一种利用气化炉渣合成Ca-α-Sialon的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用气化炉渣制备Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ材料的方法。该方法以气化炉渣为主要原料，通过碳热还原氮化法制备Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ材料，在制备过程中通过控制配料、烧结温度、保温时间、氮气流量等工艺参数，可得到具有较高纯度的Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ材料。本发明专利技术的优点在于：通过较低成本得到具有较高纯度（质量百分比为６０～９０％）的规则六棱柱状Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体，使气化炉渣得到合理充分的利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷、耐火材料
，特别是提供了一种利用气化炉渣 制备Ca-a-Sialon材料的方法，具有较强的可行性。
技术介绍
Sialon保留了Si3N4高强度、高硬度、高耐热性等优良性能，并且在韧 性、化学稳定性和抗氧化性等方面优于Si3N4，因此被认为是最有希望的高 温结构陶瓷之一。Ca-a-Sialon是固溶碱土金属的五元系赛隆族材料，由于 其晶体形貌为长柱状，使得以Ca-a-Sialon粉体为原料制成的陶瓷材料在韧 性方面有很大提高，这为韧性陶瓷的研制开辟了一条新思路。现己在高炉内 衬、混铁炉(车)内衬、铁水包、滑动水口及热交换器构件等设备上得到广 泛应用。通常，Ca-a-Sialon是利用氮化物(a-Si3N4、 A1N)和CaO为原料在高 温热压的条件下制备而成的，合成温度高(1700 1800°C)，工艺繁杂，制 备成本高，限制了 Ca-a-Sialon的大规模工业生产。目前针对气化炉渣报道较少，对气化炉渣的应用研究更是屈指可数。 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)利用气化炉渣与粘土 制备了建筑用砖，将粘土与气化炉渣按一定的比例混合均匀后在90(TC条件 下进行烧结，研究表明当样品气化炉渣含量达到50%时可制得满足使用要求的建筑用砖。然而，将气化炉渣应用于合成制备Ca-a-Sialon的研究成果并 未有所涉及。因此，利用气化炉渣制备Ca-a-Sialon材料对于满足资源的可 持续利用要求，具有很强的研究价值和技术意义。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种从气化炉 渣合成Ca-a-Sialon材料的方法， 一是实现了气化炉渣的综合利用；二是设 计了一种制备Ca-a-Sialon材料廉价工艺，降低了成本。 为了实现上述技术任务，本专利技术采取以下技术方案 一种利用气化炉渣制备Ca-a-Sialon材料的方法，其特征在于，包括以下a. 配料将气化炉渣作为原料，碳黑作为还原剂，按照6C+ 3Si02+2N2—Si3N4+6CO配置成混合料，其中碳黑加入量应超过理论加入量 的7%-10%，该碳黑加入量便于碳热还原氮化反应更充分。b. 球磨混合将配制好的料放入球磨罐中，加10%白糊精作为结合剂， 干法球磨10-20小时，以达到混合均匀和细化粉末的目的。c. 压制成型混合料在120MPa的压力下压制成圆柱状试样。e. 干燥将成型块放入烘箱中在7(TC下烘干10-20小时。f. 碳热还原氮化合成将试样放入高温可控管式气氛炉中，以5 7度/分 的升温速度加热到800。C， 2 3h后升至1200。C， l~3h升温到1300~1500°C, 通入氮气流量为0.5L/min，在最高温度保温9小时，以实现试样的充分烧结。g. 去碳除铁将烧结试样在700—800。C条件下保温6—7h，以除去试样 中的碳；将除碳后试样磨成粉末，放置于除铁机中进行除铁，最终得到 Ca-a-Sialon陶瓷粉体。所述的气化炉渣成分为Si02 35 40%， A1203 7~12%， CaO 7~9%， MgO 0.5 1%， C 20~25%， Fe 3~5%， K20 1.2~1.8%， Na20 1~1.5%，其他余量。本专利技术的优点在于通过较低成本得到具有较高纯度(质量百分比为 60~90%)的规则六棱柱状Ca-cc-Sialon陶瓷粉体，使气化炉渣得到合理充分 的利用。附图说明图1为本专利技术选用的气化炉渣的XRD图谱。 图2实施例1， 2， 3， 4产物的XRD图谱。 图3实施例1， 2， 3， 4产物的相组成含量变化图。 图4实施例4中Ca-a-Sialon的微观形貌图，其中图4 (a)的放大倍数 为5万倍，图4 (b)的放大倍数为20万倍。以下结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步详细说明。具体实施例方式本专利技术以气化炉渣为主要原料，通过碳热还原氮化法制备Ca-a-Sialon 材料，在制备过程中通过控制烧结温度、保温时间、氮气流量等工艺参数， 可得到具有较高纯度的Ca-a-Sialon材料。其中Ca-a-sialon的形成反应原 理如下mCaO十(24-2 (m+n)) Si02+ (m+n) A1203+ (16-n) N2+ (48画3n) C —2Ca(m/2)Si(12_(m+n)) Alm+nOnN16.n+ (48-3n) CO遵循上述反应原理，本专利技术采取如下步骤 a.配料将气化炉渣作为原料，碳黑作为还原剂，按照6C+3Si02+2N2—Si3N4+6CO配置成混合料，其中碳黑加入量应超过理论加入量的7%-10%，该碳黑加入量便于碳热还原氮化反应更充分。b. 球磨混合将配制好的料放入球磨罐中，加10%白糊精作为结合剂， 干法球磨10-20小时，以达到混合均匀和细化粉末的目的。c. 压制成型混合料在120MPa的压力下压制成圆柱状试样。e. 干燥将成型块放入烘箱中在7(TC下烘干10-20小时。f. 碳热还原氮化合成将试样放入高温可控管式气氛炉中，以5~7度/分 的升温速度加热到800'C， 2-3h后升至1200°C， l~3h升温到1300-1500°C ， 通入氮气流量为0.5L/min，在最高温度保温9小时，以实现试样的充分烧结。g.去碳除铁将烧结试样在700—80(TC条件下保温6—7h，以除去试样 中的碳；将除碳后试样磨成粉末，放置于除铁机中进行除铁，最终得到 Ca-a-Sialon陶瓷粉体。本专利技术的优点在于通过较低成本得到具有较高纯度(质量百分比为60~90%)的规则六棱柱状Ca-a-Sialon陶瓷粉体，使气化炉渣得到合理充分 的利用。以下是专利技术人给出的实施例，本专利技术不限于这些实施例，经申请人的实 验证明，在本专利技术给出的范围内均能够利用气化炉渣制备合格的 Ca-a-Sialon材料。以下实施例中所提供的气化炉渣均选用陕西神木化学工 业有限公司Texaco气化炉炉渣，所涉及的气化炉渣的主要化学组成为Si02、 Ab03和CaO，且含有较高的残碳量，气化炉渣成分为Si02: 35~40%， A1203 : 7 12%， CaO : 7~90/0， MgO : 0.5~lo/o， C: 20~25%， Fe 3~5%， K20 : 1.2~1.8%， Na20: 1~1.5%，其他余量。气化炉渣的X-射线衍射图 谱如图1所示。由图可见气化炉渣玻璃相、不定形物质含量很高，达到卯％ 以上，晶相主要为石英和方解石。其中石英由高温液相冷却过程中玻璃相析晶而得，方解石是为了调整灰分的熔点和熔体性质而引入的助溶剂，由于颗 粒粒径较大、在气化炉中停留时间较短没有完全分解而残留在气化渣中。 实施例1:将气化炉渣、碳黑进行配料，其中碳黑加入量超过理论值的7%，将混合物球磨14小时，球磨后的混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用气化炉渣制备Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：　ａ．配料：将气化炉渣作为原料，碳黑作为还原剂，按照６Ｃ＋３ＳｉＯ↓［２］＋２Ｎ↓［２］→Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］＋６ＣＯ配置成混合料，其中碳黑加入量应超过 理论加入量的７％－１０％，该碳黑加入量便于碳热还原氮化反应更充分；　ｂ．球磨混合：将配制好的料放入球磨罐中，加１０％白糊精作为结合剂，干法球磨１０－２０小时，以达到混合均匀和细化粉末的目的；　ｃ．压制成型：混合料在１２０ＭＰａ的 压力下压制成圆柱状试样；　ｅ．干燥：将成型试样放入烘箱中在７０℃下烘干１０－２０小时；　ｆ．碳热还原氮化合成：将试样放入高温可控管式气氛炉中，以５～７度／分的升温速度加热到８００℃，２～３ｈ后升至１２００℃，１～３ｈ升温到１３０ ０～１５００℃，通入氮气流量为０．５Ｌ／ｍｉｎ，在最高温度保温９小时，以实现试样的充分烧结；　ｇ．去碳除铁：将烧结试样在７００－８００℃条件下保温６－７ｈ，以除去试样中的碳；将除碳后试样磨成粉末，放置于除铁机中进行除铁，最终得到Ｃａ－ α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹洪峰，汤云，任耘，张军战，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]