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，在此基礎上采用燒結法直接制備了硅質耐火材料，并通過調整廢料中Al2O3的摻量制備了性能優(yōu)良的多孔和莫來石質耐火材料。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成本。
　　本研究主要內

2、容包括：⑴通過XRF、XRD、TG、SEM等現(xiàn)代測試手段對SiC-Si廢料原粉和氧化料、制備的耐火材料進行了分析，探討了不同溫度、升溫速率和粒度對廢料氧化性的影響以及制備工藝對耐火材料形成、結構和性能的影響。通過大量實驗，確定了該廢料制備硅質、多孔和莫來石質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。結合20-1500℃范圍內的非恒溫和恒溫

3、熱重分析以及X射線衍射分析結果，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的氧化三個階段，完全氧化后的產物是方石英和Fe2O3。球磨預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單獨以SiC-Si廢料為原料采用燒結法成功制備了以方石英為主晶相的硅質耐火材料。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6h。所得試樣中SiO2含量為94.86％，體

4、積密度為1.75g/cm3，抗折強度為23.32MPa，耐火度可達1680℃。⑷SiC-Si廢料中的SiC高溫氧化會產生SiO2和碳氧化物氣體，F(xiàn)e會被氧化成Fe2O3，通過調整配料中Al2O3的摻量，可在高溫熱燒結時形成液相，同時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Al2O3摻量為20％時，SiC-Si廢料在1515℃燒結2h可制備出多孔耐火材料。燒結所得試樣體積密度為0.78g/cm3，室溫

5、導熱系數(shù)為0.354W/(m·K)，耐火度可達1560℃，可作為高溫隔熱保溫材料使用。⑸SiC-Si廢料的氧化產物以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。實驗比較了氧化鋁摻量、燒結溫度、燒結時間對燒結體中莫來石生成的影響。結果表明，當氧化鋁摻量為75％，燒結溫度為1550℃，燒結時間為2h時，熱處理后的試樣莫來石相含量最高，可達92.99％。試樣的體積密度為1.63g/cm3，耐火度超過