CN101928000B

CN101928000B - 一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法

Info

Publication number: CN101928000B
Application number: CN2010102675874A
Authority: CN
Inventors: 杨正宏; 朱春燕; 张强
Original assignee: PINGDINGSHAN YICHENG NEW MATERIAL CO Ltd
Current assignee: PINGDINGSHAN YICHENG NEW MATERIAL CO., LTD.
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: CN101928000A

Abstract

一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，涉及一种碳化硅微粉分级提纯方法，先对料浆进行分级处理后，向完成分级的料浆内加入去离子水、发泡剂和分散剂，再用曝气设备对料浆完成物理提纯，然后对完成物理提纯的料浆内加入硫酸、盐酸、氢氟酸、去离子水和碱性物质进行化学提纯，最后烘干至水份含量≤0.2％，完成提纯，制得产品。有益效果：最大限度的降低了提纯过程中废弃物的产生，粒度调控的方法更加灵活，所生产的高纯亚纳米碳化硅精细微粉：Sic纯度能够达到99.9％以上，D₅₀值≤0.5μm，完全能够满足无压烧结陶瓷用高纯亚纳米碳化硅微粉的要求。

Description

一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法

技术领域

本发明涉及一种碳化硅微粉分级提纯方法，具体的说是一种制备D₅₀值≤0.5μm高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法。

背景技术

高纯亚纳米碳化硅微粉作为无压烧结陶瓷的原料，具有纯度要求高(Sic≥99.9％)、粒径细(碳化硅粉D50值≤0.5μm)的特性，因其具有耐磨、耐腐蚀、高温强度高、高热导等优良性能，已被广泛应用于航天航空、石油化工和机械电子等领域。目前，国内众多生产厂家和科研机构在高纯亚纳米碳化硅微粉的研制方面形成了初级试验方案，在分级方法中，有在导电率＜100的去离子水中加入微粉中位径碳化硅微粉，高分子分散剂为碳化硅微粉的2-5％，混合浆料浓度为40-50％依次设置，以此来实现碳化硅微粉的分级[中国专利：一种碳化硅微粉的生产方法(申请号：200510047465.3)]，有利用悬浮法，水力分级，料在分级罐中，由罐下锥部进水，使相对细料悬浮在分级罐的上面，进行充分分级后，再抽吸出同一规格的产品[中国专利：一种高纯超细碳化硅微粉回收提纯分级技术(申请号：200810050205.5)]；在提纯方法中，有首先使用碱洗，然后再调整酸度，过量酸洗，再调整酸度到pH为5-6之间过滤，洗涤，烘干[中国专利：一种超细碳化硅粉末提纯方法(申请号：200610115158.9)]；还有采用10％HCL和10％H₂SO₄以及5％NaOH进行加工的新工艺，提纯过程经过三次酸碱洗，提纯过程中还需要加温操作[中国专利：一种高纯超细碳化硅微粉回收提纯分级技术(申请号：200810050205.5)]。

现有技术的分级和提纯方法还不够合理，容易在提纯过程中产生的废弃物较多，制备碳化硅粉D50值≤0.5μm的产品操作复杂，物料不能达到99.9％的纯度，粒度调控方法比较单一不灵活。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题存在的不足，提供一种新型的高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，其先进行分级处理，再采用物理提纯和化学提纯的方法，即可满足规模化工业生产，同时又使生产出的产品纯度高达99.9％以上，粒度调控方法更加灵活。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，采用生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆和＜4μm的碳化硅粉原料进行混合后，经分级、提纯后，制成碳化硅微粉D₅₀值≤0.5μm，纯度＞99.99％，方法如下：

一、分级处理：

步骤一、将生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆收集至＜4μm的碳化硅原料的反应罐内，后按每立方米加入0.5kg-1kg的分级液和1kg-1.5kg的分散剂，搅拌均匀后，静置24-110小时，形成罐底沉淀物；

步骤二、将反应罐上层的料浆送入物料净化罐，向物料净化罐中加入硫酸溶液：40-90％，加入量使料浆pH值调整至3-4止，静置2-12小时，抽出上清液；

步骤三、向物料净化罐中，补入清水，补清水量与抽出量相等，后再加入硫酸溶液：40-90％，加入量使料浆pH值调整至3-4止，静置2-12小时，将形成的上清液抽出；

步骤四、重复步骤三的过程2-4次，经多次净化反应后，当物料净化罐中剩余的料浆量为净化罐体积总量的60％时，完成料浆分级，备用；

二、物理提纯：

步骤五、将步骤四分级好的料浆送入物理提纯容器内，向物理提纯容器内加入去离子水，加入量使料浆的pH值达到5±0.5；

步骤六、按每立方米料浆加入0.3kg-0.7kg的发泡剂和0.3kg-0.7kg的分散剂，搅拌至均匀止；

步骤七、使用曝气设备对料浆进行曝气处理，在曝气过程中形成的泡沫采用边曝气边排放的方法将其分离，曝气时间12-48小时；

三、化学提纯：

步骤八、将步骤七曝气处理后的料浆送入化学提纯容器内，先按每立方米加入0.7kg-1.5kg的硫酸(浓度70％-98％)，后按每立方米加入0.5kg-1.2kg的盐酸(浓度11％-37％)，搅拌8-15小时，再静置2-6小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；

步骤九、向化学提纯容器内加入与抽出的液体相等量的去离子水，先按每立方米加入0.7kg-1.5kg的硫酸(浓度70％-98％)，后按每立方米加入0.5kg-1.2kg的盐酸(浓度11％-37％)，搅拌8-15小时，再静置2-6小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；按该步骤反复处理2-4次；

步骤十、向步骤九处理好的料浆中，按每立方米加入0.3kg-0.8kg的氢氟酸(浓度5％-47％)，搅拌6-14小时，后静置3-5小时，抽出沉淀物上层液体；

步骤十一、加入与抽出的液体相等量的去离子水，按每立方米加入0.3kg-0.8kg的氢氟酸(浓度5％-47％)，搅拌6-14小时，后静置3-5小时，抽出沉淀物上层液体，重复操作该步骤2-4次；

步骤十二、将剩余料浆置入非金属容器中，向非金属容器内加入氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠，调pH值至4-6，后将料浆放入烘箱中进行干燥处理，使碳化硅微粉中的水份含量≤0.2％，完成提纯，制得产品。

本发明，所述的分级液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡或氨水的一种或两种的混合液体，可以用水对液体进行稀释，稀释后液体浓度为30％-60％；

所述的分散剂是油酸钠、磺酸盐、十八碳烯胺醋酸盐的一种或两种的混合；

所述的发泡剂是季胺盐、磺酰肼类化合物、十二烷基苯磺酸钠的一种活两种的混合；

所述的去离子水是反渗透设备或纯水设备处理后的低电导水体；

所述的曝气设备为市面上销售的连接压缩空气管道使用的曝气头，曝气头是由塑胶类材质制成；

所述的提纯专用搅拌器，指的是用非金属类材质制成的搅拌轴和搅拌扇叶；

所述的上清液是指料浆上部较清澈的液体，较清澈的液体中含有较轻的微粉；

所述的物料净化罐和化学提纯容器是指市售常用的物料收集容器。

有益效果是：通过采用本发明中的分级方法，对生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆和＜4μm的碳化硅粉混合后进行分级净化后，通过调整料浆pH值的多次净化反应，使得碳化硅微粉分级后洁净度更高，更利于提纯纯度的提高，当物料净化罐中剩余的料浆量为净化罐体积总量的60％时，完成料浆分级，采取这个体积重量利于实现了工业化生产，利于达到生产中各批量的统一调控。

本发明先进行分级处理后，采用物理提纯对以往生产方法而言是个新的突破，通过物理提纯和化学提纯相结合的方法，克服了以往提纯不彻底的缺陷，最大限度的降低了分级提纯过程中废弃物的产生，使提纯产品有了质的提高；通过对料浆的静置时间、溶液浓度、曝气时间和pH值的综合调控，使得粒度调控的方法更加灵活，很好的解决了以往生产方法无法灵活调控粒度的弊病；经过本方法分级处理和提纯后所生产得到的高纯亚纳米碳化硅精细微粉：Sic纯度能够达到99.9％以上，碳化硅D₅₀值≤0.5μm，完全能够满足无压烧结陶瓷用高纯亚纳米碳化硅微粉的要求；本方法的生产成本低，产品的品质却更高，既可以满足批量化的工业生产，也更利于本方法的推广应用。

具体实施方式

实施例一

一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，采用生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆和＜4μm的碳化硅粉原料进行混合后，经分级、提纯后，制成的碳化硅微粉D₅₀值0.5μm，纯度为99.99％，方法如下：

一、分级处理：

步骤一、将生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆收集至＜4μm的碳化硅原料的反应罐内，后按每立方米加入0.5kg的氢氧化钠(液体浓度30％)和1kg的油酸钠，搅拌均匀后，静置24小时，形成罐底沉淀物；

步骤二、将反应罐上层的料浆送入物料净化罐，向物料净化罐中加入浓度是40％硫酸溶液，加入量使料浆pH值调整至3止，静置2小时，抽出上清液；

步骤三、向物料净化罐中，补入清水，补清水量与抽出量相等，后再加入浓度40％硫酸溶液，加入量使加入清水后的料浆pH值调整至3止，静置2小时，将形成的上清液抽出；

步骤四、重复步骤三的过程，经多次的净化反应后，使得物料净化罐中剩余的料浆量为净化罐体积总量的60％时，完成料浆分级，备用；

二、物理提纯：

步骤五、将步骤四分级好的料浆送入物理提纯容器内，向物理提纯容器内加入去离子水，加入量使料浆的pH值达到4.5；

步骤六、按每立方米料浆加入0.3kg的季铵盐和磺酰肼类化合物，0.3kg的油酸钠和磺酸钠，搅拌至均匀止；

步骤七、使用曝气头对料浆进行曝气处理，在曝气过程中形成的泡沫采用边曝气边排放的方法将其分离，曝气时间12小时；

三、化学提纯：

步骤八、将步骤七曝气处理后的料浆送入化学提纯容器内，先按每立方米加入0.7kg的硫酸为70％，后按每立方米加入0.5kg的盐酸，其浓度为11％，搅拌8小时，再静置2小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；

步骤九、向化学提纯容器内加入与抽出的液体相等量的去离子水，先按每立方米加入0.7kg的硫酸为浓度70％，后按每立方米加入0.5kg的盐酸，其浓度为11％，搅拌8小时，再静置2小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；按该步骤反复处理2次；

步骤十、向步骤九处理好的料浆中，按每立方米加入0.3kg的氢氟酸，其浓度为5％，搅拌6小时，后静置3小时，抽出沉淀物上层液体；

步骤十一、加入与抽出的液体相等量的去离子水，按每立方米加入0.3kg的氢氟酸，其浓度为5％，搅拌6小时，后静置3小时，抽出沉淀物上层液体，重复操作该步骤2次；

步骤十二、将剩余料浆置入非金属容器中，向非金属容器内加入氢氧化钠，加入量使pH值调至4，后将料浆放入烘箱中进行干燥处理，使碳化硅微粉中的水份含量0.2％，完成提纯，制得产品。

实施例二

一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，采用生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆和＜4μm的碳化硅粉原料进行混合后，经分级、提纯后，制成的碳化硅微粉D₅₀值0.4μm，纯度为99.995％，方法如下：

一、分级处理：

步骤一、将生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆收集至＜4μm的碳化硅原料的反应罐内，后按每立方米加入0.8kg的氢氧化钾，其液体浓度为45％和1.25kg的磺酸盐，搅拌均匀后，静置80小时，形成罐底沉淀物；

步骤二、将反应罐上层的料浆送入物料收集容器罐，向物料净化罐中加入浓度是60％硫酸溶液，加入量使料浆pH值调整至3.5止，静置8小时，抽出上清液；

步骤三、向物料净化罐中，补入清水，补清水量与抽出量相等，后再加入浓度是65％硫酸溶液：，加入量使料浆pH值调整至3.5止，静置8小时，将形成的上清液抽出；

步骤四、重复步骤三的过程，经3次净化反应后，当物料净化罐中剩余的料浆量为净化罐体积总量的60％时，完成料浆分级，备用；

二、物理提纯：

步骤五、将步骤四分级好的料浆送入物理提纯容器内，向物理提纯容器内加入去离子水，加入量使料浆的pH值达到5；

步骤六、按每立方米料浆加入0.5kg的磺酰肼类化合物和十二烷基苯磺酸钠，0.5kg的磺酸盐和十八碳烯胺醋酸盐，搅拌至均匀止；

步骤七、使用曝气设备对料浆进行曝气处理，在曝气过程中形成的泡沫采用边曝气边排放的方法将其分离，曝气时间36小时；

三、化学提纯：

步骤八、将步骤七曝气处理后的料浆送入化学提纯容器内，先按每立方米加入1.0kg的硫酸，其浓度为84％，后按每立方米加入0.8kg的盐酸，其浓度为25％，搅拌11小时，再静置4小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；

步骤九、向化学提纯容器内加入与抽出的液体相等量的去离子水，先按每立方米加入1.0kg的硫酸，其浓度为84％，后按每立方米加入0.8kg的盐酸，其浓度为25％，搅拌11小时，再静置46小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；按该步骤反复处理3次；

步骤十、向步骤九处理好的料浆中，按每立方米加入0.5kg的氢氟酸，其浓度为22％，搅拌10小时，后静置4小时，抽出沉淀物上层液体；

步骤十一、加入与抽出的液体相等量的去离子水，按每立方米加入0.5kg的氢氟酸，其浓度为22％，搅拌10小时，后静置4小时，抽出沉淀物上层液体，重复操作该步骤3次；

步骤十二、将剩余料浆置入非金属容器中，向非金属容器内加入氢氧化钾，调料浆pH值至5，后将料浆放入烘箱中进行干燥处理，使碳化硅微粉中的水份含量0.05％，制得产品。

实施例三

一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，采用生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆和＜4μm的碳化硅粉原料进行混合后，经分级提纯后，制成碳化硅微粉D₅₀值0.3μm，纯度为99.999％，方法如下：

一、分级处理：

步骤一、将生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆收集至＜4μm的碳化硅原料的反应罐内，后按每立方米加入1kg的氢氧化钡或氨水和1.5kg的十八碳烯胺醋酸盐，搅拌均匀后，静置110小时，形成罐底沉淀物；

步骤二、将反应罐上层的料浆送入物料收集容器罐，向物料净化罐中加入浓度是90％硫酸溶液，加入量使料浆pH值调整至4止，静置12小时，抽出上清液；

步骤三、向物料净化罐中，补入清水，补清水量与抽出量相等，后再加入浓度是80％硫酸溶液，加入量使加人清水后料浆pH值调整至4止，静置12小时，将形成的上清液抽出；

步骤四、重复步骤三的过程，经4次净化反应后，当物料净化罐中剩余的料浆量为净化罐体积总量的60％时，完成料浆分级，备用；

二、物理提纯：

步骤五、将步骤四分级好的料浆送入物理提纯容器内，向物理提纯容器内加入去离子水，加入量使料浆的pH值达到5.5；

步骤六、按每立方米料浆加入0.7kg的十二烷基苯磺酸钠和0.7kg的十八碳烯胺醋酸盐，搅拌至均匀止；

步骤七、使用曝气设备对料浆进行曝气处理，在曝气过程中形成的泡沫采用边曝气边排放的方法将其分离，曝气时间48小时；

三、化学提纯：

步骤八、将步骤七曝气处理后的料浆送入化学提纯容器内，先按每立方米加入1.5kg的硫酸，其浓度为98％，后按每立方米加入1.2kg的盐酸，其浓度为37％，搅拌15小时，再静置6小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；

步骤九、向化学提纯容器内加入与抽出的液体相等量的去离子水，先按每立方米加入1.5kg的硫酸，其浓度为98％，后按每立方米加入1.2kg的盐酸，其浓度为37％，搅拌15小时，再静置6小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；按该步骤反复处理4次；

步骤十、向步骤九处理好的料浆中，按每立方米加入0.8kg的氢氟酸，其浓度为47％，搅拌14小时，后静置5小时，抽出沉淀物上层液体；

步骤十一、加入与抽出的液体相等量的去离子水，按每立方米加入0.8kg的氢氟酸，其浓度为47％，搅拌14小时，后静置5小时，抽出沉淀物上层液体，重复操作该步骤4次；

步骤十二、将剩余料浆置入非金属容器中，向非金属容器内加入碳酸钠，加入量使料浆pH值调至6，后将料浆放入烘箱中进行干燥处理，使碳化硅微粉中的水份含量0.15％，制得产品。

本发明步骤一中静置时间的长短可根据形成罐底沉淀物的多少调控，以求达到最优效果；步骤二中硫酸溶液的加入量以及浓度都是根据需要达到pH值而确定；步骤四物料净化罐中剩余的料浆量为净化罐体积总量的60％，一般料浆分级后达到这个数值时基本达到了分级的目的，这个体积数值是根据分级过程中静置时间以及净化反应次数结合而定，也可能是60％以下的数值，一般是采取目测方法确定这个值；

本发明中的分级处理，主要是通过对尾料料浆使用分级剂、分散剂，将料浆中含有的杂质或较轻的微粉分离出去，提高了尾料料浆的洁净度，实现了尾料料浆的分级；然后再对分级过的料浆使用曝气处理提高料浆的纯度，实现料浆微粉的物理提纯，最后再通过加入酸液，通过不同的浓度和加入量来实现微粉化学提纯，在化学提纯中可以根据需要调控酸液的浓度及加入量，实现粒度灵活调控。

Claims

1.一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，其特征在于：采用生产碳化硅粉过程中形成的≥4μm的尾料料浆和＜4μm的碳化硅粉原料进行混合后，经分级提纯后，制成碳化硅微粉D₅₀值≤0.5μm，纯度＞99.99％，方法如下：

一、分级处理：

二、物理提纯：

步骤五、将步骤四分级处理好的料浆送入物理提纯容器内，向物理提纯容器内加入去离子水，加入量使料浆的pH值达到5±0.5；

三、化学提纯：

步骤八、将步骤七曝气处理后的料浆送入化学提纯容器内，先按每立方米加入0.7kg-1.5kg浓度为70％-90％的硫酸，后按每立方米加入0.5kg-1.2kg浓度为11％-37％的盐酸，搅拌8-15小时，再静置2-6小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；

步骤九、向化学提纯容器内加入与抽出的液体相等量的去离子水，先按每立方米加入0.7kg-1.5kg浓度为70％-98％的硫酸，后按每立方米加入0.5kg-1.2kg浓度为11％-37％的盐酸，搅拌8-15小时，再静置2-6小时，形成沉淀物，抽出沉淀物上层的液体；按该步骤反复处理2-4次；

步骤十、向步骤九处理好的料浆中，按每立方米加入0.3kg-0.8kg浓度为5％-47％的氢氟酸，搅拌6-14小时，后静置3-5小时，抽出沉淀物上层液体；

步骤十一、加入与抽出的液体相等量的去离子水，按每立方米加入0.3kg-0.8kg浓度为5％-47％的氢氟酸，搅拌6-14小时，后静置3-5小时，抽出沉淀物上层液体，重复操作该步骤2-4次；

步骤十二、将剩余料浆置入非金属容器中，向非金属容器内加入氢氧化钠、氢氧化钾或碳酸钠，调pH值至4-6，后将料浆放入烘箱中进行干燥处理，使碳化硅微粉中的水份含量≤0.2％，制得产品。

2.如权利要求1所述的一种高纯亚纳米碳化硅微粉的提纯方法，其特征在于：所述的分级液为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡或氨水的一种或两种的混合液体，液体浓度为30％-60％；所述的去离子水是反渗透设备或纯水设备处理后的低电导水体；所述的分散剂为油酸钠、磺酸盐、十八碳烯胺醋酸盐的一种或两种混合；所述的发泡剂为季胺盐、磺酰肼类化合物、十二烷基苯磺酸钠的一种或两种的混合。