鋯鐵是由鋯與鐵及矽、鋁等元素組成的鐵合金。煉鋼用的鋯鐵是鋯矽鐵，含Zr15%～45%，Si30%～65%。用鋁熱法生產的則因含鋁故稱鋯鋁鐵，含Zr>15%。
基本介紹
- 中文名：鋯鐵
- 外文名：ferrozirconium
- 組成：鋯與鐵及矽、鋁
- 時間：1789年
- 發現：克拉普羅特
- 領域：冶金
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基本信息
1789年德國克拉普羅特(M．H．Klaproth)發現了一種新的氧化物，取名叫“Zircomia’。1824年瑞典貝采利厄斯(J．J．Berzelius)用鉀還原K2ZrF6的方法，首次制出鋯。1923年美國鋼廠首次進行了用鋯矽鐵做脫氧劑的試驗，取得良好效果。之後開始用金屬熱法生產出鋯矽鐵和鋯鋁鐵。中國南京特殊合金廠，於1987年試製出鋯矽鐵，含Zr20%～40%，Si45%～55%；用作煉鋼脫氧劑。
性質鋯的原子量為91．22。外層電子結構為ztdz5s。。熔點1852℃。沸點4400℃。密度6．49g/cm3(20℃)。鋯鐵系相圖見一FN。鋯與鐵生成穩定的化合物FeZr2(45．1%zr)，熔點1650℃，Fe—Zr系內有兩個共晶體。在16%Zr時共晶熔點為1330℃；在84%Zr時共晶熔點約為940℃。鋯與矽生成多種矽化鋯。有Zr：Si(Si13．65%)，ZrSi3(Si15．55%)，ZrSi(Si23．55%)和ZrSi2(si38．12%)等。商品鋯矽鐵的密度約3．5g/cm3，熔化溫度範圍為1260～1345℃。
詳細信息
鋯是稀有金屬。它是碳化物形成元素。在煉鋼過程中，鋯是強有力的脫氧和脫氮元素。鋯能細化鋼的奧氏體晶粒。它和硫能化合成硫化鋯，因此能防止鋼的熱脆性。鋯還有降低鋼的應變時效現象和提高鋼的低溫韌性等優點。鋯在鑄鐵中的作用類似鈦。可形成碳化鋯，與硫結合形成硫化物。在冷卻時促進石墨的生成。少量的鋯即有利於白口鑄鐵的石墨化，使白口鐵灰口化。在生產韌性鑄鐵時縮短退火時間。
經常使用的鋯鐵是矽鋯鐵合金、鋁鋯鐵合金和矽鋯合金。它們有幾種牌號，低牌號的合金含Zr 5—8%、Si 40—45%;中牌號的合 金含Zr 12—15%、Si 39—43%;高牌號的合金含Zr 35—40%、Si 47—52%，其 余為Fe或Al。還有一種專利複合合金，含Zr小於10%，同時還含有Mn、Al、 Si、Ti等元素。鎳鋯合金含Zr量為30%或70%。用金屬Zr和廢鋼重熔生產的 鋯鐵是使用較多的一種產品，含Zr量在40—90%。因鋯是煉鋼的最強脫氧劑 之一以及鋯在鋼中的特殊作用，鋯鐵作為脫氧劑和合金添加劑而用於特殊用 途的高溫合金、低合金高強度鋼、超高強度鋼以及鑄鐵中，繼而被用於原子技術、航空製造、無線電技術等。可以採用煉製複合含Si合金的辦法煉製矽鋯鐵。
資源分布
鋯資源含鋯礦石有十幾種。而在工業上可用的只有鋯英石(zircon)和斜鋯石(baddeleyite)兩種。鋯英石也叫鋯石，是分布最廣的鋯礦物。主要產地為美國、巴西、印度、澳大利亞、中國和獨立國協等國。其主要組成為ZrO2·SiO2。理論成分為：ZrO267．01%和SiO233．99%。鋯英石礦石中各種雜質含量為：Fe2O3)0．5%～5．0%和少量CaO、．MgO、TiO2等。斜鋯石主要產地在巴西和斯里蘭卡。中國儲量不大。其主要成分是ZrO2。工業斜鋯石含ZrO275%～85%，主要雜質為Fe2O3 2%～5%，SiO2 10%～20%及少量A1203和TiO2。礦物密度為5．7g/cm3莫氏硬度6．5。
生產方法
電碳熱法是以鋯英石和木炭為爐料。在電爐內用連續操作方法冶煉。定期出鐵。產品成分為：Zr22%～27%，Si 38%～43%，Al 0.5%～1.0%和 C0.1%～0.5%。
電矽熱法是將鋯英石、石灰、螢石、75%矽鐵和氧化鐵皮混合，裝入碳磚襯電弧爐內熔煉。待爐溫升到1700℃後，開始攪拌、還原。還原結束，爐溫升到1800～1900℃時出爐、扒渣、澆鑄。煉出的鋯矽鐵成分為：Zr 20%～40%，Si 45%～55%，Al<0.5%，P<0.1%。鋯回收率為55%左右。爐渣中含ZrO210%～15%，鹼度為0.8～1.0。
電鋁熱法是生產含鋯量高的鋯矽鐵的方法。以鋯英石、鋁粒、鐵精礦、石灰、75%矽鐵為原料。混合後裝入碳磚襯傾動式電弧爐內冶煉，間歇操作。產品成分為：Zr 52%～54%，Si 23%～27%，Al 5%～7%，Ti0.6%，P 0.08%，C 0.06%～0.12%。鋯鋁鐵也是用電鋁熱法生產的，以鋯英石粉、鐵礦粉、鋁粒、石灰粉及硝酸鈉為原料，混合均勻後，在電爐中冶煉。煉出合金成分為：Zr 16.5%～19.5%，Al 21%～28%，Fe 47.5%～51.5%，Si 2.2%～3.2%。電耗為700 kWh/t。鋯回收率約60%。
鋯
鋯（Zirconium）是一種化學元素，它的化學符號是Zr，它的原子序數是40，是一種高熔點金屬，呈淺灰色。密度6.49克/立方厘米。熔點1852±2.001℃，沸點4377℃。化合價+2、+3和+4。第一電離能6.84電子伏特。鋯的表面易形成一層氧化膜，具有光澤，故外觀與鋼相似。有耐腐蝕性，可溶於氫氟酸和王水，高溫時，可與非金屬元素和許多金屬元素反應，生成固體溶液化合物。詞條詳細介紹了鋯的發現歷史、發展歷史、物理化學性質、製取方法、含量分布、用途、安全措施等等。
鋯容易吸收氫、氮和氧氣；鋯對氧的親和力很強，1000°C氧氣溶於鋯中能使其體積顯著增加。鋯的表面易形成一層氧化膜，具有光澤，故外觀與鋼相似。有耐腐蝕性，但是溶於氫氟酸和王水。高溫時，可與非金屬元素和許多金屬元素反應，生成固溶體。鋯的可塑性好，易於加工成板、絲等。鋯在加熱時能大量地吸收氧、氫、氮等氣體，可用作貯氫材料。鋯的耐腐蝕性比鈦好，接近鈮、鉭。鋯與鉿是化學性質相似、又共生在一起的兩個金屬，且含有放射性物質。
地殼中鋯的含量居第19位，幾乎與鉻相等。自然界中具有工業價值的含鋯礦物，主要有鋯英石及斜鋯石。世界鋯資源主要賦存於海濱砂礦礦床中，只有少部分賦於積礦砂和原生礦中。世界鋯英砂儲量約4000萬噸，其中85%分布在澳大利亞、南非、美國、印度和前蘇聯。我國鋯礦儲量居世界第九位，總儲量為200 余萬噸，主要集中在廣東、海南、廣西和四川，而雲南主要是岩礦，其它如湖南、湖北、安徽、福建、江西、遼寧等，也有一些鋯資源。
鋯鐵紅顏料
鋯鐵紅色料屬於包裹型鋯英石色料,其中發色的氧化鐵被ZrSiO4的晶體所包裹而呈現紅色。鋯基陶瓷顏料（鋯釩蘭、鋯鐠黃、鋯鐵紅），因其色澤純正，色調豐富，以及優良的高溫穩定性與不溶性，在陶瓷生產中得到了廣泛的套用。並且不同顏色的鋯基顏料能按任意比例互相混合，形成許多中間色調，豐富了產品的裝飾效果，所以鋯基顏料在陶瓷生產領域具有廣闊的套用前景。
從鋯基色料的開發歷史來看，釩鋯蘭最早被發現， 1949年由美國的克雷倫斯﹒斯布萊特首先合成出來;鐠黃則是由日本學者在 1952 年首先合成出來。著色離子釩和鐠置換了ZrSiO4中的部分 Zr4+形成固溶體呈色。反應過程中著色氧化物( PrO和 V2O5)以氣態形式擴散並遷移到氧化鋯表面反應形成固溶體。固溶體型色料是單相顏料，基體晶格ZrSiO4中固溶一定數量著色離子而呈色。與前二者不同，鋯鐵紅色料屬於鋯基色料中的包裹，是混晶色料，存在兩個相，其中發色的化合物或膠態金屬相被晶體所包裹。鋯鐵紅色料中的鐵離子不會與礦化劑、鹵化物等發生反應形成揮發性氣體，故難以依靠自身擴散遷移來完成反應，必須通過自身遷移到反應帶同鋯結合。
鋯鐵紅顏料的呈色除與選用鐵的化合物種類、加入量及礦化劑的種類與加入量有重要的影響外,還與製備工藝如研磨細度、合成溫度等密切相關。影響鋯鐵紅顏料呈色的主要因素是著色劑種類與用量，氟化物種類與用量，鋯矽摩爾比，顏料煅燒溫度與保溫時間，氯化物種類與用量，硝酸鹽種類與用量影響次之。
影響鋯鐵紅呈色的主要因素是Fe2O3和氟化物的加入量，以及ZrO2:SiO2（摩爾比），次要因素是氯化物和硝酸鹽的加入量。著色劑加入量過多呈色反而不佳，氟化物可以適當增加，ZrO2:SiO2（摩爾比）=1.1:1.0利於呈色。
