碳化硅的回收与应用

2018/11/27 11:26:57

背景及概述[1][2]

碳化硅又称金刚砂,纯品为无色粉状颗粒,工业品为青绿色。SiC结晶型态很多,已发现有200种晶型结构,其中主要有六角与菱形晶系(又称α-SiC)和立方晶系(又称β-SiC)。SiC为宽禁带半导体(禁带宽度>2.5eV),具有高导热率[可达5W/(cm·K)]、高硬度(仅次于金刚石)和高熔点等可贵特性,

它分为人工合成碳化硅和天然碳化硅。天然碳化硅称为碳硅石,主要赋存于金伯利岩及火山角闪岩中,但其量甚少,无开采价值。碳化硅是由美国工程师艾奇逊(E.G.Acheson)在1891年电熔金刚石时偶然发现的一种碳化物。当时误认为是和刚玉的化合物,取名金刚砂。1893年,艾奇逊研究出制造碳化硅的工业方法,以炭质材料为炉芯的电阻炉,通电加热SiO2和炭的混合物,反应生成碳化硅的专利方法(美国专利492767号)。工业用碳化硅为人造碳化硅,SiC含量为95%~99.5%,常含少量的游离碳,以及Fe2O3、Si和SiO2等杂质。碳化硅按结晶类型可分为六方晶系(α-SiC)和立方晶系(β-SiC),六方晶系又因其结晶排列的周期性不同有六方晶胞的晶型(2H、4H、6H……等)和菱形晶胞的晶型(15R、21R、27R……等),碳化硅的同质多晶结构有100多种。工业碳化硅为α-SiC和β-SiC的混合物,颜色有黑色和绿色两种。纯净的碳化硅为无色透明,含杂质时呈黑色、绿色、蓝色及黄色。

制备[1]

碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块,经破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。将焦碳与石英料混合加热至2100℃以上可制备粉粒状SiC,2200℃以上发生升华,用升华生长技术可制备SiC单晶,用籽晶一升华生长技术可制备大几何尺寸的高质量单晶,用化学气相沉积等薄膜技术可制备SiC外延薄膜。

回收[3]

目前,绿色碳化硅采用湿法球磨,都要要产生大量的含绿碳化硅微粉的铁料,这种铁料中含绿碳化硅微粉的量通常要达到50%以上。每吨铁料所含的碳化硅微粉价值超过六千元,而铁料的价格每吨只能买到150元,原因是铁含量太低。所以,须从其中将有价值的碳化硅微粉提出来,这样也能够提高铁料的铁含量。

提供一种从研磨铁料中深度提取碳化硅微粉的装置,本实用新型有效解决了现有绿色碳化硅采用湿法球磨,铁料中含绿碳化硅微粉的量 通常要达到50%以上,从而造成资源的浪费问题。实用新型专利CN201720783835.8提供一种从研磨铁料中深度提取碳化硅微粉的装置,其特征在于:所述装置包括铁料搅拌装置、防铁料沉淀装置、分料装置以及碳化硅微粉沉淀水池(8),铁料搅拌装置通过铁料浆循环泵(17)经铁料浆循环管路(1)进入铁料搅拌装置,铁料搅拌装置经铁料浆导流斜 板(4)进入分料装置,分料装置分别通过碳化硅料浆接料漏斗(7)、铁料接料漏斗(14)与碳化硅微粉沉淀水池(8)、铁料搅拌桶(16)连接。本实用新型与现有技术相比,具有以下明显优点:本实用新型采用通过搅拌、防沉淀、筛选等装置实现了碳化硅微粉与铁料的循环分离,从而得到纯度更高的碳化硅微粉、铁料,不但提升了碳化硅微粉提取率,而且实现了更大的经济价值。

应用[2]

在民用与国防电子、电工和机械方面都有越来越重要的应用价值。粉粒状SiC,用于机械研磨与切割;用粉粒SiC分别混和不同的添加成份、经干压成型和高温烧结可制成高温耐热陶瓷与电—热元件;在还原气氛中烧结的SiC陶瓷,具有晶界隧道效应,可制成电压敏元件,用于电路中的瞬态过电压抑制;N型SiC粉粒与有机漆混合可用于抑制大型电机线棒端部电晕放电。SiC材料具有优良的导热特性,是用作大功率电子器件与集成电路的理想导热绝缘衬复材料,大尺寸SiC单晶及其元素掺杂技术的成功,已使SiC成为发展可在250℃高温下工作的功率电子和微电子器件的新型半导体材料。不同类型SiC的发光波段可覆盖整个可见光与紫外光范围,因而,又是制造各种发光器件的重要材料。

主要参考资料

[1] 中国电力百科全书·电工技术基础卷

[2] 中国冶金百科全书·耐火材料

[3] CN201720783835.8 一种从研磨铁料中深度提取碳化硅微粉的装置

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