[发明专利]用硅切割废砂浆制备氮化硅结合碳化硅耐火材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅切割废砂浆回收利用方法，尤其涉及一种利用硅切割废砂浆制备耐火材料的方法。

背景技术

随着不可再生能源的大量消耗利用，全球能源日益紧张，而太阳能作为永久性能源则逐渐成为人类最重要的新能源，太阳能光伏产业在全球得到迅速发展。制备太阳能电池时，需要将单质硅体切割成符合要求的硅片，目前晶硅主要是采用多线切割技术完成的。一般，一台切割机每年产生的切割废浆料高达上百吨，随着我国太阳能光伏产业迅猛发展，产生的切割废料也在迅速增加，不仅给企业和环境带来了巨大压力，也造成了资源的极大浪费。为此，硅切割废砂浆的回收再利用正受到越来越多的重视。

硅切割废砂浆的主要成分为碳化硅微粉、晶体硅和聚乙二醇，目前主要是采取固液分离得到固态碳化硅/硅混合物和液态聚乙二醇。聚乙二醇的回收利用已经实现了工业化。而固态混合物碳化硅/硅由于物理、化学性质较为接近，不易分离，现有的方法难以实现硅粉的分离。目前常用的方法是通过酸洗碱洗去除硅切割废料中的纯硅而回收碳化硅微粉重新作为线切割的原料利用，这不但回收成本高而且浪费了经济价值更高的高纯硅资源，且整个回收过程会产生大量新的胶态硅酸钠污水，造成二次污染。

氮化硅结合碳化硅耐火材料是以氮化硅为结合相的碳化硅质高级耐火材料，秉承了氮化硅和碳化硅材料的许多优异性能，具有高温强度高、热导率大、线膨胀系数小、抗热震性好、耐碱侵蚀性好、抗氧化性好、抗锌铝铜铅等溶液侵蚀能力强和高温耐磨性好等一系列优良性能，在钢铁冶金生产、铝电解槽和陶瓷窑棚板生产等方面获得广泛应用。

如中国专利申请第200410009794.4号所公开的一种用微波技术快速烧结氮化硅结合碳化硅耐火材料的方法，其利用微波对材料的快速均匀加热原理和微波场对氮化反应的促进效果，将混合均匀的碳化硅和硅粉和少量有机粘结剂通过压力成型成毛坯，经过烘干和预脱脂处理，在氮气气氛下，利用频率为900～3000兆赫兹的工业微波源产生的微波将毛坯加热至1100～1500℃下进行氮化反应和烧结致密化。然而，该专利申请所公开的工艺是在碳化硅原料中掺入硅粉，成型后通过高温氮化反应烧成。由于所需原料如碳化硅和硅粉价格较高，且由于氮化硅和碳化硅都是耐高温化合物，而且是共价键和高温易氧化的化合物，需要在高温氮气气氛下进行烧成制备，该工艺对氮化设备和气氛控制的要求较严格，因而，导致氮化硅结合碳化硅耐火材料的价格居高不下，而难以实现大规模生产。

又如中国专利申请第201210287828.0号所公开的一种轻质高强氮化硅结合碳化硅耐火材料及其制备方法，该材料主要以碳化硅和硅粉为原料制成，碳化硅与硅粉的重量比为65～85：15～30；其中，碳化硅粒径D50＝0.1μm～150μm，硅粉粒径D50＝0.1μm～1μm；将全部原料混合后进行球磨，球磨时间为8～12小时，球磨后烘干，加原料重的8～12％的PVA造粒，过40～80目筛，室温放置24小时以上，干压成型，成型压力为40～80MPa，排胶，氮化烧结。同样，该专利申请所公开的方法也存在中国专利申请第200410009794.4号的问题。

再如中国专利申请第201310024132.3号所公开的一种用晶体硅加工废砂浆回收硅粉制备氮化硅粉体的气流床反应器，其以晶体硅加工废砂浆回收的硅粉和氮气为原料，以氮气作为硅粉和热量输送载体，在气流状态下氮化反应生成氮化硅微粉；由于回收硅粉粒径≤8um、反应合成时间≤15s，合成晶粒没有时间长大，能够生成纳米级氮化硅微粉。然而，该专利申请所公开的方法仍然局限于在氮气氛围下制备氮化硅，同时，该专利申请未揭示或建议利用晶体硅加工废砂浆制备氮化硅结合碳化硅耐火材料。

因此，提供一种可利用硅切割废砂浆来制备低成本氮化硅结合碳化硅耐火材料的方法成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用硅切割废砂浆制备氮化硅结合碳化硅耐火材料的方法，该方法可实现硅切割废砂浆的完全回收利用，同时有效降低氮化硅结合碳化硅耐火材料的生产成本。

根据本发明的方案，提供一种用硅切割废砂浆制备氮化硅结合碳化硅耐火材料的方法，包括：(1)、配制原料，原料包括重量百分比分别为5％～20％的硅切割废砂浆、50％～80％的碳化硅、2％～20％的氮化硅以及1％～10％的氧化铝；(2)、将原料加入无水乙醇进行湿法球磨；(3)、烘干经过湿法球磨后的原料；(4)、向烘干后的原料中加入PVA进行造粒，制得素坯，其中所加入的PVA的质量为原料质量的3％～8％；以及(5)、将素坯在空气气氛下烧结成氮化硅结合碳化硅耐火材料。