CN102211935B

CN102211935B - 一种以废旧耐火材料为原料生产高纯铝硅碳粉体的方法

Info

Publication number: CN102211935B
Application number: CN2010101438848A
Authority: CN
Inventors: 赵建立; 汪长安; 黄勇; 白春丽; 白周义
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: CN102211935A

Abstract

本发明公开了一种铝硅碳粉体的制备方法。该方法包括下述步骤：1)称量下述质量百分比的原料：刚玉砖49～60％，硅砖14～18％和炭块26％-33％，将所述原料混合，得混合料，2)将所述混合料在1大气压CO保护性气氛中，于2300～2800℃加热4～6小时，冷却后，除去产物表面杂质层，即得到铝硅碳粉体。本发明的方法以废旧耐火材料为原料，既降低了生产成本同时又实现了资源的循环利用；且该方法简便易行、所得产品的产率、纯度均较高，适于规模化生产。

Description

一种以废旧耐火材料为原料生产高纯铝硅碳粉体的方法

技术领域

本发明涉及一种属于陶瓷材料领域，具体涉及一种以废旧耐火材料为原料生产高纯铝硅碳粉体的方法。

背景技术

Barczak于1961年首先报道了铝硅碳(Al₄SiC₄)的存在。铝硅碳热导率大(80W·m^-1·K^-1)，高温弯曲强度比室温弯曲强度高50％，高温氧化后在表面生成致密抗高温保护膜(刚玉和莫来石)以阻止铝硅碳内部进一步的氧化，在氧化气氛中于1800℃仍可以稳定的使用，从而适合于作为高温陶瓷材料。铝硅碳电阻率随温度的升高而下降(100℃和1000℃的电阻率分别为1.14×10⁴Ω·cm和1.71×10^-1Ω·cm)，适合于制作高温发热体。且铝硅碳具有和碳化硅相近的抗酸碱腐蚀性能。

Yamaguchi等报道了铝硅碳的几种合成方法，以金属(Al+Si)和石墨为原料(Journalofthe Ceramic Society of Japan，1995，103(1)：20～24)，或以碳化物(Al₄C₃+SiC)为原料(Ceramic Engineering and Science Proceedings，2005，26(3)：181～188)，在氩气或真空的气氛中，加热合成铝硅碳。

但现有的铝硅碳合成方法均以金属或碳化物为原料，原料成本高造成合成的铝硅碳价格高，无法大规模工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本制备铝硅碳粉体的方法。该方法以废旧耐火砖为原料，具有成本低、工艺简单的特点，利于大规模工业生产和应用。

本发明所提供的铝硅碳粉体的制备方法，包括下述步骤：

1)称量下述质量百分比的原料：刚玉砖49～60％，硅砖14～18％和炭块26％-33％，将所述原料混合，得混合料；

2)将所述混合料在1大气压CO保护性气氛中，于2300～2800℃加热4～6小时，冷却后，除去产物表面杂质层，即得到铝硅碳粉体。

其中，所述原料中刚玉砖的粒度可为0.01-0.5mm；硅砖的粒度可为0.01-0.5mm；炭块的粒度可为0.01-0.5mm。

上述步骤1)中所述混合可在球磨罐中进行。

本发明中所述刚玉砖可选自下述至少一种：白刚玉砖和电熔刚玉砖。为了降低生产成本可选择除去黏附杂质的废旧刚玉砖。所述刚玉砖中Al₂O₃的质量百分含量≥99％。

本发明中所述硅砖可选自下述至少一种：焦炉用硅砖、热风炉用硅砖和玻璃窑用硅砖。为了节约生产成本也可选择除去黏附杂质的废旧硅砖。所述硅砖中SiO₂的质量百分含量≥95％。

本发明中所述炭块可选自下述至少一种：高炉用自焙炭块、高炉用焙烧炭块和电炉用炭块。为了节约生产成本也可选择除去黏附杂质的废旧炭块。所述炭块中碳的质量百分含量≥97％。

本发明以废旧耐火材料(刚玉砖、硅砖、炭块)为原料，在1大气压CO保护性气氛中，2300～2800℃加热，合成粒度为长宽50-150μm，厚度5-8μm的高纯铝硅碳粉体(Al₄SiC₄质量百分含量大于99％)。该铝硅碳粉体可直接作为生产陶瓷制品的原料使用。本发明的方法以废旧耐火材料为原料，既降低了生产成本同时又实现了资源的循环利用；且该方法简便易行、所得产品的产率、纯度均较高，适于规模化生产。

附图说明

图1为实施例1合成的铝硅碳粉体的XRD图片。

图2为实施例1合成的铝硅碳粉体的SEM照片。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中原料的规格均满足下述条件：刚玉砖中Al₂O₃的质量百分含量≥99％；硅砖中SiO₂的质量百分含量≥95％；炭块中碳的质量百分含量≥97％。

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

下述实施例中Al₄SiC₄含量测定均按照下述方法进行：合成物先进行元素分析，确定无氧元素存在；合成物在氧化气氛中700℃加热除去游离碳；对除去游离碳的合成物进行元素分析，根据Al、Si、C三种元素的含量和Al₄SiC₄、SiC、Al₄C₃的分子组成，计算得到Al₄SiC₄、SiC、Al₄C₃的含量。

实施例1、合成铝硅碳粉体

选用配方为：白刚玉砖(平均粒度0.2mm)∶焦炉硅砖(平均粒度0.2mm)∶高炉用自焙炭块(平均粒度0.2mm)＝58∶15∶27(质量比)，进行称量配料，在球磨罐中干式混合得到混合料。将混合料装入石墨坩埚中，石墨坩埚放入电炉中，在1大气压CO保护性气氛中，2700℃保温5小时加热，冷却后，除去上表面杂质富集层，即得到铝硅碳粉体。所得到的铝硅碳粉体的粒度为长宽50-150μm，厚度5-8μm，铝硅碳粉体中Al₄SiC₄含量为99.3％。该铝硅碳粉体的扫描电镜照片如图2所示。

所合成的铝硅碳粉体的XRD图谱见图1。将该XRD谱线与铝硅碳的特征谱线进行比对，两者完全吻合，因此可以确定合成物主要成分为铝硅碳。

实施例2、合成铝硅碳粉体

选用配方为：电熔刚玉砖(平均粒度0.1mm)∶热风炉硅砖(平均粒度0.1mm)∶高炉用焙烧炭块(平均粒度0.1mm)＝49∶18∶33(质量比)，进行称量配料，在球磨罐中干式混合得到混合料。将混合料装入石墨坩埚中，石墨坩埚放入电炉中，在1大气压CO保护性气氛中，2500℃保温4小时加热，冷却后，除去上表面杂质富集层，即得到铝硅碳粉体。所得到的铝硅碳粉体的粒度为长宽50-150μm，厚度5-8μm，铝硅碳粉体中Al₄SiC₄含量为99.1％。

实施例3、合成铝硅碳粉体

选用配方为：白刚玉砖(平均粒度0.01mm)∶玻璃窑硅砖(平均粒度0.01mm)∶电炉用炭块(平均粒度0.01mm)＝54∶16∶30(质量比)，进行称量配料，在球磨罐中干式混合得到混合料。将混合料装入石墨坩埚中，石墨坩埚放入电炉中，在1大气压CO保护性气氛中，2300℃保温6小时加热，冷却后，除去上表面杂质富集层，即得到铝硅碳粉体。所得到的铝硅碳粉体的平均粒度为长宽50-150μm，厚度5-8μm，铝硅碳粉体中Al₄SiC₄含量为99.1％。

实施例4、合成铝硅碳粉体

选用配方为：电熔刚玉砖(平均粒度0.5mm)∶焦炉硅砖(平均粒度0.5mm)∶高炉用自焙炭块(平均粒度0.5mm)＝60∶14∶26，进行称量配料，在球磨罐中干式混合得到混合料。将混合料装入石墨坩埚中，石墨坩埚放入电炉中，在1大气压CO保护性气氛中，2800℃保温4小时加热，冷却后，除去上表面杂质富集层，即得到铝硅碳粉体。所得到的铝硅碳粉体的粒度为长宽50-150μm，厚度5-8μm，铝硅碳粉体中Al₄SiC₄含量为99.3％。

Claims

1.一种铝硅碳粉体的制备方法，包括下述步骤：

1）称量下述质量百分比的原料：刚玉砖49～60%，硅砖 14～18% 和炭块26%-33%，将所述原料混合，得混合料；

2）将所述混合料在1大气压CO保护性气氛中，于2300～2800℃加热4～6小时，冷却后，除去产物表面杂质层，即得到铝硅碳粉体；

所述刚玉砖中Al₂O₃的质量百分含量≥99%；所述硅砖中SiO₂的质量百分含量≥95%；所述炭块中碳的质量百分含量≥97%；

所述刚玉砖选自下述至少一种：白刚玉砖和电熔刚玉砖，所述刚玉砖为除去黏附杂质的废旧刚玉砖；

所述硅砖选自下述至少一种：焦炉用硅砖、热风炉用硅砖和玻璃窑用硅砖，所述硅砖为除去黏附杂质的废旧硅砖；

所述炭块选自下述至少一种：高炉用自焙炭块、高炉用焙烧炭块、电炉用炭块，所述炭块为除去黏附杂质的废旧炭块；

所述刚玉砖的粒度为0.01-0.5mm；所述硅砖的粒度为0.01-0.5mm；所述炭块的粒度为0.01-0.5mm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中所述混合在球磨罐中进行。