CN103626500B - 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon陶瓷粉末的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法。其技术方案是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1~8)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1400~1450℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon陶瓷粉末。其中：氮气流量为0.05~0.25L/min；生物质电厂灰为生物质电厂入炉燃料燃烧后的产物，SiO2含量>60wt%；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。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的综合利用的特点。

Description

利用生物质电厂灰制备O`-Sialon陶瓷粉末的方法
技术领域
本发明属于O'-Sialon陶瓷粉末技术领域。具体涉及一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon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、秸秆和树皮等“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、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。
O'-Sialon是Si2N2O与Al2O3的固溶体，具有非常好的抗氧化能力和较低的热膨胀系数。在各单相Sialon陶瓷中，其抗氧化性能最佳。而且其能够抵抗熔融石英和有色金属熔体的侵蚀。由于它具有优良的抗热震性、抗氧化性和高温强度，因此其与Si3N4、SiC一样具有广阔的应用前景。但采用化学原料合成的Sialon陶瓷粉体成本高，工艺复杂，这使其工业化应用受到限制。
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O'-Sialon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：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1～8)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1400～1450℃条件下煅烧2～8小时，随炉自然冷却至室温，制 得O'-Sialon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O'-Sialon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，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，采用价格低廉的原料，不仅能够降低O'-Sialon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的综合利用的特点。
附图说明
图1为本发明制备的一种O'-Sialon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。
本具体实施方式中：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，燃料为稻壳、薪材和秸秆。实施例中不再赘述。
实施例1
一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1～8)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5～45分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成的坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1400～1450℃条件下煅烧3～6小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon陶瓷粉末。
本实施例中：所述氮气流量为0.05～0.15L/min；生物质电厂灰的SiO2含量大于65wt%；所述碳素材料为炭黑，炭黑中的C含量大于99wt%，粒度小于20μm。
实施例2
一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1～4)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合10～50分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成的坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1400～1430℃条件下煅烧2～5小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon陶瓷粉末。
本实施例中：所述氮气流量为0.10～0.20L/min；生物质电厂灰的SiO2含量大于60wt%；所述碳素材料为活性炭，活性炭纯度大于99%，粒度小于100μm。
实施例3
一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(4～8)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合15～55分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成的坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1430～1450℃条件下煅烧3～6小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon陶瓷粉末。
本实施例中：所述氮气流量为0.15～0.25L/min；所述生物质电厂灰的SiO2含量大于65wt%；所述碳素材料为焦炭，焦炭中的C含量>90wt%，粒度小于100μm。
实施例4
一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1～6)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合20～60分钟，再将混合后的原料压成坯体；然后将压成的坯体放入气氛炉中，在氮气气氛和1430～1450℃条件下煅烧5～8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon陶瓷粉末。
本实施例中：所述氮气流量为0.05～0.15L/min；生物质电厂灰的SiO2含量大于75wt%；所述碳素材料为石墨，石墨中的C含量>95wt%，粒度小于50μm。
本具体实施方式所采用的生物质电厂灰和碳素材料来源广泛，实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用价格低廉的原料，不仅能够降低O'-Sialon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。
本具体实施方式制备的O'-Sialon陶瓷粉末的XRD图谱如图1所示，图1为实施例1所制备的一种O'-Sialon陶瓷粉末XRD图谱，可以看出，主要物相为O'-Sialon，其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。
因此，本具体实施方式具有原料丰富、生产成本低、易于工业化生产和固体废弃物的综合利用的特点。

Claims (2)

1.一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法，其特征在于所述方法是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1~8)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1400~1450℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon陶瓷粉末；
其中：所述氮气流量为0.05~0.25L/min；所述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。
2.根据权利要求1所述的利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法，其特征在于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。
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稻壳灰制备Si3N4/SiC复合粉体的研究;樊明宇 等;《人工晶体学报》;20130731;第42卷(第7期);摘要、2实验、3.1 XRD物相分析、3.2热力学分析、表1、图2-4 *

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