[发明专利]一种用用后耐火材料合成SiC的方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料的合成技术领域，特别是提供了一种用用后耐火材料烧结合成SiC的方法。

背景技术

SiC是一种共价键性很强的难熔非氧化物，在大气压下，约2600℃温度下分解为石墨和气相，另外还具有机械强度高、热导率好、耐磨性和抗侵蚀性能优异等特性，因此在磨料磨具、耐火材料、高温结构陶瓷、高温冶金等工业领域应用广泛。工业碳化硅一般混入少量的游离碳、二氧化硅和硅等杂质。SiC在高温冶金与材料行业中应用广泛，可以作为高温炉导电发热体，也可以作为耐火材料，例如高炉用Si₃N₄结合SiC砖，或加入含碳耐火材料材料中作为添加剂广泛使用。

目前，我国每年消耗耐火材料约800万t，其中钢铁工业用后耐火材料占有较大的比例，约占55％左右，钢铁工业吨钢耐火材料消耗量由建国初期的50kg降到了目前10kg左右。由于我国基础建设、产业升级、商业需求等方面对钢铁材料的需求，我国钢铁年产量大幅度增长，用后耐火材料总量仍居高不下。合理利用用后耐火材料，节约资源，开发新技术，对于提高工业生产效益和环境保护都有十分重要的意义。

目前虽然国内在技术领域内制备SiC材料的方法已有多种报道，但以用后耐火材料为主原料合成SiC的方法未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用用后硅砖与活性碳反应合成SiC的方法，制备用的原材料为冶金高温工业用后耐火材料，烧结合成反应后生成了纯度较高的SiC，高温反应下合成了以β-SiC为主晶相的材料，其含量可达90％以上。

本发明以用后耐火材料为原料合成SiC材料，工艺步骤为：

(1)按配方组配原料：原料配方按质量百分比计：用后硅砖：55～75％；活性碳或碳黑：25～45％；

其中用后硅砖所含主要成分按质量百分比计是：SiO₂:90～100％，杂质相0～10％；

(2)粉碎：将用后硅砖球磨机中混磨至粒径40～50um；

(3)混料、成型：将硅砖粉与活性碳/碳黑按比例混合，以羧甲基纤维素钠或聚乙烯醇为粘接剂，拌匀后以30～40MPa压力下成型：

(4)高温合成：合成采用空气中埋碳控制得到还原气氛体系，温度升至1300℃～1600℃，保温1～8h。

本发明的优点在于：

本发明找到了一种用后耐火材料二次利用的方法，不仅节约了原料成本，且无需经过精细选料，有益于能源节约，避免资源浪费。采用本方法合成的SiC纯度较高，晶体发育较好，具有较好的使用前景。

本发明工艺方法可控，充分利用了用后硅砖，为用后耐火材料的资源化综合利用提供了一项得力有效的措施，大幅度降低了产品的生产制造成本，提高产品附加值，并必将显著改善社会环境

附图说明

图1为本发明的合成工艺流程图。

图2为合成SiC的XRD图(1450℃，保温4h，硅砖加入量64％)。

图3为合成SiC的XRD图(1550℃，保温4h，硅砖加入量55％)。

图4为图3合成SiC的SEM照片。

具体实施方式

实施例1

本发明按照质量百分比计的具体配方是：用后硅砖64％，活性碳36％。

(1)按照配方分别称量用后硅砖和活性碳；

(2)将用后硅砖磨料至粒径小于44um；

(3)将干燥的原料添加少量粘结剂，在40MPa的压力下机压成型；

(4)在空气中埋碳下升温至1450℃，保温4h；

结构表征：XRD结果(如图2所示)显示合成出SiC含量较高的材料，还可以看出还含有部分方石英领域磷石英。

实施例2

本发明按照质量百分比计的具体配方是：用后硅砖55％，活性碳45％。

(1)按照配方分别称量用后硅砖和活性碳；

(2)将用后硅砖磨料至粒径小于44um；

(3)将干燥的原料添加少量粘结剂，在40MPa的压力下机压成型；

(4)在空气中埋碳下升温至1550℃，保温4h；

结构表征：XRD结果(如图3所示)显示合成出SiC含量较高的材料，还可以看出还含有第二相氮氧化物Si₂N₂O，Si₂N₂O具有优异的高温使用性能，在合成材料中作为第二相对材料其有益的作用。由图4可以看出形成了较大颗粒的晶体，能谱分析表明其主要元素为Si和C，故其为SiC层状晶体。