CN103641485A - 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法 - Google Patents

利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103641485A
CN103641485A CN201310686888.4A CN201310686888A CN103641485A CN 103641485 A CN103641485 A CN 103641485A CN 201310686888 A CN201310686888 A CN 201310686888A CN 103641485 A CN103641485 A CN 103641485A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power plant
plant ash
biomass power
sialon
ceramic powder
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.)
Pending
Application number
CN201310686888.4A
Other languages
English (en)
Inventor
员文杰
邓承继
樊明宇
李君�
祝洪喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Original Assignee
Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Science and Engineering WUSE filed Critical Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority to CN201310686888.4A priority Critical patent/CN103641485A/zh
Publication of CN103641485A publication Critical patent/CN103641485A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法。其技术方案是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(5~8)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1450~1500℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末。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/Si3N4复合陶瓷粉末的方法
技术领域
本发明属于O'-Sialon/Si3N4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O'-Sialon/Si3N4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、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，是一种很有前途的工程陶瓷材料。Si3N4陶瓷是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，本身具有润滑性和耐磨损性；除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1,000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。研究发现，随着Si2N2O含量的提高，Si3N4陶瓷的韧性有很大的提高，这为Si3N4陶瓷的增韧技术提供了新的途径。由于O'-Sialon的抗氧化性好，弹性模量低，因此，结合Si3N4的优异性能，可预期制备出具有更广阔应用前景的复合材料。 
但是采用化学原料合成的Sialon陶瓷粉体成本高，这使其工业化应用受到限制。Si3N4一般由硅单质经高温氮化合成，这使得O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷的制备成本较高。 
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O'-Sialon/Si3N4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：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(5～8)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1450～1500℃条件下煅烧2～8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon/Si3N4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，合成的复合陶瓷粉末中O'-Sialon和Si3N4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，或有少量的碳残留，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，采用的原料并非高温制得的Si3N4，故工艺简单、生产耗能小，不仅能够降低O'-Sialon/Si3N4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/Si3N4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。 
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/Si3N4复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(5～8)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1450～1500℃条件下煅烧3～6小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末。 
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/Si3N4复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(5～6)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1450～1480℃条件下煅烧2～5小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末。 
本实施例所述氮气流量为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/Si3N4复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(6～8)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1480～1500℃条件下煅烧3～6小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末。 
本实施例所述氮气流量为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/Si3N4复合陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1︰(7～8)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1450～1500℃条件下煅烧5～8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'～Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末。 
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，采用的原料并非高温制得的Si3N4，故工艺简单、生产耗能小，不仅能够降低O'-Sialon/Si3N4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。 
本具体实施方式合成的O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的XRD图谱如图1所示，图1为实施例1所制备的一种O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末XRD图谱，可以看出，主要物相为O'-Sialon和Si3N4。合成的复合陶瓷粉末中O'-Sialon和Si3N4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。 
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 (3)

1.一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法，其特征在于所述方法是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(5~8)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1450~1500℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末；
其中，氮气流量为0.05~0.25L/min。
2.根据权利要求1所述的利用生物质电厂灰制备O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法，其特征在于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。
3.根据权利要求1所述的利用生物质电厂灰制备O'-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法，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。
CN201310686888.4A 2013-12-16 2013-12-16 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法 Pending CN103641485A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310686888.4A CN103641485A (zh) 2013-12-16 2013-12-16 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310686888.4A CN103641485A (zh) 2013-12-16 2013-12-16 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103641485A true CN103641485A (zh) 2014-03-19

Family

ID=50246820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310686888.4A Pending CN103641485A (zh) 2013-12-16 2013-12-16 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103641485A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104844223A (zh) * 2015-04-24 2015-08-19 武汉科技大学 一种基于碱金属盐的Sialon粉体材料及其制备方法
CN108975949A (zh) * 2018-08-31 2018-12-11 武汉科技大学 一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张海军 等: ""粘土还原氮化合成O’-Sialon 基复合材料"", 《耐火材料》 *
樊明宇 等: ""稻壳灰制备Si3N4/SiC复合粉体的研究"", 《人工晶体学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104844223A (zh) * 2015-04-24 2015-08-19 武汉科技大学 一种基于碱金属盐的Sialon粉体材料及其制备方法
CN104844223B (zh) * 2015-04-24 2017-01-04 武汉科技大学 一种基于碱金属盐的Sialon粉体材料及其制备方法
CN108975949A (zh) * 2018-08-31 2018-12-11 武汉科技大学 一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法
CN108975949B (zh) * 2018-08-31 2021-01-15 武汉科技大学 一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103641484A (zh) 利用生物质电厂灰制备Si3N4/SiC复合陶瓷粉末的方法
CN109569691B (zh) 硼掺杂氮化碳的制备方法及其产品和应用
CN110170330A (zh) 一种丝状氮化碳的制备方法及其产品和应用
CN101891195A (zh) 一种从农业废弃物低温合成碳化硅的方法
CN101560099A (zh) ZrN-Sialon-SiC复合粉体的制备方法
CN103159428A (zh) 一种稻壳灰基多孔材料及其制备方法
CN103102160A (zh) 一种用粉煤灰制备β-Sialon粉体的微波烧结方法
CN102897763A (zh) 一种低温快速合成α-SiC微粉的方法
CN101353256A (zh) 利用铝灰和粉煤灰制备Sialon陶瓷粉体的方法
CN102432326A (zh) 多孔碳-二氧化钛复合材料及其制备方法
CN103641483B (zh) 利用生物质电厂灰制备AlN/SiC复合陶瓷粉末的方法
CN101864619A (zh) 利用稻壳制备微纳米直径碳化硅短纤维和晶须的方法
CN103641486A (zh) 一种制备O`-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法
CN103641485A (zh) 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/Si3N4复合陶瓷粉末的方法
CN105503236B (zh) 多孔氮化铝陶瓷材料的制备方法
CN103664180A (zh) 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon/SiC复合陶瓷粉末的方法
CN103626500B (zh) 利用生物质电厂灰制备O`-Sialon陶瓷粉末的方法
CN103626499B (zh) 一种制备Ca-α-Sialon-Si3N4-SiC复合陶瓷粉末的方法
CN102795773A (zh) 利用白泥和粉煤灰复合制备玻璃陶瓷的方法
CN102583277A (zh) 一种具有带状纤维形貌的氮化硅的制造方法
CN102924089A (zh) 一种用粉煤灰和高岭土制备β-Sialon陶瓷粉体的方法
CN102249240A (zh) 利用硅藻土制备高纯单质硅的制备方法
CN103030387A (zh) 一种NiFe2O4陶瓷基体及其制备方法
CN102728365A (zh) 多孔无机陶瓷膜-Fe改性TiO2-碳纳米管光触媒材料及其制备方法
CN101560100A (zh) O’-Sialon/AIN复合粉体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140319