利用生物质电厂灰制备O`-Sialon陶瓷粉末的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法。其技术方案是：先按SiO2与C的摩尔比为1︰(1~8)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1400~1450℃条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O'-Sialon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。
【专利说明】利用生物质电厂灰制备O'-Sialon陶瓷粉末的方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于O’ -Sialon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陶瓷粉末的方法。
【背景技术】
[0003]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、秸杆和树皮等“绿色能源”作为燃料来发电。
[0004]随着生物质电厂的发展，以稻壳、秸杆和薪材等生物质为原料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。
[0005]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。而且其能够抵抗熔融石英和有色金属熔体的侵蚀。由于它具有优良的抗热震性、抗氧化性和高温强度，因此其与Si3N4、SiC 一样具有广阔的应用前景。但 采用化学原料合成的Sialon陶瓷粉体成本高，工艺复杂，这使其工业化应用受到限制。
【发明内容】
[0006]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陶瓷粉末的方法。
[0007]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:(I~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1400~1450°C条件下煅烧2~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O’-Sialon陶瓷粉末。
[0008]其中，氮气流量为0.05~0.25L/min。
[0009]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、薪材和稻杆。
[0010]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。[0011]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，制备的复合陶瓷粉末中O’ -Sialon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，为高性能陶瓷材料的制备提供了优良的原料。
[0012]本发明实现了工业废弃物-生物质电厂灰的综合利用，采用价格低廉的原料，不仅能够降低O’ -Sialon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。
[0013]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明制备的一种O’ -Sialon陶瓷粉末XRD图谱。
【具体实施方式】
[0015]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。
[0016]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、薪材和秸杆。实施例中不再赘述。
[0017]实施例1
[0018]一种利用生物质电厂灰制备O’ -Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (I~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1400~1450°C条件下煅烧3~6小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon陶瓷粉末。
[0019]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20 μ m。
[0020]实施例2
[0021]一种利用生物质电厂灰制备O’ -Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (I~4)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1400~1430°C条件下煅烧2~5小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon陶瓷粉末。
[0022]本实施例中: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100 μ m。
[0023]实施例3
[0024]一种利用生物质电厂灰制备O’ -Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (4~8)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1430~1450°C条件下煅烧3~6小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon陶瓷粉末。
[0025]本实施例中: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100 μ m。
[0026]实施例4[0027]一种利用生物质电厂灰制备O’ -Sialon陶瓷粉末的方法。先按SiO2与C的摩尔比为1: (I~6)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1430~1450°C条件下煅烧5~8小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon陶瓷粉末。
[0028]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50 μ m。
[0029]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，采用价格低廉的原料，不仅能够降低O’ -Sialon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。
[0030]本【具体实施方式】制备的O’ -Sialon陶瓷粉末的XRD图谱如图1所示，图1为实施例I所制备的一种O’ -Sialon陶瓷粉末XRD图谱，可以看出，主要物相为O’ -Sialon，其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。
[0031]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。`
【权利要求】
1.一种利用生物质电厂灰制备O’ -Sialon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:(广8)将碳素材料加入生物质电厂灰中，混合5飞O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140(Tl45(rC条件下煅烧21小时，随炉自然冷却至室温，制得O’ -Sialon陶瓷粉末； 其中，氮气流量为0.05、.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、薪材和稻杆。
3.根据权利要求1所述的利用生物质电厂灰制备O’-Sialon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。
【文档编号】C04B35/599GK103626500SQ201310686374
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】员文杰, 邓承继, 樊明宇, 李君 , 祝洪喜 申请人:武汉科技大学