Transformación de silicato de circonio mediante un método termo-químico para la obtención de ZrO2

Abstract

RESUMEN : A través de esta investigación, se ha desarrollado una metodología para producir circona estabilizada en sus fases tetragonal y cúbica (t-ZrO2 y c-ZrO2, respectivamente) a partir del silicato de circonio (ZrSiO4) de tamaño submicrométrico de referencia comercial Armin 05-U. Esta metodología incluye la aglomeración mediante peletización en tambor rotatorio, de los polvos de ZrSiO4 junto con agentes fundentes y/o reductores, con el propósito de asegurar un rango de tamaño adecuado para ser atomizados mediante llama oxiacetilénica usando una antorcha TERODYN 2000 modificada, así como para obtener las fases cristalinas deseadas. Con el fin de llevar a cabo diferentes tratamientos térmicos sobre las partículas en su paso por la llama oxiacetilénica, se varió la relación oxigeno:acetiléno y el rango de tamaño de los aglomerados alimentados a la antorcha, buscando una completa descomposición térmica del circón, incluyendo materiales como el CaCO3, que actúa como agente fundente y estabilizador, y el carbón, utilizado como agente fundente y reductor, para facilitar la formación de silicatos amorfos. Se ha descubierto que el tratamiento térmico realizado a cada partícula influye directamente en la cristalización de los granos de circona, lo que ha permitido proponer un posible mecanismo de nucleación homogénea, conduciendo a la formación de granos con morfologías de esferulitas. Los resultados de este trabajo ofrecen una circona de alta calidad que puede servir como materia prima valiosa, procesada localmente, para aplicaciones en ingeniería avanzada y en proyección térmica. Este enfoque promete contribuir tanto a la industria local como a la sostenibilidad ambiental.

ABSTRACT : Through this research, a methodology has been implemented to produce stabilized zirconia in its tetragonal and cubic phases (t-ZrO2 and c-ZrO2, respectively) from submicrometrical particles of zirconium silicate Armin 05-U. This approach involves the agglomeration of ZrSiO4 powders along with fluxing and/or reducing agents to ensure an appropriate size range to feed a modified TERODYN 2000 torch, as well as to obtain the desired crystalline phases. In order to carry out different thermal treatments during the in-flight particles in the oxyacetylene flame, the oxygen: acetylene ratio and the size range of the agglomerates fed to the torch were varied, seeking a complete thermal decomposition of the zircon. Previously to the agglomeration process, the ZrSiO4 particles were mixed with ground wood charcoal particles, which acts as both fluxing and reducing agent, as well as with CaCO3 particles acting as a fluxing and stabilizing agent, in order to promote the formation of amorphous silicates. It has been found that thermal treatment performed to the particles directly influences the crystallization of zirconia grains, allowing for the proposal of a possible homogeneous nucleation mechanism, leading to the formation of grains with spherulitic morphologies. The results of this work provide high-quality zirconia that can serve as valuable, locally processed raw materials for applications in advanced engineering, as well as in thermal spraying process for manufacturing coatings. This approach promises to contribute to both the local industry and environmental sustainability.