[发明专利]无烟超低灰纯煤冶炼绿碳化硅的方法及由此制备的绿碳化硅

说明书

技术领域

本发明涉及晶体制备领域。更具体而言，本发明涉及一种新的制备绿碳化硅的方法及由此制备的绿碳化硅。

背景技术

碳化硅是由碳原子和硅原子相结合形成的强共价键化合物材料，特殊的结构使碳化硅具有与金刚石相媲美的硬度和磨切性，还具有耐高温、耐强酸强碱、耐腐蚀、耐氧化等性质，广泛应用于各行各业。

碳化硅包括黑碳化硅和绿碳化硅，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机械强度高于刚玉，性脆而锋利。其中：黑碳化硅是以石英砂，石油焦和优质硅石为主要原料，通过电阻炉高温冶炼而成。传统工艺中绿碳化硅是以石油焦和优质石英砂为主要原料，添加食盐作为添加剂，通过电阻炉高温冶炼而成。绿碳化硅硬度、强度高于黑碳化硅，因此，绿碳化硅比黑碳化硅耐磨性高。

碳化硅的发现和研究已经有多年的历史。1891年，Acheson用细棒插入熔化的硅铝矿与焦炭的混合物中，在细棒中通入高流量的Ar气，发现细棒的周围有鲜艳的蓝色晶体产生。这种晶体于1893年被确认为是SiC晶体。1955年，Lely通过加热盛满SiC颗粒的反应器达2500℃并向反应器里不断通入氢气，发现SiC在气相中成核，并长成晶体。这种生长SiC单晶的方法被称为Lely法。接着又发展了PVT技术、化学气相沉积法、液相外延法等SiC单晶生长的技术。

1893年E.G.Acheson发表了第一个制备碳化硅的专利，该专利提出了制取碳化硅的工业方法，其主要特点是，在以碳制材料为炉芯的电阻炉中通过加热二氧化硅和碳的混合物，使之相互反应，从而生成碳化硅，到1925年卡普伦登公司，又宣布研制成功绿碳化硅。

而我国的碳化硅于1949年6月由赵广和研制成功，1951年6月，第一台制造碳化硅的工业炉在第一砂轮厂建成，从此结束了中国不能生产碳化硅的历史，到1952年8月，第一砂轮厂，在东北科学院、大连科学研究所曹子让的指导下，又试制成功了绿碳化硅。

绿碳化硅由于纯度高、硬度大，被视为碳化硅中的极品。随着低碳经济政策在2010年的出台和传统能源成本的上涨，光伏材料市场已经出台了相关鼓励政策，并提供支持资金，太阳能发电正在蓬勃发展，而绿碳化硅与光伏产业发展息息相关，绿碳化硅的制备正成为新兴的“朝阳产业”，被誉为“现代工业齿轮”。

绿碳化硅还可以被应用到其它多种领域。磨具领域：绿碳化硅具较高的硬度和一定的韧性，其制造的磨具多用于磨削硬质合金、研磨光学玻璃等；耐火材料领域：绿碳化硅可用于隧道窑窑车棚板、垫板等，要比普通粘土耐火材料的使用寿命延长很多，可以用于有色冶金领域中的蒸馏罐和精馏塔中；电工领域：绿碳化硅可用于制造避雷器、硅碳棒、避雷器。

正是由于绿碳化硅在高级陶瓷制品材料、重要电工电子材料、航空航天材料、高精密研磨材料、密封材料、阀体材料、涂层材料和环保材料等行业得到广泛的应用，使绿碳化硅的制备形成了强大的产业链。

目前，绿碳化硅的传统冶炼工艺主要采用Acheson方法，冶炼碳化硅的碳质原料采用石油焦。现今仍主要以石油焦、石英砂和催化剂为原料装入电阻炉中通电加热进行化学反应生成绿碳化硅。石油焦是从石油中提取出来的，随着石油供应量的日益紧张，提炼工艺技术的改进，石油焦做为石油的副产品，导致供应量受限，石油焦价格逐年攀升，现如今石油焦市场价3000元/吨左右，造成绿碳化硅的原料成本在不断攀升，绿碳化硅生产成本走高。而且由于石油焦的品质极不稳定(石油焦的焦化方法多，工艺复杂，受焦化厂提炼主产品的不同、人为操作等因素的影响，石油焦作为副产品，理化指标不是焦化厂的主控指标，因此碳化硅厂每批次进厂石油焦的固定碳、灰分、挥发份、硫份等质量指标相差较大)，使得绿碳化硅的冶炼效率和产品质量得不到保证，导致品质降低等问题，同时造成冶炼过程控制难度加大，冶炼工艺必须经常调整，进而造成绿碳化硅冶炼过程极不稳定，极有可能出现喷炉现象，还有可能造成炉况不稳及电极损坏。最终不能保证冶炼工作的正常进行。

根据绿碳化硅的市场需求量，寻找新的绿碳化硅制备原料替代品刻不容缓。

发明内容

本发明人研究发现无烟超低灰纯煤与石油焦含碳量相当，灰分指标与石油焦相差一个百分点左右，但其硫份却远低于石油焦，理化指标相对稳定，因此无烟超低灰纯煤能满足绿碳化硅生产所需碳质原料的纯度要求。本发明人通过采用无烟超低灰纯煤替代现有技术中通常采用的石油焦成功的制备了绿碳化硅。