自蔓延法铝热还原氧化锆的研究

摘要

研究采用以ZrO2-Al-Mg-Fe2O3-SiO2为反应原料直接还原ZrO2。该方法以铝热还原ZrO2为基础,并结合了自蔓延反应的特点。研究涉及了该体系的热效应、渣金分离、渣和金属物相构成、金属微观形貌和组成等。绝热温度计算表明, ZrO2-Al-Mg-Fe2O3-SiO2体系能满足自蔓延反应的内部温度要求。单位质量热效应的计算表明,体系中加入Fe2O3能有效地提高反应体系的放热量。差热分析(DTA)显示:与ZrO2-Al体系相比, ZrO2-Al-Fe2O3体系在631℃下存在明显放热峰,表明Al与Fe2O3反应放出高热量为ZrO2直接还原及渣金分离提供热能和温度条件。ZrO2-Al-Mg-Fe2O3-SiO2体系直接还原ZrO2得到了以Zr为主要成分的金属,实现了渣金分离。扫描电镜/能谱分析(SEM/EDS)显示:金属球中各部分分层存在,各层间的Zr和Fe的含量存在明显差异,其中富锆相以树枝状结晶析出。惰气熔融红外吸收法分析表明,金属产物氧含量仅为0.024%(质量分数)。该研究为直接还原ZrO2制备锆合金和制备高纯金属锆方法提供了支撑。