一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚方法，该方法是根据电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球的性质和团聚特点，提供一种实现电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球颗粒解聚的方法，发明内容主要包括：制备硅灰粉体‑水悬浮液，对硅灰粉体‑水悬浮体实施碱溶处理、硅灰‑碱溶产物水洗、硅灰‑碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散、硅灰‑研磨产物过滤干燥五个步骤；本方法解决了电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球团聚严重、难以实现稳定分散问题，提高了电熔法生产ZrO2副产物硅灰的使用性能和利用价值，在生成SiO2颗粒过程中实现控制团聚。
1.一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅解聚方法，该包括如下步骤：
(一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：按重量百分比硅灰粉体20％-50％，水50％-80％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌30-40min制备成硅灰粉体-水悬浮液；
(二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到11-13范围，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌20～30min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液；
(三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于三足离心机或板框压滤机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌20～30min，再将悬浮液过滤，视为水洗1次，重复搅拌水洗步骤3次；
(四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：选取硅酸钠作分散剂，将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入水50％-80％和硅酸钠溶液0.5％，搅拌15～20min得到悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨或卧式砂磨机中，加入占其中硅灰2-3倍重量、直径为1-3mm的莫来石球珠，并搅拌研磨30-45min；
(五)硅灰-研磨产物过滤干燥：将按步骤(四)得到的研磨后硅灰-水悬浮液过滤得到滤饼、滤饼置于烘箱干燥，或将硅灰-水悬浮液直接用闪蒸干燥机干燥，得到电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚和分散产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：按重量百分比硅灰粉体35％，水65％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌35min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到12.5，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌20min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于板框压滤机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌20min，再将悬浮液用板框压滤机过滤，视为水洗1次；重复搅拌水洗步骤3次。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：选取硅酸钠作为分散剂，将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入
59.8％的水和0.2％的硅酸钠溶液，搅拌20min得到硅灰-水悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨中，加入占其中硅灰3倍重量的莫来石球珠，其中直径为1mm、2mm、3mm莫来石球珠的比例为2:3:5，并搅拌研磨40min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：按重量百分比硅灰粉体25％，水75％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌40min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到11.5，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌25min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于三足离心机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌25min，再将悬浮液用三足离心机过滤，视为水洗1次；重复上述搅拌水洗步骤3次。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入64.825％的水和占其中硅灰重量0.175％的硅酸钠溶液，搅拌20min得到硅灰-水的悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨中，加入占其中硅灰2.5倍重量的莫来石球珠，其中直径为1mm、2mm、3mm莫来石球珠的比例为2:3:5，并搅拌研磨35min。
一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚方法
技术领域：
[0001] 本方法涉及到一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚的生产技术领域，具体地讲，涉及到一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚的处理方法。背景技术：
[0002] 本方法所涉及的硅灰为工业上电熔法生产氧化锆的副产物。氧化锆的结构式为ZrO2，它熔点高，化学稳定性强，并兼有耐酸性、碱性和还原性特性，因而成为目前现代高技术产业发展的重要基础原料之一。可采用化学合成和电熔两种方法生产ZrO2，其中，电熔法生产ZrO2的过程是：以组成为硅酸锆即ZrSiO4的锆英石为原料，以碳为还原剂，再加入适量的催化剂或稳定剂，最后通过电弧炉的高温作用将ZrSiO4分解成ZrO2和二氧化硅。二氧化硅的化学式为SiO2，由于生成的SiO2被碳还原为一氧化硅即SiO气体溢出，所以可由此分离得到ZrO2产品。SiO气体在烟道排出过程遇冷空气被氧化为非晶态SiO2而成为副产物硅灰。由于SiO氧化成SiO2为急剧冷凝过程，Si和O原子来不及形成有序排布，故生成的SiO2不能为晶体而只能呈非晶态结构，并且形成大小为微米级的球体颗粒。由于高温，SiO2微球间存在较强结合作用，所以形成团聚形态。此外，硅灰还含有少量ZrO2组分。
[0003] 硅灰在过去通常作为固体废弃物作堆放处理，占用土地并造成资源浪费。近年来，基于硅灰具有的SiO2纯度高、颗粒表面火山灰活性强和流动性好这些特点，将其作为水泥、混凝土和耐火材料制品的掺和料或添加剂实现了部分应用，但功能作用有限，产品附加值较低。另外，硅灰白度高、其中的SiO2微球硬度大，表面活性强、大小均匀，流动性好，这些特点使硅灰被加工成优良的功能性填料成为可能。然而，硅灰中SiO2微球存在颗粒间团聚严重的问题，现有技术条件难以对其实现有效的解聚分散。因此，在实际应用中通常是将SiO2微球团聚体作为添加剂原料直接应用。二氧化硅微球的团聚现象制约了它火山灰活性的有效发挥，同时，也成为制备功能性填料的障碍，因此造成在应用过程中出现在基体中分散不均，使用性能降低等问题。因而，采用技术手段使硅灰中SiO2微球团聚体有效解聚，并防止再发生二次团聚，对提高其反应活性、利用效率及向高附加值产品领域拓展均具有重要作用。
[0004] 固体颗粒间的团聚根据形成机理可分为软团聚和硬团聚，其中，软团聚是指微纳米颗粒通过彼此间的弱结合作用，如范德华力和静电作用力所形成的团聚，团聚体较容易打散。而硬团聚主要是指颗粒彼此间通过形成氢键、晶桥、化学键和表面原子扩散作用形成的具有较强结合作用的聚集。在电熔法ZrO2生产的副产物硅灰中，SiO2微球团聚体既存在硬团聚，也存在软团聚作用，即首先由SiO2单元颗粒通过硬团聚作用聚集形成颗粒间结合力强的二次颗粒，然后由二次颗粒彼此通过软团聚作用再凝聚。所以，硅灰中SiO2微球团聚体的解聚必须针对这些特点来进行。
[0005] 由于固体颗粒间的硬团聚主要发生在颗粒的制备过程，所以在制备环节中防止颗粒形成团聚是消除硬团聚问题的主要措施。如在制备二氧化钛(TiO2)纳米颗粒过程中，使用含乙醇混合溶剂、添加表面活性剂或将产物保存在溶剂中等方法对颗粒团聚进行控制即可防止形成硬团聚，这些方法效率低、控制能力有限，而且无法控制作为副产物的颗粒团聚。
[0006] 技术方案
[0007] 本方法的目的是解决电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球团聚严重、难以实现稳定分散问题。
[0008] 为提高电熔法生产ZrO2副产物硅灰的使用性能和利用价值，解决其难以在生成SiO2颗粒过程中控制团聚等问题，本发明根据电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球的性质和团聚特点提供一种实现电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球颗粒解聚的方法，发明内容主要包括：制备硅灰粉体-水悬浮液，对硅灰粉体-水悬浮体实施碱溶处理、硅灰-碱溶产物水洗、硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散、硅灰-研磨产物过滤干燥五个步骤。
[0009] 实现工业电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚的具体方法和步骤是：
[0010] (一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：按重量百分比硅灰粉体20％-50％，水50％-80％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌30-40min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
[0011] (二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到11-13范围，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌20～30min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
[0012] (三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于三足离心机或板框压滤机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌20～30min，再将悬浮液过滤，视为水洗1次。重复搅拌水洗步骤3次。
[0013] (四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：选取硅酸钠作分散剂，将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入水50％-80％和硅酸钠溶液0.5％，搅拌15～20min得到悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨或卧式砂磨机中，加入占其中硅灰2-3倍重量、直径为1-3mm的莫来石球珠，并搅拌研磨30-45min；
[0014] (五)硅灰-研磨产物过滤干燥：将按步骤(四)得到的研磨后硅灰-水悬浮液过滤得到滤饼、滤饼置于烘箱干燥，或将硅灰-水悬浮液直接用闪蒸干燥机干燥，得到电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚和分散产物。
[0015] 优选地，所述的步骤(一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：按重量百分比硅灰粉体35％，水65％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌35min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
[0016] 优选地，所述的步骤(二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到12.5，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌20min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
[0017] 优选地，所述的步骤(三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于板框压滤机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌20min，再将悬浮液用板框压滤机过滤，视为水洗1次；重复搅拌水洗步骤3次。
[0018] 优选地，所述的步骤(四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：选取硅酸钠作为分散剂，将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入59.8％的水和0.2％的硅酸钠溶液，搅拌20min得到硅灰-水悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨中，加入占其中硅灰3倍重量、直径为1：2：3mm比例为2:3:5的莫来石球珠，并搅拌研磨40min。
[0019] 进一步，所述的步骤(一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：工按重量百分比硅灰粉体25％，水75％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌40min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
[0020] 进一步，所述的步骤(二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到11.5，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌25min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
[0021] 进一步，所述的步骤(三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于三足离心机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌25min，再将悬浮液用三足离心机过滤，视为水洗1次；重复上述搅拌水洗步骤3次。
[0022] 进一步，所述的步骤(四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入64.825％的水和占其中硅灰重量0.175％的硅酸钠溶液，搅拌20min得到硅灰-水的悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨中，加入占其中硅灰2.5倍重量、直径1：2：3mm比例2:3:5的莫来石球珠，并搅拌研磨35min。
[0023] 本发明创新性及其原理描述为：(1)硅灰水悬浮液碱溶处理工艺：在电熔法生产ZrO2副产物硅灰中，单个SiO2微球间一般通过脱羟基反应形成Si-O-Si键而牢固结合，并由此聚集成硬团聚性质的二次颗粒。对硅灰水悬浮液进行碱溶处理，可使Si-O-Si键通过与-OH反应而断开或弱化，从而消除或降低一次颗粒之间的作用力，为其解聚创造条件。具体反应为：Si-O-Si+OH-→Si-OH+Si-O-；(2)碱溶后硅灰水悬浮液介质研磨：在SiO2微球颗粒间结合作用力被弱化的基础上，通过研磨介质的冲击、剪切和剥离作用，克服SiO2微球间的结合力，实现硅灰中SiO2微球的解聚。(3)分散剂的作用：在硅灰-水悬浮液碱溶、介质研磨使其中SiO2微球实现解聚的前提下，再加入分散剂硅酸钠，阻止被解聚的SiO2微球颗粒之间再次团聚。
具体实施方式
[0024] 实现一种生产氧化锆的副产物硅灰中二氧化硅微球解聚方法，具体实施方式是：
[0025] 实施例1：
[0026] 解聚处理对象为工业电熔法生产ZrO2副产物硅灰，其化学成分SiO2，非晶态物相。硅灰为白色粉体，由一次颗粒粒度为0.5～3μm的微米级球形颗粒组成，粗端粒径D90为
18.551μm，中位径D50为2.582μm。
[0027] 电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚工艺步骤：
[0028] (一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：按重量百分比硅灰粉体35％，水65％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌35min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
[0029] (二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到12.5，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌20min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
[0030] (三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于板框压滤机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌20min，再将悬浮液用板框压滤机过滤，视为水洗1次。重复搅拌水洗步骤3次。
[0031] (四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：选取硅酸钠作为分散剂，将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入59.8％的水和0.2％的硅酸钠溶液，搅拌20min得到硅灰-水悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨中，加入占其中硅灰3倍重量、直径为1：2：3mm比例为2:3:5的莫来石球珠，并搅拌研磨40min；
[0032] (五)硅灰-研磨产物过滤干燥：将按步骤(四)得到的研磨后硅灰-水悬浮液过滤、滤饼用烘箱干燥，得到电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚和分散产物。
[0033] 实施例2：
[0034] 解聚处理对象为工业电熔法生产ZrO2副产物硅灰，其化学成分SiO2，非晶态物相。硅灰为白色粉体，由一次颗粒粒度为0.5～3μm的微米级球形颗粒组成，粗端粒径D90为
18.551μm，中位径D50为2.582μm。
[0035] 电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚工艺步骤：
[0036] (一)硅灰粉体-水悬浮液的制备：工按重量百分比硅灰粉体25％，水75％称取硅灰和水，混合并置于搅拌机高速搅拌40min制备成硅灰粉体-水悬浮液。
[0037] (二)硅灰粉体-水悬浮液的碱溶处理：选取氢氧化钠作为碱处理剂，向按步骤(1)制得的硅灰粉体-水悬浮液中缓慢加入浓度20％的氢氧化钠溶液，搅拌并测量溶液pH值，待悬浮液pH值达到11.5，停止加入氢氧化钠溶液，并继续搅拌25min，得到硅灰-碱溶产物悬浮液。
[0038] (三)硅灰-碱溶产物水洗：将按步骤(二)制得的硅灰-碱溶产物悬浮液置于三足离心机中过滤得到滤饼，然后将滤饼置于高速搅拌机中加水搅拌25min，再将悬浮液用三足离心机过滤，视为水洗1次。重复上述搅拌水洗步骤3次。
[0039] (四)硅灰-碱溶产物研磨机介质研磨及分散剂分散：将按步骤(三)得到的水洗3次的滤饼加入64.825％的水和占其中硅灰重量0.175％的硅酸钠溶液，搅拌20min得到硅灰-水的悬浮液，将该悬浮液置于立式搅拌磨中，加入占其中硅灰2.5倍重量、直径1：2：3mm比例2:3:5的莫来石球珠，并搅拌研磨35min；
[0040] (五)硅灰-研磨产物过滤干燥：将按步骤(四)得到的研磨后硅灰-水悬浮液直接用闪蒸干燥机干燥，得到电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚和分散产物。
[0041] 按实施例1和实施例2分别制得的电熔法生产ZrO2副产物硅灰中SiO2微球解聚和分散产物的主要粒度指标列于表1，经解聚分散后的硅灰的粗端粒度(D90)已接近SiO2微球一次颗粒粒径范围0.5-3μm。
[0042] 表一经解聚分散后硅灰的粒度分布情况
[0043]
[0044]
[0045] 以上说明是依据本发明的构思和工作原理并实施该发明构思和工作原理的最佳实施例。上述实施例不应理解为对本发明构思和工作原理的限定，依照本发明构思的其他实施例和实现方式，以及实施例和实现方式的组合均属于本发明的保护范围。
