專利名稱：用煤矸石制備β－賽隆結合碳化硅復相粉體的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用煤矸石制備β-賽隆(β-Sialon)結合碳化硅(SiC)的方法，屬于新材料技術領域。
目前，β-Sialon結合SiC主要用于耐火材料的制作。燒結后，低熱膨脹系數(shù)的β-Sialon將SiC包圍起來，溫度變化時，熱應力不足以破壞材料中晶粒間的結合力，從而提高材料的抗熱震性。利用β-Sialon高溫下被氧化還原，在耐火材料的表面上生成一層致密的保護層，從而提高了材料的抗金屬溶液腐蝕的能力。但是由于目前β-Sialon結合碳化硅陶瓷工藝復雜，成本高，限制了在工業(yè)上大規(guī)模的應用。
目前賽隆結合碳化硅耐火陶瓷材料的制備方法主要有首先利用高嶺土碳熱還原制備出Sialon，然后再將篩分后的碳化硅與Sialon機械混合，最后通過固相反應制備塊體材料(硅酸鹽通報，1999，01，pp36-40)。將SiC粒子分散到Sialon陶瓷粉體中制備Sialon結合SiC(無機材料學報，1996，02，pp281-285；Materials Science and Engeering A 2691999，pp1-7)。此外還有利用SiC和AlSi在氮氣下反應生成(Key Engineering Materials Vols.189-191，2001，pp.548-554)，這些制備工藝對原料要求較高，制備工藝復雜，成本較高。也有利用廉價粘土原料及其它添加物一次反應合成以Sialon為基質相結合SiC特種耐火材料(申請專利號93102907.4)；利用河沙制備賽隆結合化硅陶瓷粉體的方法(專利公開號00105941.6)的相關研究；國內(nèi)外還有一些關于利用煤矸石制備SiC(硅酸鹽通報，Vol29，Nb.01，2001，pp72-79)和β-Sialon(Materials Rearch Bullitin.Vol.32.No.10.pp1141-48，1997)，SiC結合Al2O3(耐火材料，02，2000，pp207-209)，但尚未見利用煤矸石炭熱還原直接制備β-Sialon結合SiC的報道。
煤矸石是無機礦物和少量可燃有機物組成的混合物，主要成分為煤炭、硅質頁巖、泥質頁巖及砂巖等。作為煤炭開采、洗選加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，目前全國每年生產(chǎn)的煤矸石約1.4億噸，累計堆存的煤矸石達300億噸，占地12萬公頃。煤矸石的堆積，不僅占用耕地，還增加了煤礦征地和運輸?shù)馁M用支出；煤矸石自燃時，排放的有害氣體污染環(huán)境；雨淋時，矸石山的有害物隨雨水流出或滲入地下水，污染農(nóng)田和江河湖泊；矸石山崩塌時，危及人畜安全。煤矸石已成為固、液、氣三害俱全的污染源，亟待治理。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種用煤矸石制備β-賽隆結合碳化硅復相粉體的方法，該方法以煤矸石為原料，以炭熱還原直接制備β-賽隆結合SiC粉體，其特征在于其制備方法依次包括以下步驟(1)選用煤矸石為原料，其中SiO2質量百分比為60％～70％，Al2O3質量百分比為10％～20％，碳質量百分比為5～10％，余量為雜質，磨細至5～20微米；(2)用1-6摩爾/升鹽酸酸洗上述細粉24～48小時，水洗除去鹽酸至pH值6-7；(3)將步驟(2)酸洗后的煤矸石細粉與碳粉以100∶15～45的比例在球磨罐內(nèi)混合，并加水球磨24～56小時，抽濾，烘干；(4)在流量為0.05～0.2升/分鐘的氮氣氣氛下，以15～25℃/分鐘速度升溫至1400～1600℃，保溫2～5小時，隨爐冷卻；(5)將步驟(4)制備的粉料在600～800℃爐中保溫3～5小時，除去殘余的碳，即為β-賽隆結合碳化硅復相粉體。
使用本發(fā)明的方法可以得到純度為90±5％、粒度約為0.5-5微米的β-Sialon結合SiC復相陶瓷粉體，而且方法簡單，原料來源廣泛，價格低廉，生產(chǎn)周期短，并有利于環(huán)境保護。
反應產(chǎn)物中主要物相為SiC和β-Sialon，產(chǎn)率接近85％，其SiC/β-Sialon比為0.7。掃描電鏡觀察表明粉體形狀不規(guī)則，粒度約為0.5-4微米。
實施例2本實施例采用中國山東省某處煤矸石，其成分如下表

a.煤矸石粉磨使粒徑10±1微米，3摩爾/升鹽酸酸洗32小時除鐵，水洗至pH為6；b.將加入質量百分比為45％的碳粉的粉料置于球磨罐中，濕法球磨混合48小時，烘干，研成細粉；c.將粉料裝入石墨坩堝中，20℃/分鐘的速率1500℃保溫3小時，氮氣流量為0.1升/分鐘下燒結；d.將樣品在爐中700℃保溫4小時脫除反應殘余的碳。
反應主要生成了β-Sialon及SiC，二者比值接近0.8，產(chǎn)物的純度接近95％。電鏡結果顯示粉體形狀不規(guī)則，粒度約為1-5微米。
實施例3本實施例采用中國山東省某處煤矸石，其成分如下表

a.煤矸石粉磨使粒徑19±1微米，1摩爾/升鹽酸酸洗48小時除鐵，水洗至pH為7；b.將加入質量百分比為30％的碳粉的粉料置于球磨罐中，濕法球磨混合56小時，抽濾，烘干，研成細粉；c.將粉料裝入石墨坩堝中，25℃/分鐘的速率1400℃保溫5小時，流動氮氣(流量0.2升/分鐘)下燒結；d.將樣品在爐中600℃保溫5小時脫除反應殘余的碳。
產(chǎn)物中β-Sialon結合SiC約占90％，其中SiC的百分含量約為35％。利用電鏡觀察發(fā)現(xiàn)粉體晶粒粉體形狀不規(guī)則在2-5微米之間。
權利要求
1.一種用煤矸石制備β-賽隆結合碳化硅復相粉體的方法，該方法以煤矸石為原料，以碳熱還原直接制備β-賽隆結合SiC粉體，其特征在于，其制備方法依次包括以下步驟(1)選用煤矸石為原料，其中SiO2質量百分比為60％～70％，Al2O3質量百分比為10％～20％，碳質量百分比為5～10％，余量為雜質，磨細至5～20微米；(2)用1-6摩爾/升鹽酸酸洗上述細粉24～48小時，水洗除去鹽酸至pH值6-7；(3)將步驟(2)酸洗后的煤矸石細粉與碳粉以100∶15～45的比例在球磨罐內(nèi)混合，并加水球磨24～56小時，抽濾，烘干；(4)在流量為0.05～0.2升/分鐘的氮氣氣氛下，以15～25℃/分鐘速度升溫至1400～1600℃，保溫2～5小時，隨爐冷卻；(5)將步驟(4)制備的粉料在600～800℃爐中保溫3～5小時，除去殘余的碳，即為β-賽隆結合碳化硅復相粉體。
全文摘要
用煤矸石制備β－賽隆結合碳化硅復相粉體的方法,屬材料技術領域。本發(fā)明選用煤矸石為原料,其中SiO
文檔編號B09B3/00GK1374274SQ0210387
公開日2002年10月16日 申請日期2002年4月5日 優(yōu)先權日2002年4月5日
發(fā)明者潘偉, 曹珍珠, 房明浩, 王瑞剛, 黃明華 申請人:清華大學