用于流化反应的硅粉及其制备方法、氮化硅及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种用于流化反应的硅粉及其制备方法、氮化硅及其生产方法，本发明专利技术中的硅粉的内部具有孔洞，大大提高了硅粉的比表面积和孔隙率，硅粉与氮气进行流化反应时，氮气进入到硅粉的内部的孔洞形成的通道中充分接触与硅粉接触，不仅仅大大提高了气、固相界面积，而且提高了氮气在硅粉的内部的孔洞形成的通道中的流通速度，从而提高了流化反应的速度，使得不仅仅在硅粉的表面会生成氮化硅，而且在硅粉的内部也会生成氮化硅，且大大提高了硅粉的转化率。使用内部具有孔洞的硅粉进行流化反应，可以使用大颗粒的硅粉形成流化态，且不会阻止硅粉与氮气的进一步反应，且大大减少了氮化反应的阻力。

Silicon powder for fluidization reaction and its preparation method, silicon nitride and its production method

The invention discloses a silicon powder for fluidization reaction and its preparation method, silicon nitride and its production method. The silicon powder in the invention has internal holes, which greatly improves the specific surface area and porosity of the silicon powder. When the silicon powder fluidizes with nitrogen, nitrogen enters into the channel formed by the holes inside the silicon powder and contacts with the silicon powder fully, which not only greatly improves the contact with the silicon powder. The gas-solid interface area also increases the flow rate of nitrogen in the channel formed by the hole inside the silicon powder, thus increasing the fluidization reaction speed, making silicon nitride not only form on the surface of the silicon powder, but also form silicon nitride inside the silicon powder, and greatly improving the conversion rate of the silicon powder. The fluidization reaction of silicon powder with internal holes can be carried out by using large particles of silicon powder to form fluidized state, which will not prevent the further reaction between silicon powder and nitrogen, and greatly reduce the resistance of nitriding reaction.

【技术实现步骤摘要】
用于流化反应的硅粉及其制备方法、氮化硅及其生产方法
本专利技术属于氮化硅生产
，具体涉及一种用于流化反应的硅粉及其制备方法、氮化硅及其生产方法。
技术介绍
氮化硅具有机械强度高、自润滑、热稳定性好、化学稳定性好等优点，在高温、高速、强腐蚀介质和高磨损等特殊工作环境中，具有广泛的应用。氮化硅分子式为Si3N4，是一种以共价键结合的化合物，有α-Si3N4、β-Si3N4、γ-Si3N4三种相态，α相氮化硅在动力学上较容易生成，高温下发生相变生成热力学稳定相β相氮化硅，γ相氮化硅只有在高压及高温下才能合成。α相氮化硅更活泼，容易烧结成制品，因此工业应用以α-Si3N4为主。目前已经工业化的氮化硅粉体制备技术有四种：(1)硅粉直接氮化法，即硅粉的直接氮化；(2)还原氮化法，由二氧化硅和碳粉在氮气中发生氧化还原反应生成氮化硅；(3)低温卤硅烷法，由四氯化硅或三氯氢硅等卤硅烷和氨在低温下生成Si-N-H中间产物，然后再将Si-N-H中间产物热解为氮化硅，其中，Si-N-H化合物是Si6N13H15、Si6N12H12、Si6N11H9等一些列化合物的通称；(4)高温卤硅烷或硅烷法，由四氯化硅等卤硅烷或硅烷在高温下直接和氨气发生反应生成氮化硅。在上述方法中，直接氮化法具有工艺简单，适于规模化生产等一系列优点，是目前主要的氮化硅制备方法。由于氮化硅有多种相态，反应温度不同，就会生成不同相的氮化硅粉体，因此温度的控制直接影响氮化硅粉体的品质。但是硅粉氮化是放热过程，反应过程中产生的热量不能及时移出会造成局部过热现象，导致生成的α相氮化硅发生相变，还会发生硅粉融化产生流硅的现象。考虑到流化床具有流体与颗粒之间传热、传质速率高，气、固相界面积大，反应速率快等优点，可以解决硅粉氮化过程中温度不均匀的问题，国内外部分企业及高校尝试使用流化床法制备氮化硅粉体。然而，采用流化床法制备氮化硅过程中，如果采用大颗粒硅粉，可以实现流化，但是硅粉与氮气反应会在硅粉的表面生成氮化硅层，会阻止硅粉与氮气的进一步反应；采用小粒径硅粉可以减少氮化反应的阻力，但是固体颗粒太细，则难以流化，现有技术没有考虑这一问题，因此相关技术难以实现工业化应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种用于流化反应的硅粉及其制备方法、氮化硅及其生产方法，本专利技术中的硅粉的内部具有孔洞，大大提高了硅粉的比表面积和孔隙率，硅粉与氮气进行流化反应时，氮气进入到硅粉的内部的孔洞形成的通道中充分接触与硅粉接触，不仅仅大大提高了气、固相界面积。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是提供一种用于流化反应的硅粉，所述硅粉的内部具有孔洞。优选的是，所述硅粉的孔隙率为15～40％。优选的是，所述硅粉的粒径为20～120目。硅粉的粒径大，便于硅粉发生流化反应时形成流化态，达到流化反应要求，并使得硅粉与氮气充分接触。优选的是，所述硅粉用于与通入到流化床内的氮气在流化态下发生流化反应生成氮化硅。本专利技术还提供一种上述用于流化反应的硅粉的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅细粉、粘结剂、水混合，通过造粒机加工为大颗粒硅粉，大颗粒硅粉由硅细粉通过粘结剂粘结而成；(2)加热大颗粒硅粉，使得粘结剂分解以气体的形式逸出，得到内部具有孔洞的硅粉。粘结剂发生热分解后会在硅粉颗粒中产生许多细小的孔，便于流化反应时氮气的渗透，增大氮气与硅粉的接触面积。大颗粒硅粉中粘结剂分解以气体的形式逸出后，在硅粉内部产生细小的通道，同时水分除去。优选的是，水与硅细粉的质量比为(1:9)～(3:7)。优选的是，所述步骤(1)中所述粘结剂与所述硅细粉的质量比为(5～10)：100。优选的是，所述步骤(2)中的加热温度为250～400℃，加热时间为1～4小时。优选的是，所述硅细粉的粒径≤500目。更优选的是，所述硅细粉的粒径为500～1000目。优选的是，所述粘结剂包括甲基纤维素、植物纤维、淀粉中的一种或几种。本专利技术还提供一种生产氮化硅的方法，包括以下步骤：通过上述的制备方法制备用于流化反应的硅粉；将制备的硅粉加入到流化床内，硅粉与通入到流化床内的氮气在流化态下发生流化反应生成氮化硅。流化床反应床层内流体与固体颗粒传热、传质速率快，流化床内各点的反应温度的控制范围可以达到±1℃，可以实现反应温度的精确控制。但是现有技术中使用固定床生产氮化硅，则由于无法进行换热，固定床内各点的反应温度差异大。优选的是，所述的生产氮化硅的方法还包括以下步骤：旋风分离器与流化床连接，流化床内的物料进入旋风分离器进行气固分离，分离后的固体颗粒落回到流化床内，分离后的气固混合物流入到与旋风分离器连接的袋滤器内，通过袋滤器过滤除尘后，得到尾气。优选的是，旋风分离器与袋滤器之间还设置有换热器，换热器分别与旋风分离器、袋滤器连接，通过旋风分离器进行气固分离后得到的气固混合物进入到换热器与调温介质换热，在换热器内通过换热后得到降温的气固混合物再流入袋滤器内过滤除尘，在换热器内通过换热后得到升温的气态调温介质。优选的是，所述调温介质为氮气，换热器的调温介质出口还与流化床的入口连接，在换热器内通过换热后得到的升温的气态氮气通入到流化床内。优选的是，所述调温介质为氮气，换热器的调温介质出口还与袋滤器连接，袋滤器与流化床的入口连接，在换热器内通过换热后得到的升温的气态氮气将袋滤器过滤除尘得到的固体颗粒吹入到流化床内。优选的是，所述制备用于流化反应的硅粉的制备方法通过加热干燥器加热大颗粒硅粉，加热干燥器设置于造粒机与流化床之间，加热干燥器分别与造粒机、流化床连接，所述调温介质为氮气，换热器的调温介质出口还与加热干燥器连接，在换热器内通过换热后得到的升温的气态氮气通入到加热干燥器内。优选的是，旋风分离器包括用于旋风分离的旋风分离室，旋风分离室设置于流化床内，旋风分离器的进料口位于流化床的沉降段，旋风分离器的排渣口位于流化床的反应段，旋风分离器的气体出口位于流化床外。优选的是，所述流化床内的反应的温度为1200～1300℃。本专利技术还提供一种氮化硅，其为由上述的方法生产。本专利技术中的硅粉的内部具有孔洞，大大提高了硅粉的比表面积和孔隙率，硅粉与氮气进行流化反应时，氮气进入到硅粉的内部的孔洞形成的通道中充分接触与硅粉接触，不仅仅大大提高了气、固相界面积，而且提高了氮气在硅粉的内部的孔洞形成的通道中的流通速度，从而提高了流化反应的速度，使得不仅仅在硅粉的表面会生成氮化硅，而且在硅粉的内部也会生成氮化硅，且大大提高了硅粉的转化率。使用内部具有孔洞的硅粉进行流化反应，可以使用大颗粒的硅粉形成流化态，且不会阻止硅粉与氮气的进一步反应，且大大减少了氮化反应的阻力。附图说明图1是本专利技术实施例4中的用于生产氮化硅的装置。图中：1-造粒机；2-提升机；3-加热干燥器；4-流化床；5-旋风分离器；6-旋风分离器的进料口；7-旋风分离器的排渣口；8-旋风分离器的气体出口；9-换热器；10-换热器的管程；11-换热器的壳程；12-壳程出口；13-袋滤器；14-气体分布板；15-固体排放口；16-旋风分离室；17-阀门。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。实施例1本实施例提供一种上述用于流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于流化反应的硅粉，其特征在于，所述硅粉的内部具有孔洞。

【技术特征摘要】
1.一种用于流化反应的硅粉，其特征在于，所述硅粉的内部具有孔洞。2.根据权利要求1所述的用于流化反应的硅粉，其特征在于，所述硅粉的孔隙率为15～40％。3.根据权利要求1或2所述的用于流化反应的硅粉，其特征在于，所述硅粉的粒径为20～120目。4.一种权利要求1～3任意一项所述用于流化反应的硅粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硅细粉、粘结剂、水混合，通过造粒机加工为大颗粒硅粉，大颗粒硅粉由硅细粉通过粘结剂粘结而成；(2)加热大颗粒硅粉，使得粘结剂分解以气体的形式逸出，得到内部具有孔洞的硅粉。5.根据权利要求4所述的用于流化反应的硅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述粘结剂与所述硅细粉的质量比为(5～10)：100。6.根据权利要求4所述的用于流化反应的硅粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的加热温度为250～400℃，加热时间为1～4小时。7.根据权利要求4～6任意一项所述的用于流化反应的硅粉的制备方法，其特征在于，所述硅细粉的粒径≤500目。8.根据权利要求4～6任意一项所述的用于流化反应的硅粉的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括甲基纤维素、植物纤维、淀粉中的一种或几种。9.一种生产氮化硅的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过权利要求4～8任意一项所述的制备方法制备用于流化反应的硅粉；将制备的硅粉加入到流化床内，硅粉与通入到流化床内的氮气在流化态下发生流化反应生成氮化硅。10.根据权利要求9所述的生产氮化硅的方法，其特征在于，还包括以下步骤：旋风分离器与流化床连接，流化床内的物料进入旋风分离器进行气固分离，分离后的固体颗粒落回到流化床内，分离后的气固混合物流入到与旋风分离器连接的袋滤器内，通过袋滤器过滤除尘后，得到尾气...

【专利技术属性】
技术研发人员：武珠峰，刘兴平，孙永仕，范协诚，黄彬，银波，朱秀萍，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65