二氧化锆:锆的主要氧化物-中文百科頻道

結構

自然界中以少見的斜锆石存在，為單斜晶系結構。高熔點的立方氧化锆也是二氧化锆晶型之一，自然界以等軸鈣锆钛礦（(Zr,Ti,Ca)O2）少量存在，但多為人工合成，用作鑽石的替代品。二氧化锆還有另外一種四方晶系晶型。這三者之間的轉變溫度受雜質影響很大，因此很難确定，大緻可分常溫是單斜結晶，1170℃時轉為四角正方結晶，2370℃以上成為立方結晶。熔點約 2700℃，沸點約 4300℃。

性質

物理性質

白色重質無定形粉末。無臭。無味。在1100℃以上形成四方晶體，在1900℃以上形成立方晶體。

化學性質

由灼燒二氧化锆水合物或揮發性含氧酸锆鹽所得的二氧化锆為白色粉末，不溶于水；經由輕度灼燒所得的二氧化锆，比較容易被無機酸溶解；強熱灼燒所得的二氧化锆隻溶于濃硫酸和氫氟酸；經過熔融重結晶的二氧化锆隻與氫氟酸作用。

二氧化锆是一種兩性氧化物，與堿共熔可形成锆酸鹽，但锆酸鹽遇水容易水解為ZrO2·xH2O而沉澱。

二氧化锆與碳和氯氣高溫反應，或者與四氯化碳反應，生成四氯化锆及二氯氧化锆，水解又得到二氧化锆。它在電弧中與碳作用生成碳化锆。

應用領域

一般用途

金屬锆及其化合物的原料

用于制金屬锆和锆化合物、制耐火磚和坩鍋、高頻陶瓷、研磨材料、陶瓷顔料和锆酸鹽等主要用于壓電陶瓷制品、日用陶瓷、耐火材料及貴重金屬熔煉用的锆磚、锆管、坩埚等。也用于生産鋼及有色金屬、光學玻璃和二氧化锆纖維。還用于陶瓷顔料、靜電塗料及烤漆。用于環氧樹脂中可增加耐熱鹽水的腐蝕。

耐火材料

氧化锆纖維是一種多晶質耐火纖維材料。由于ZrO2物質本身的高熔點、不氧化和其他高溫優良特性，使得ZrO2纖維具有比氧化鋁纖維、莫來石纖維、矽酸鋁纖維等其他耐火纖維品種更高的使用溫度。氧化锆纖維在1500℃以上超高溫氧化氣氛下長期使用，最高使用溫度高達2200℃，甚至到2500℃仍可保持完整的纖維形狀，并且高溫化學性質穩定、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震、不揮發、無污染，是目前國際上最頂尖的一種耐火纖維材料。ZrO2的耐酸堿腐蝕能力大大強于SiO2和Al2O3。不溶于水，溶于硫酸及氫氟酸；微溶于鹽酸和硝酸。能與堿共熔生成锆酸鹽。

燃氣輪機

等離子噴塗二氧化锆熱障塗層在航空及工業用燃氣輪機上的應用已有很大進展，在一定限度内已經用于燃氣輪機的渦輪部分。由于這種塗層可以降低氣冷高溫部件的溫度50-200℃，因此可以顯著地改善高溫部件的耐久性,或者容許提高燃氣溫度或減少冷卻氣體的需用量而保持高溫部件所承受的溫度不變，從而提高發動機的效率。

陶瓷材料

因為氧化锆的折射率大、熔點高、耐蝕性強，故用于窯業原料。壓電陶瓷制品有濾波器、揚聲器超聲波水聲探測器等。還有日用陶瓷（工業陶瓷釉藥）、貴重金屬熔煉用的锆磚及锆管等。納米級氧化锆還可以用作抛光劑、磨粒、壓電陶瓷、精密陶瓷、陶瓷釉料和高溫顔料的基質材料。

其他

此外氧化锆可用于白熱煤氣燈罩、搪瓷、白色玻璃、耐火坩埚等的制造。X射線照相。研磨材料。與钇一起用以制造紅外線光譜儀中的光源燈，厚膜電路電容材料，壓電晶體換能器配方。

不法用途

以二氧化锆粉末為原材料，經化工場熔爐再結晶而制成人工合成品，冒充天然水晶，成本僅20港币。

生産

生産方法

1.氯氧化锆熱解法：锆英石與燒堿在650℃熔融，熱水浸出熔融體，矽呈矽酸鈉形态與锆酸鈉分離。再用硫酸處理，得硫酸锆溶液，進一步除雜質後加氨水，沉澱出氫氧化锆。加鹽酸溶解氫氧化锆，得到氯氧化锆，經蒸發濃縮、冷卻結晶、粉碎、焙燒，即得二氧化锆成品；另外，還可以将易提純的锆化合物熱分解或氧化分解，以制備高純氧化锆。

2.膠體法：在氧化锆溶液中，加入二氧化矽溶膠配成膠體溶液，經噴吹、拉絲法成型，經幹燥後燒結成纖維。

3.擠壓法：将氧化锆溶膠或氧化锆粒子和增稠劑制成坯，利用液壓或利用螺旋絞刀的推進作用将坯料從機型口擠出并成細絲，再經燒結固化即成纖維。該法制得的纖維較粗，纖維的強度也較低。

4.浸漬法：先将黏膠絲或整個織物長時間浸泡在氫氧化锆溶液中，使黏膠纖維溶脹，然後經熱解、煅燒即得到具有一定拉伸強度的氧化锆纖維。

5.水解法：以氧氯化锆為原料水解制備高純超細二氧化锆，将0.2-0.3mol/L的高純氧氯化锆溶液加去離子水水解，并長時間煮沸氧氯化锆溶液，使水解生成的氯化氫不斷蒸發除去，水解反應在沸騰下進行50h以上，再過濾，用去離子水洗、幹燥、煅燒粉碎，制得産品。

6.高溫水解法：将1mol/L的高純氧氯化锆溶液噴入溫度為1000℃的分解爐中，微小的氧氯化锆液滴先是水分蒸發，然後水解生成二氧化锆。分解後的二氧化锆經旋風分離器收集，再經酸洗、水洗、烘幹，得産品。

7.溶膠-凝膠法：在锆醇[ZrO(C3H7)4]中加入醇和水，再加入催化劑，經充分混合後，開始分解，放置使其膠化及成黏稠液體，選擇适當黏度，進行幹燥再加熱至500-1000℃，高溫度纖維化燒成即得産品。

8.醇鹽水解法：以四氯化锆、氨和丙醇為原料制備高純超細二氧化锆，在苯溶劑存在下将高純四氯化锆和丙醇、氨于5℃反應制得锆醇鹽，經過濾分離除去氯化铵，再加水水解沉澱、過濾，不小于100℃幹燥、煅燒、粉碎得産品，水解條件直接影響産品粒徑、形狀和凝聚狀況。該法可制得粒子大小和形狀均勻、結構相單一的ZrO2。

9.将氧氯化锆（ZrCl2O·8H2O）用鹽酸或甲醇重結晶，經高溫煅燒，制得成品。

10.将四烷氧基锆蒸餾提純，其蒸氣在350-500℃分解，得成品。

11.将四氯化锆蒸餾提純，其蒸氣與過量氧氣在1200℃反應，得二氧化锆。

制取工藝

工業用耐火材料的穩定氧化锆，大多數用電熔法制取。在锆英石電熔過程中加入碳及穩定劑氧化鈣，在除矽的同時，氧化锆和氧化鈣作用生成固溶體，再經粉碎和整粒處理，即可制得穩定氧化锆。精細陶瓷所用的穩定和部分穩定氧化锆一般采用濕法制取。目前最成熟和常用的是中和沉澱法，其制取工藝見圖。将提純過的氯氧化锆用純水溶解，過濾除去不溶物，調整溶液中的锆濃度，并加入需要量的氯化钇溶液（或其他稀土金屬或堿土金屬的氯化物溶液）後，加氨水中和沉澱。沉澱物用熱水洗滌後，再經過濾、幹燥和煅燒。煅燒産品經粉碎等處理便可獲得超微細的穩定氧化锆粉末。

部分穩定氧化锆是控制加入穩定劑的量，使其不足以達到完全穩定而制得的。部分穩定氧化锆具有高強度和抗熱震性能，在結構陶瓷中有着相當廣泛的用途。