[發明專利]一種利用氣化爐渣合成Ca-α-Sialon的方法

無效

• 申請號: 200910023302.X
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101607821A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 尹洪峰;湯云;任耘;張軍戰
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/58;B09B3/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 李 婷

技術領域

本發明涉及陶瓷、耐火材料技術領域，特別是提供了一種利用氣化爐渣 制備Ca-α-Sialon材料的方法，具有較強的可行性。

背景技術

Sialon保留了Si₃N₄高強度、高硬度、高耐熱性等優良性能，并且在韌 性、化學穩定性和抗氧化性等方面優于Si₃N₄，因此被認為是最有希望的高 溫結構陶瓷之一。Ca-α-Sialon是固溶堿土金屬的五元系賽隆族材料，由于 其晶體形貌為長柱狀，使得以Ca-α-Sialon粉體為原料制成的陶瓷材料在韌 性方面有很大提高，這為韌性陶瓷的研制開辟了一條新思路。現已在高爐內 襯、混鐵爐(車)內襯、鐵水包、滑動水口及熱交換器構件等設備上得到廣 泛應用。

通常，Ca-α-Sialon是利用氮化物(α-Si₃N₄、AlN)和CaO為原料在高 溫熱壓的條件下制備而成的，合成溫度高(1700～1800℃)，工藝繁雜，制 備成本高，限制了Ca-α-Sialon的大規模工業生產。

目前針對氣化爐渣報道較少，對氣化爐渣的應用研究更是屈指可數。 Acosta(A.Acosta，I.Iglesias，M.Aineto，et?al，Utilisation?of?IGCC?slag?and clay?steriles?in?soft?mud?bricks(by?pressing)for?use?in?building?bricks manufacturing，Waste?Management，2002，22：887-89)利用氣化爐渣與粘土 制備了建筑用磚，將粘土與氣化爐渣按一定的比例混合均勻后在900℃條件 下進行燒結，研究表明當樣品氣化爐渣含量達到50％時可制得滿足使用要求 的建筑用磚。然而，將氣化爐渣應用于合成制備Ca-α-Sialon的研究成果并 未有所涉及。因此，利用氣化爐渣制備Ca-α-Sialon材料對于滿足資源的可 持續利用要求，具有很強的研究價值和技術意義。

發明內容

針對上述背景技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種從氣化爐 渣合成Ca-α-Sialon材料的方法，一是實現了氣化爐渣的綜合利用；二是設 計了一種制備Ca-α-Sialon材料廉價工藝，降低了成本。

為了實現上述技術任務，本發明采取以下技術方案：

一種利用氣化爐渣制備Ca-α-Sialon材料的方法，其特征在于，包括以下 步驟：

a.配料：將氣化爐渣作為原料，碳黑作為還原劑，按照6C+ 3SiO₂+2N₂→Si₃N₄+6CO配置成混合料，其中碳黑加入量應超過理論加入量 的7％-10％，該碳黑加入量便于碳熱還原氮化反應更充分。

b.球磨混合：將配制好的料放入球磨罐中，加10％白糊精作為結合劑， 干法球磨10-20小時，以達到混合均勻和細化粉末的目的。

c.壓制成型：混合料在120MPa的壓力下壓制成圓柱狀試樣。

e.干燥：將成型塊放入烘箱中在70℃下烘干10-20小時。

f.碳熱還原氮化合成：將試樣放入高溫可控管式氣氛爐中，以5～7度/分 的升溫速度加熱到800℃，2～3h后升至1200℃，1～3h升溫到1300～1500℃， 通入氮氣流量為0.5L/min，在最高溫度保溫9小時，以實現試樣的充分燒結。

g.去碳除鐵：將燒結試樣在700-800℃條件下保溫6-7h，以除去試樣 中的碳；將除碳后試樣磨成粉末，放置于除鐵機中進行除鐵，最終得到 Ca-α-Sialon陶瓷粉體。

所述的氣化爐渣成分為：SiO₂?35～40％，Al₂O₃7～12％，CaO?7～9％， MgO?0.5～1％，C?20～25％，Fe?3～5％，K₂O?1.2～1.8％，Na₂O?1～1.5％， 其他：余量。

本發明的優點在于：通過較低成本得到具有較高純度(質量百分比為 60～90％)的規則六棱柱狀Ca-α-Sialon陶瓷粉體，使氣化爐渣得到合理充分 的利用。

附圖說明

圖1為本發明選用的氣化爐渣的XRD圖譜。