CN101234902B - 利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法 - Google Patents
利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101234902B CN101234902B CN2008100337359A CN200810033735A CN101234902B CN 101234902 B CN101234902 B CN 101234902B CN 2008100337359 A CN2008100337359 A CN 2008100337359A CN 200810033735 A CN200810033735 A CN 200810033735A CN 101234902 B CN101234902 B CN 101234902B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- content
- blast furnace
- furnace slag
- ceramic material
- sialon ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明涉及一种陶瓷材料技术领域的利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法。本发明采用铝灰和高炉渣为原材料，利用铝灰中本身含有的金属铝，并添加金属硅作还原剂，通过铝热硅热复合还原氮化法合成Sialon陶瓷材料。本发明工艺简便，适用性广泛，通过将废铝灰和高炉渣这两种难以处理的废弃物，制备成具有广泛用途的Sialon陶瓷材料，既降低了生产Sialon陶瓷材料的成本，又利用了容易造成环境污染的废弃物。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料技术领域的材料的合成方法，具体是一种利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法。
背景技术
铝灰是电解铝生产过程中产生的废弃物，据统计，每生产1000t铝，就要产生25t左右的铝灰。高炉渣是炼铁排放出的矿渣，随着钢铁工业的快速发展，高炉渣的排放量日益增加。目前对这些废渣废灰的处理通常采用填埋和堆积方式，既造成了资源浪费，同时也造成环境的污染，因此，加强对工业固体废弃物的综合利用已势在必行。Sialon材料因其优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是极具发展潜力的高温结构陶瓷之一。采用纯净的化学原料合成Sialon材料成本高，这使其商业应用受到限制。因此，采用低成本的方法制备性能优异的Sialon材料具有广阔的应用前景。
经对现有技术的文献检索发现，公开号为CN1772703的中国专利公开了一种利用含钛高炉渣制备TiN/(Ca，Mg)α′-Sialon复相陶瓷材料的方法，以含钛高炉渣为原料，采用碳热还原氮化的方法制备TiN/(Ca，Mg)α′-Sialon复相陶瓷材料。由于高炉渣成分的局限性，只能合成复相材料，未能合成单一的Sialon陶瓷材料。检索中还发现，公开号为CN101066872的中国专利介绍了一种采用20～96wt％的铝灰、0.5～55wt％的铝矾土熟料细粉、0.5～60wt％的SiO2细粉、0～10wt％的金属铝细粉和0～43wt％的单质硅细粉为原料，制备Sialon复合陶瓷材料的方法。该方法除铝灰外，需要采用较多的添加物，工艺复杂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，使其克服一种固体废弃物成分、不易合成性能优异的单相材料，由于铝灰的主要成分是Al2O3、SiO2和金属Al，而高炉渣的主要成分是CaO、Al2O3、SiO2和MgO，采用铝灰和高炉渣为主要原料，在选择原料配比的时候，比采用单一的废弃物为原料具有更大的灵活性。
本发明是通过以下技术方案实现的，采用铝灰和高炉渣为原料，利用铝灰中本身含有的金属铝，并添加金属硅作还原剂，通过采用铝热硅热复合还原氮化法合成Sialon陶瓷材料，实现废铝灰和高炉渣的循环再利用和环境保护。
本发明方法包括以下步骤：
第一步，将铝灰、高炉渣和金属硅按重量百分比分别为：20％～60％，5％～40％和20％～60％的范围内配比，三者之和为100％，外加重量百分比为2％～5％的Si3N4粉，混合均匀成型；
第二步，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加温到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1400℃～1500℃、保温2h～5h；
第三步，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到α-Sialon陶瓷材料。
所述铝灰主要成份重量百分含量为：Al2O3含量20～50％，Al含量15～40％，SiO2含量5～15％，MgO含量5～15％，TiO2含量1～3％，Fe2O3含量2～5％，CaO含量2～6％。
所述高炉渣主要成分重量百分含量为：CaO含量39.2％，Al2O3含量15.9％，SiO2含量34.9％，MgO含量7.3％，MnO含量0.63％，Fe2O3含量0.48％。
所述金属硅中Si重量百分含量大于97％。
所述Si3N4粉中α-Si3N4重量百分含量大于95％。
本发明采用铝灰和高炉渣原位合成α-Sialon陶瓷材料，工艺简便，适用性广泛。通过将废铝灰和高炉渣这两种难以处理的废弃物，制备成具有广泛用途的Sialon陶瓷材料，既降低了生产Sialon陶瓷材料的成本，又利用了容易造成环境污染的废弃物，带来了广泛的综合社会效益和经济价值。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
废铝灰主要成份：Al2O3含量37.38％，Al含量18.08％，SiO2含量11.9％，MgO含量7.5％，TiO2含量2.1％，Fe2O3含量4.1％，CaO3.8％。高炉渣主要成分：CaO含量39.2％，Al2O3含量15.9％，SiO2含量34.9％，MgO含量7.3％，MnO含量0.63％，Fe2O3含量0.48％。金属硅主要成分：Si含量97.5％。Si3N4粉主要成分：α-Si3N4含量95％。
按重量百分比废铝灰30％、高炉渣30％和金属硅40％分别称取原料，外加重量百分比3％的Si3N4粉，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加温到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1400℃～1500℃、保温2h～5h，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到α-Sialon陶瓷材料。
通过X射线衍射分析，主要物相是α-Sialon相。
实施例2：
废铝灰主要成份：Al2O3含量37.38％，Al含量18.08％，SiO2含量11.9％，MgO含量7.5％，TiO2含量2.1％，Fe2O3含量4.1％，CaO3.8％。高炉渣主要成分：CaO含量39.2％，Al2O3含量15.9％，SiO2含量34.9％，MgO含量7.3％，MnO含量0.63％，Fe2O3含量0.48％。金属硅主要成分：Si含量97.5％。Si3N4粉主要成分：α-Si3N4含量95％。
按重量百分比废铝灰30％、高炉渣25％和金属硅45％分别称取原料，外加重量百分比3％的Si3N4粉，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加温到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到i000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1400℃～1500℃、保温2h～5h，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到α-Sialon陶瓷材料。
通过X射线衍射分析，主要物相是α-Sialon相。
实施例3：
废铝灰主要成份：Al2O3含量37.38％，Al含量18.08％，SiO2含量11.9％，MgO含量7.5％，TiO2含量2.1％，Fe2O3含量4.1％，CaO3.8％。高炉渣主要成分：CaO含量39.2％，Al2O3含量15.9％，SiO2含量34.9％，MgO含量7.3％，MnO含量0.63％，Fe2O3含量0.48％。金属硅主要成分：Si含量97.5％。Si3N4粉主要成分：α-Si3N4含量95％。
按重量百分比废铝灰30％、高炉渣15％和金属硅55％分别称取原料，外加重量百分比3％的Si3N4粉，混合均匀成型，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加温到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1400℃～1500℃、保温2h～5h，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到α-Sialon陶瓷材料。
通过X射线衍射分析，主要物相是α-Sialon相。
Claims (5)
1.一种利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，其特征在于，采用铝灰和高炉渣为原料，利用铝灰中本身含有的金属铝，并添加金属硅作还原剂，通过采用铝热硅热复合还原氮化法合成Sialon陶瓷材料，包括以下步骤：
第一步，将铝灰、高炉渣和金属硅按重量百分比分别为：20％～60％，5％～40％和20％～60％的范围内配比，三者之和为100％，外加重量百分比为2％～5％的Si3N4粉，混合均匀成型；
第二步，成型后的坯体在流动的氮气气氛下于反应炉中先加温到700℃～900℃、保温0.5h～2h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1000℃～1200℃、保温0.5h～2h，然后以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1250℃～1350℃、保温2h～5h，再以2℃/min～5℃/min的升温速度加温到1400℃～1500℃、保温2h～5h；
第三步，最后在氮气保护下自然冷却到室温，得到α-Sialon陶瓷材料。
2.根据权利要求1所述的采用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，其特征是，所述铝灰包含的成份重量百分含量为：Al2O3含量20～50％，Al含量15～40％，SiO2含量5～15％，MgO含量5～15％，TiO2含量1～3％，Fe2O3含量2～5％，CaO含量2～6％。
3.根据权利要求1所述的采用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，其特征是，所述高炉渣包含的成份重量百分含量为：CaO含量39.2％，Al2O3含量15.9％，SiO2含量34.9％，MgO含量7.3％，MnO含量0.63％，Fe2O3含量0.48％。
4.根据权利要求1所述的采用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，其特征是，所述金属硅中Si重量百分含量大于97％。
5.根据权利要求1所述的采用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法，其特征是，所述Si3N4粉中α-Si3N4重量百分含量大于95％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100337359A CN101234902B (zh) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100337359A CN101234902B (zh) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101234902A CN101234902A (zh) | 2008-08-06 |
| CN101234902B true CN101234902B (zh) | 2010-07-21 |
Family
ID=39918845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100337359A Expired - Fee Related CN101234902B (zh) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | 利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101234902B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101607821B (zh) * | 2009-07-13 | 2011-11-09 | 西安建筑科技大学 | 一种利用气化炉渣合成Ca-α-Sialon的方法 |
| CN110203894B (zh) * | 2019-06-26 | 2021-09-24 | 西北农林科技大学 | 一种利用铝灰渣制备β-SiAlON的方法 |
| CN114105610A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-01 | 武汉大学(肇庆)资源与环境技术研究院 | 一种铝灰基多孔陶瓷材料及其制备方法 |
| CN114516759A (zh) * | 2022-02-10 | 2022-05-20 | 贵州理工学院 | 一种工业废渣制备Sialon材料的方法 |
| CN116410006A (zh) * | 2023-04-06 | 2023-07-11 | 江苏沙钢集团有限公司 | 一种β-Sialon-Al2O3-SiC复合陶瓷材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1349956A (zh) * | 2001-09-14 | 2002-05-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低成本合成赛隆陶瓷粉料的方法 |
| CN1546429A (zh) * | 2003-12-03 | 2004-11-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种具有高红外透过率的α塞隆陶瓷材料及制备方法 |
| CN1915907A (zh) * | 2006-09-06 | 2007-02-21 | 哈尔滨工业大学 | 透红外α－sialon陶瓷材料及其制备方法 |
-
2008
- 2008-02-21 CN CN2008100337359A patent/CN101234902B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1349956A (zh) * | 2001-09-14 | 2002-05-22 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种低成本合成赛隆陶瓷粉料的方法 |
| CN1546429A (zh) * | 2003-12-03 | 2004-11-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种具有高红外透过率的α塞隆陶瓷材料及制备方法 |
| CN1915907A (zh) * | 2006-09-06 | 2007-02-21 | 哈尔滨工业大学 | 透红外α－sialon陶瓷材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101234902A (zh) | 2008-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101234902B (zh) | 利用铝灰和高炉渣合成α-Sialon陶瓷材料的方法 | |
| CN101456575B (zh) | 利用钙渣制备六铝酸钙陶瓷粉体的方法 | |
| CN101353256A (zh) | 利用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体的方法 | |
| Ma et al. | Effects of processing parameters and rare earths additions on preparation of Al2O3-SiC composite powders from coal ash | |
| CN102730690A (zh) | 一种Al4SiC4材料的合成方法 | |
| CN101973774A (zh) | 一种抗水化高钙镁钙砖及其生产工艺 | |
| CN111875398B (zh) | 氮化物-碳化硅-镁铝尖晶石复相耐火材料制品及制备方法 | |
| CN103641484A (zh) | 利用生物质电厂灰制备Si3N4/SiC复合陶瓷粉末的方法 | |
| Li et al. | Preparation of SiC from acid‐leached coal gangue by carbothermal reduction | |
| CN1223550C (zh) | 一种塞隆结合耐火材料 | |
| CN100564315C (zh) | 一种Sialon复合陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN103351166B (zh) | 六铝酸钙/钙铝黄长石复相隔热保温耐火材料及其制备方法 | |
| CN100361895C (zh) | 利用铁矿石尾矿制备SiC复相材料的方法 | |
| CN101298389B (zh) | 碳质耐火材料用含硼添加剂及其制备方法 | |
| CN102557686B (zh) | 一种稀土改性铝氮质摆动流嘴浇注料 | |
| CN105152663A (zh) | 一种氮化硅结合氮化硅铁材料的制备方法 | |
| CN102206079A (zh) | 一种大尺寸Ti3SiC2陶瓷材料的制备方法 | |
| CN103641486A (zh) | 一种制备O`-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法 | |
| CN105503193B (zh) | 一种利用蓝晶石选矿尾矿转型转相制备Sialon/Si3N4-SiC复相耐高温材料的制备方法 | |
| CN106977181A (zh) | 一种转炉炉帽用镁铝钙钛碳砖及其制备方法 | |
| CN114349520A (zh) | 一种高炉本体用Al4SiC4-SiC复合耐火材料及其制备方法 | |
| CN101607821B (zh) | 一种利用气化炉渣合成Ca-α-Sialon的方法 | |
| CN109987938A (zh) | 一种碳化锆/碳化铝复合陶瓷及其制备方法与应用 | |
| CN1263705C (zh) | 矾土基O'－Sialon的制备方法 | |
| JIANG et al. | Synthesis of (Ca, Mg)–α′-Sialon–AlN–BN powders from boron-rich blast furnace slag by microwave carbothermal reduction-nitridation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100721 Termination date: 20180221 |