SiC-Si廢料制備耐火材料的研究.pdf

1、太陽能光伏所需晶體硅片加工過程中產(chǎn)生大量的切割廢料漿。干燥后固態(tài)切割廢料除含少量聚乙二醇外，主要成分為SiC、Si，因此稱之為SiC-Si廢料。本課題首先研究了某晶體硅片廠排放的SiC-Si廢料的組成及其升溫氧化過程，在此基礎(chǔ)上采用燒結(jié)法直接制備了硅質(zhì)耐火材料，并通過調(diào)整廢料中Al2O3的摻量制備了性能優(yōu)良的多孔和莫來石質(zhì)耐火材料。利用這種固體廢棄物制備耐火材料有助于減輕企業(yè)的環(huán)保壓力，并降低耐火材料的生產(chǎn)成本。
　　本研究主要內(nèi)

2、容包括：⑴通過XRF、XRD、TG、SEM等現(xiàn)代測(cè)試手段對(duì)SiC-Si廢料原粉和氧化料、制備的耐火材料進(jìn)行了分析，探討了不同溫度、升溫速率和粒度對(duì)廢料氧化性的影響以及制備工藝對(duì)耐火材料形成、結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過大量實(shí)驗(yàn)，確定了該廢料制備硅質(zhì)、多孔和莫來石質(zhì)耐火材料的最佳配比及工藝參數(shù)。⑵成分分析顯示所用SiC-Si廢料中含有62.63％SiC和27.49％Si，這些成分可作為制備耐火材料的硅源。結(jié)合20-1500℃范圍內(nèi)的非恒溫和恒溫

3、熱重分析以及X射線衍射分析結(jié)果，可以看出SiC-Si廢料的升溫氧化過程包含Si的氧化、Fe的氧化和SiC的氧化三個(gè)階段，完全氧化后的產(chǎn)物是方石英和Fe2O3。球磨預(yù)處理和以較低的升溫速率升溫更有利于SiC-Si廢料的氧化。⑶單獨(dú)以SiC-Si廢料為原料采用燒結(jié)法成功制備了以方石英為主晶相的硅質(zhì)耐火材料。最佳制備工藝條件為:在50MPa壓力下制坯，以3℃/min的升溫速率升溫到1550℃，燒結(jié)6h。所得試樣中SiO2含量為94.86％，體

4、積密度為1.75g/cm3，抗折強(qiáng)度為23.32MPa，耐火度可達(dá)1680℃。⑷SiC-Si廢料中的SiC高溫氧化會(huì)產(chǎn)生SiO2和碳氧化物氣體，F(xiàn)e會(huì)被氧化成Fe2O3，通過調(diào)整配料中Al2O3的摻量，可在高溫?zé)釤Y(jié)時(shí)形成液相，同時(shí)碳氧化物氣體被這種液相包裹難以排出，從而成功的制備了多孔耐火材料。研究表明，當(dāng)Al2O3摻量為20％時(shí)，SiC-Si廢料在1515℃燒結(jié)2h可制備出多孔耐火材料。燒結(jié)所得試樣體積密度為0.78g/cm3，室溫

5、導(dǎo)熱系數(shù)為0.354W/(m·K)，耐火度可達(dá)1560℃，可作為高溫隔熱保溫材料使用。⑸SiC-Si廢料的氧化產(chǎn)物以SiO2為主，為獲得莫來石相含量較高的耐火材料，需在原料中加入67～80％的Al2O3。實(shí)驗(yàn)比較了氧化鋁摻量、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間對(duì)燒結(jié)體中莫來石生成的影響。結(jié)果表明，當(dāng)氧化鋁摻量為75％，燒結(jié)溫度為1550℃，燒結(jié)時(shí)間為2h時(shí)，熱處理后的試樣莫來石相含量最高，可達(dá)92.99％。試樣的體積密度為1.63g/cm3，耐火度超過