盆地；南非鈦鋯砂礦床主要分布在夸祖魯 - 納塔爾省、東開普省、西開普省和北開普省。

　　全球鋯英砂供應(yīng)集中度較高，全球鋯英砂供應(yīng)商 Iluka、RBM和Tronox的鋯英砂產(chǎn)能全球占比高達78%，特別是Iluka，對鋯英砂市場具有一定的掌控能力。

　　中國鋯英砂礦產(chǎn)資源雖然儲存量較為豐富，但人均占有量卻很低，甚至堪比一些資源匱乏的人均水平，并且開采頗有難度。多年來以砂礦采選為主，所以業(yè)內(nèi)的關(guān)注度主要集中在砂礦方面。中國的砂礦主要集中在海南、廣東、廣西、山東，而四川和云南主要是巖礦。

　　鋯英砂作為鋯鉿的主要礦物原料，其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都十分穩(wěn)定。目前提取鋯化合物常用的方法是鋯英砂分解法，分解鋯英砂精礦的目的主要是分離鋯和硅，獲得品位較高的鋯鉿化合物。分解鋯英砂制氧氯化鋯也是制各種鋯化合物和金屬鋯的步，主要有燒結(jié)法、氯化法，其中燒結(jié)法為國內(nèi)各大氧氯化鋯生產(chǎn)企業(yè)所采用[4]。

　　根據(jù)加入堿的種類，燒結(jié)法還可進一步分為氫氧化鈉燒結(jié)法、碳酸鈉燒結(jié)法、碳酸鈣燒結(jié)法和氧化鈣燒結(jié)法。

　　熔融NaOH分解鋯英砂制鋯化合物是在工業(yè)中常見的一種方法，是我國早使用的氧氯化鋯生產(chǎn)方法。它更先是用氫氧化鈉分解鋯英砂，再用硫酸浸出，用氨水沉淀，洗硫酸根，后再用鹽酸浸出，蒸發(fā)結(jié)晶獲得ZrOCl2·8H2O。因此，又稱為二酸二堿法。因多了硫酸根洗滌、氨水沉淀兩道工序，導(dǎo)致其工藝流程長、除雜難度大、鋯回收率低、制造成本高。

　　1985 年北京有色金屬研究總院和淄博化工總聯(lián)合攻關(guān)對二酸二堿法進行改進，僅用鹽酸和氫氧化鈉兩種主要原料生產(chǎn)氧氯化鋯，形成了現(xiàn)在的一酸一堿法。該方法具有工藝流程短，反應(yīng)控制科學(xué)，回收率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，雜質(zhì)含量低等優(yōu)點，是目前我國大型鋯化學(xué)制品生產(chǎn)企業(yè)普遍采用的方法[6]。

　　除了NaOH燒結(jié)法，還有Na2CO3燒結(jié)法、碳酸鈣燒結(jié)法、氧化鈣燒結(jié)法等。采用Na2CO3燒結(jié)法分解鋯英砂，雖然Na2CO3價格比NaOH低，但燒結(jié)溫度過高，能耗大，故現(xiàn)在生產(chǎn)中己不采用此法；碳酸鈣燒結(jié)法的燒結(jié)過程是在固態(tài)下進行的，反應(yīng)速率會受到擴散因素的限制，且燒結(jié)溫度高、效率低、產(chǎn)物處理較為困難。目前工業(yè)上制氧氯化鋯已經(jīng)很少用到此方法。氧化鈣燒結(jié)法的燒結(jié)過程和后續(xù)工序與碳酸鈣燒結(jié)法基本相同，也是在固態(tài)下進行的，反應(yīng)速率受擴散因素限制，燒結(jié)溫度高，反應(yīng)周期更長，效率低，產(chǎn)物處理困難。目前工業(yè)上也很少采用該方法生產(chǎn)氧氯化鋯[7]。

　　氯化法可以制中間原料ZrCl4，為鋯、鉿分離做準，與生產(chǎn)海綿鋯配套。對于鋯、鉿的分離，法國塞佐司即將含的HfCl4的ZrCl4直接進行分離；中國、美國的則先將ZrCl4轉(zhuǎn)化成氧氯化鋯后，再用萃取法進行分離。氯化法包括碳化-氯化法和沸騰氯化法，其主要反應(yīng)過程為：

　　沸騰氯化法即直接氯化法，又稱流態(tài)化氯化法，是利用流體的作用將固體顆粒懸浮起來，使固體顆粒具有流體的某些表觀特征，強化了氣－固、液－固、氣－液－固間的接觸，在特定的條件下使鋯英砂轉(zhuǎn)化成ZrCl4。

　　沸騰氯化法制氧氯化鋯具有如下特點：①生產(chǎn)連續(xù)、流程短，能耗相對低；②生產(chǎn)易于規(guī)模化和自動化，操作環(huán)境相對較好；③產(chǎn)品質(zhì)量高且穩(wěn)定；④技術(shù)含量高，設(shè)復(fù)雜。目前主要為海綿鋯生產(chǎn)企業(yè)所采用。

　　鋯英砂的碳化氯化工藝需增加混捏、制團和焦化工序。而且該工藝所采用的豎式電弧爐結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，物料反應(yīng)不完全，產(chǎn)能低，電極周圍氯氣泄露嚴重，爐體壽命短，勞動條件大，整個成本較高。因此應(yīng)用受到限制，目前已很少使用。

　　從1965年起，不少研究者用直流電弧等離子和高頻感應(yīng)等離子裝置進行了分解鋯英砂的實驗，突出的是美國離子弧熔煉。該方法的優(yōu)點是流程緊湊，工藝過程連續(xù)化，生產(chǎn)成本較低，“三廢”較少，ZrO2產(chǎn)品質(zhì)量好等。美國已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，轉(zhuǎn)化率達96%以上。

　　此方法類似于鋁土礦的高壓溶出工藝。在溫度為250~300℃時，以10mol/L的NaOH分解ZrSiO4，可以制得工業(yè)ZrO2，分解率可達95%以上，但此法工業(yè)上很少應(yīng)用。

　　使用機械力法時，優(yōu)先選擇氧化物而不是氫氧化物并且整個球磨環(huán)境中不能有水的存在。盡管反應(yīng)是在常溫下進行，但是僅是簡單的將鋯英砂與堿金屬氧化物混合，不會發(fā)生任何反應(yīng)。雖然在熱力學(xué)上可行，但是在動力學(xué)上，反應(yīng)速率極慢。

　　由于鋯英砂具有高折射率、低熱膨脹、化學(xué)穩(wěn)定性好、高耐磨性等特性，所以直接研磨成粉大量應(yīng)用于陶瓷、鑄造、耐火材料行業(yè)，同時，鋯英砂也被加工成氯氧化鋯、化學(xué)氧化鋯、碳酸鋯、碳酸鋯銨等鋯化學(xué)制品，應(yīng)用于石化、醫(yī)藥、紡織以及日用品等眾多領(lǐng)域。

　　目前，全球鋯英砂消費量的一半左右研磨成超細鋯英石粉用于陶瓷行業(yè)，約25%加工成鋯英石砂粉用于耐火材料和精密鑄造，砂磨機約30%用于生產(chǎn)鋯化學(xué)品和電熔氧化鋯及海綿鋯[8]。

　　隨著國民經(jīng)濟，特別是衛(wèi)生陶瓷、電子、核電、汽車制造等行業(yè)的高速發(fā)展，對鋯化學(xué)制品的需求日益增加。

　　硅酸鋯是指鋯英砂經(jīng)過超細粉磨工藝加工而成的超細粉體，主要用于生產(chǎn)建筑陶瓷磚及衛(wèi)生陶瓷。近幾年，中國房地產(chǎn)行業(yè)黃金發(fā)展期的結(jié)束，陶瓷產(chǎn)業(yè)增速開始下滑，并且陶瓷行業(yè)不斷出現(xiàn)新的問題，如國外出口對象反傾銷，國內(nèi)相關(guān)環(huán)保法律約束收緊等，陶瓷行業(yè)進入轉(zhuǎn)型升級陣痛期，未來將進入低速增長期。2015年需求在15萬t左右，到2025年下降到8萬t左右[9]。

　　鋯的化學(xué)制品包括氧氯化鋯、化學(xué)氧化鋯、硫酸鋯、碳酸鋯等，其中我國生產(chǎn)的氧氯化鋯一部分用于出口，另一部分用來生產(chǎn)化學(xué)氧化鋯、硫酸鋯、碳酸鋯等下游產(chǎn)品。

　　硫酸鋯用于生產(chǎn)金紅石型鈦白粉，近年來我國金紅石型鈦白粉產(chǎn)量已達到較高水平，未來將保持穩(wěn)定；碳酸鋯主要用來生產(chǎn)汽車尾氣催化劑。從我國汽車產(chǎn)量的增速以及尾氣排放標(biāo)準的提升，可判斷此未來碳酸鋯需求將呈較快速度上升。2015年鋯化學(xué)制品對鋯英砂需求可能在12萬t左右，2025年將可能達36萬t左右。

　　電熔鋯指利用電弧爐來生產(chǎn)的氧化鋯。在耐火材料、玻璃材料、工業(yè)級海綿鋯行業(yè)中已經(jīng)完全采用電熔鋯。由于電熔鋯中雜質(zhì)含量高，用途受到限制，在陶瓷色料鋯鐵紅主要用化學(xué)氧化鋯。

　　據(jù)測，到2015年我國精密鑄造對鋯英砂需求保持在 7.5 萬 t左右，而在2015-2025年對鋯英砂需求量呈上升趨勢，到2025年鋯英砂需求量在17萬t左右。我國未來玻璃產(chǎn)量趨于平穩(wěn)，在耐火材料再次利用影響下鋯英砂需求將減少。高端制造行業(yè)對于鋯產(chǎn)品需求將逐步增長，比如金屬鋯，復(fù)合鋯，核級海綿鋯等市場的需求量逐年上升。

　　我國鋯英石需求量占世界的一半左右，由于我國可供開發(fā)的鋯英石砂礦資源嚴重短缺，鋯英砂供應(yīng)主要依靠進口。而5G時代的來臨、高新技術(shù)發(fā)展的趨勢都意味著鋯英石需求再一次大幅提升。若國外擁有大量優(yōu)質(zhì)鋯礦資源的宣布漲價，其他企業(yè)必然跟風(fēng)漲價，我國進口鋯英砂的成本將增加。對此，我國必須加強鋯英砂礦產(chǎn)資源綜合利用的投入。并對鋯英砂礦產(chǎn)資源綜合利用的科技水平進行創(chuàng)新，努力提高鋯英砂礦產(chǎn)資源綜合利用的科技水平。

　　[1]張亞增.Ca(OH)2-NaOH復(fù)合分解鋯英砂精礦制氧氯化鋯的生產(chǎn)工藝研究[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué),2014.

　　[2]尹麗文.全球鋯英砂生產(chǎn)能力遠大于需求[J].國土資源情報,2017(09).

　　[3]朱露.混合堿分解鋯英砂工藝研究[D].北京:北京有色金屬研宄總院,2012.

　　[4]劉敬崇.堿法分解鋯英砂新工藝探索及機理研究[D].山東：山東大學(xué),2015.

　　[5]黃淑梅等.中國氧氯化鋯產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展對策[J].鈦工業(yè)進展,2014(02).

　　[6]羅六保等.氧氯化鋯濕法生產(chǎn)工藝及其廢渣處理研究進展[J].化學(xué)研究,2016(06).

　　[7]吳江.氧氯化鋯生產(chǎn)技術(shù)中酸解與絮凝脫硅過程的研究[D].南京：中南大學(xué),2013.

　　[8]薛翻琴等.全球鋯英砂資源供需格局分析[J].中國礦業(yè),2016(08).

　　2017年和2018年分別成功組織了更屆與更二屆“石英精細加工及應(yīng)用技術(shù)交流會”，該交流會已經(jīng)成為石英行業(yè)特別關(guān)注的會議，在各方面業(yè)界同仁的支持下越辦越好。2018年11月東海召開的更二屆“石英精細加工及應(yīng)用技術(shù)交流會”出席人數(shù)達到了700人的空前規(guī)模，得到了業(yè)界的普遍好評。響應(yīng)石英行業(yè)專家及企業(yè)界同仁的號召，2019年會議升格為“全國石英大會”“2019 National Quartz Congress”，大會組委會力爭在規(guī)模和交流效果上實現(xiàn)更大的提升，更好地通過這個平臺助推石英行業(yè)發(fā)展。

　　應(yīng)業(yè)界同仁要求，中國粉體網(wǎng)定于2019年10月29日-30日在徐州舉辦“2019全國石英大會”。本次會議旨在為國內(nèi)石英產(chǎn)業(yè)界人士提供石英提純、精細加工技術(shù)以及高端應(yīng)用方面的溝通平臺，強化行業(yè)信息交流，為企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型提供優(yōu)質(zhì)解決方案。

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