[发明专利]利用生物质电厂灰制备Si3N4/SiC复合陶瓷粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于Si₃N₄/SiC复合陶瓷粉末技术领域。具体涉及一种利用生物质电厂灰制备Si₃N₄/SiC复合陶瓷粉末的方法。

背景技术

生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，同时也是唯一可再生的碳源。生物质能通常用稻壳、秸秆、树皮等“绿色能源”作为燃料来发电。

随着生物质电厂的发展，以稻壳、秸秆和薪材等生物质为原料进行发电，将产生大量电厂灰。这种固体废弃物如不能进行资源化利用，将会对环境造成污染。生物质电厂灰的主要成分为SiO₂和残余的碳以及Al、Fe、Ca、K和Mg等杂质元素。若能将其进行综合利用，形成生物质-发电-原材料循环经济产业链，将完全解决生物质能电厂废料的环境污染问题。由于生物质电厂灰的化学成分与稻壳灰有很大差异，含有的杂质元素较多，并不能简单地作还田处理，其高效综合利用已成为亟待解决的问题。

Si₃N₄和SiC均为共价键性极强的化合物，有相似的物理和化学性能。Si₃N₄/SiC复合陶瓷，具有许多良好的物化性能：具有高温强度高、导热系数高、热震稳定性好、荷重软化点高、较低的热膨胀系数、抗高温蠕变、抗酸能力强、不被有色金属润湿和抗氧化性能好等特点，可被广泛用于高温陶瓷部件、卫生陶瓷、电子陶瓷、建筑陶瓷和磨具等，作为高温陶瓷窑具也有着广阔的市场。

对于Si₃N₄/SiC材料的研究一直受到国内外研究人员的广泛关注。国内学者近年对该材料也进行了大量研究，并取得较大的进展。目前生产Si₃N₄/SiC材料普遍采用的工艺是在SiC原料中掺入Si粉，成型后在氮气气氛中反应烧结(1200～1400℃)。但是采用的原料SiC和硅单质均由高温冶炼制得，其工艺复杂、生产耗能和成本高。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种原料丰富、固体废弃物综合利用、成本低、工艺简单和易于工业化生产的利用生物质电厂灰制备Si₃N₄/SiC复合陶瓷粉末的方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：按SiO₂与C的摩尔比为1︰(2～7)，先将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5～60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1530～1580℃条件下煅烧2～8小时，随炉自然冷却至室温，制得到Si₃N₄/SiC复合陶瓷粉末。

其中，氮气流量为0.05～0.25L/min。

所述的生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，生物质电厂灰中的SiO₂含量>60wt%；所述燃料为稻壳、薪材和秸秆。

所述的碳素材料中的C含量>90wt%，粒度<0.1mm；碳素材料为炭黑、活性炭、石墨和焦炭中的一种。

由于采用上述技术方案，本发明所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，制备的复合陶瓷粉末中Si₃N₄和SiC物相由原料经过碳热还原氮化反应生成，原料中的杂质元素Fe转化为Fe₃Si，充分利用了生物质电厂灰的化学组分，易于工业化生产，为高性能陶瓷材料的制备提供了优良的原料。

本发明实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用的原料并非高温冶炼制得的SiC和硅单质，故工艺简单和生产耗能小，不仅能降低Si₃N₄/SiC复合陶瓷材料的生产成本，且能促使生物质-发电-原材料的循环经济产业链的形成。

因此，本发明具有原料丰富、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物综合利用的特点。

附图说明

图1为本发明制备的一种Si₃N₄/SiC复合陶瓷粉末XRD图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。