【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废弃物综合利用以及耐高温材料，特别涉及一种利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法。
技术介绍
1、赛隆(silicon aluminum oxynitride，sialon)是由al2o3的al、o原子部分地置换si3n4中的si、n原子，而形成的β-si3n4固溶体。其化学式可表示为：si6-xalxn8-xox。其中x为al原子置换si原子的数目。sialon陶瓷具有优异的机械性能(强度、硬度、韧性)，良好的耐磨性和耐腐蚀性能以及优异的耐热性和化学稳定性，相对于si3n4具有更好的高温抗氧化性能，被认为是最有希望的高温结构陶瓷之一。目前，合成sialon多采用纯度较高的si3n4和al2o3原料，合成温度高，成本高，影响其作为普通耐火材料或结构材料大规模工业应用。利用煤气化炉渣和铁矿尾矿碳热还原氮化合成sialon粉体，不仅降低其成本，也能够为煤气化炉渣、铁矿尾矿的高效利用开辟新的技术路线。
2、氮化硅铁(fe-si3n4)是利用氮化技术在高温下合成的一种新型氮化物系原料。是把硅铁合金粉在n2气氛中加热到1200～1400℃进行氮化后的产物，其主要成分为75％～80％(w)的氮化硅，还含有游离铁和未氮化的硅铁。氮化硅铁由于具有良好的高温性能、抗侵蚀、耐磨、较高的热导率、较小的热膨胀系数等优点，在高炉炮泥中得到广泛使用，还在含碳耐火材料、高温结构材料、铁沟浇注料等耐火材料中有广阔的应用前景。
3、氮化硅铁的合成方法包括直接氮化法、高温自蔓延法、闪速合成法以及碳热还
4、经对现有技术的文献检索发现，公开号为cn114057492a的中国专利介绍了一种采用17.2～32.3wt％含钛高炉渣、22.5～28.4wt％的铁尾矿、19.4～35.8wt％的赤泥、18.2～33.9wt％的还原剂为原料，制备β-sialon-aln-tic复合陶瓷材料的方法。该方法添加物种类繁多，工艺复杂，且生产β-sialon或o-sialon不可控制。公开号为cn101172862a的中国专利介绍了一种采用多金属尾矿为主要原料，添加sio2、al2o3，以碳粉为还原剂，制备ca-α-sialon+sic复合陶瓷材料的方法。该方法需要加入额外sio2、al2o3，增加了sialon基材料的制备成本。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，将煤气化炉渣和铁矿尾矿按照一定比例混合研磨后，通过碳热还原氮化制备sialon和硅铁复合粉体，取代氮化硅铁用于高炉无水泡泥和铁沟浇注料等领域，同时解决煤气化炉渣和铁矿尾矿作为固体废弃物的生态环境危害问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术以煤气化炉渣为主要原料，以铁矿尾矿调节配料中的铁元素含量，以炭黑补充碳组分含量，充分利用煤气化炉渣中的sio2、al2o3、cao、fe2o3和残余碳组分，通过调节铁矿尾矿加入量来调控fe组分在碳热还原氮化中的催化作用，借助于调控合成温度和保温时间，协同调控合成物料的物相组成和各物相晶粒尺寸，控制合成物料中sialon和硅铁的比例。
3、具体地，本专利技术采用的技术方案是：
4、一种利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，包括以下步骤：
5、步骤1，根据sialon和硅铁复合粉体的物相质量比例，计算煤气化炉渣和铁矿尾矿加入量，根据气化炉渣含碳量计算需要外加炭黑量；
6、步骤2，按步骤1的计算值，将煤气化炉渣、铁矿尾矿和炭黑混合均匀并磨细；
7、步骤3，在步骤2所得混合料中加入结合剂进行困料，随后压制成型并干燥；
8、步骤4，将干燥后的材料进行碳热还原氮化；
9、步骤5，对氮化后的材料除碳，即得sialon和硅铁复合粉体。
10、在一个实施例中，所述步骤1，sialon和硅铁复合粉体的物相质量比例为70～90:10～30。
11、在一个实施例中，所述步骤1，以重量计，煤气化炉渣组分为：sio2，15～50％；al2o3，8～34％；fe2o3，3～18％；cao，5～18％；mgo，3～9％；；残余碳含量15～40％，以及余量的杂质成分；
12、铁矿尾矿组分为：fe2o3，15～38％；sio2，15～35％；al2o3，15-25％；cao，16～22％；mgo，3～6％，以及余量的杂质成分。
13、在一个实施例中，所述步骤2，将所述煤气化炉渣、铁矿尾矿使用球磨机共磨至200目筛网通过率高于90％。
14、在一个实施例中，所述步骤2，混料时，总含碳量超过理论配碳量15％～25％。
15、在一个实施例中，所述步骤3，结合剂为6％～10wt％的白糊精。
16、在一个实施例中，所述步骤3，困料12h以上，成型压力10～20mpa，于干燥箱中110℃保温6h～12h进行干燥。
17、在一个实施例中，所述步骤4，在高温可控气氛炉进行碳热还原氮化，条件为：以2～5℃/min升温速度至1450～1550℃，保温2～9小时，氮气流量为0.5～0.7l/min。
18、在一个实施例中，所述步骤5，在烧结炉中进行除碳，条件为：500～650℃，保温2～9小时。
19、在一个实施例中，通过调节合成温度和保温时间，调节合成产品中sialon和硅铁复合粉体比例以及sialon晶粒尺寸。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过调整配料铁尾矿的加入量来控制铁在碳热还原以及氮化过程的催化作用，调控物相组成，以及合成产物中硅铁含量，实现了煤气化炉渣和铁矿尾矿的协同综合利用。
21、同时，由于物料合成时，能够充分利用煤气化炉渣中sio2、al2o3、cao、fe2o3和残余碳组分，并通过调节铁矿尾矿加入量来调控fe组分在碳热还原氮化中的催化作用，借助于调控合成温度和保温时间，协同调控合成物料的物相组成，控制合成物料中sialon和硅铁的比例。该方法具有原料便宜、工艺可控性强、成本低的特点，是煤气化炉渣和铁矿尾矿固体废弃物高附加值综合利用。
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1.一种利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤1，Sialon和硅铁复合粉体的物相质量比例为70～90:10～30。
3.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤1，以重量计，煤气化炉渣组分为：SiO2，15～50％；Al2O3，8～34％；Fe2O3，3～18％；CaO，5～18％；MgO，3～9％；；残余碳含量15～40％，以及余量的杂质成分；
4.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤2，将所述煤气化炉渣、铁矿尾矿使用球磨机共磨至200目筛网通过率高于90％。
5.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤2，混料时，总含碳量超过理论配碳量15％～25％。
6.根据权利要求1所述利用煤
7.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤3，困料12h以上，成型压力10～20MPa，于干燥箱中110℃保温6h～12h进行干燥。
8.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤4，在高温可控气氛炉进行碳热还原氮化，条件为：以2～5℃/min升温速度至1450～1550℃，保温2～9小时，氮气流量为0.5～0.7L/min。
9.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤5，在烧结炉中进行除碳，条件为：500～650℃，保温2～9小时。
10.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备Sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，通过调节合成温度和保温时间，调节合成产品中Sialon和硅铁复合粉体比例以及Sialon晶粒尺寸。
...【技术特征摘要】
1.一种利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤1，sialon和硅铁复合粉体的物相质量比例为70～90:10～30。
3.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤1，以重量计，煤气化炉渣组分为：sio2，15～50％；al2o3，8～34％；fe2o3，3～18％；cao，5～18％；mgo，3～9％；；残余碳含量15～40％，以及余量的杂质成分；
4.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤2，将所述煤气化炉渣、铁矿尾矿使用球磨机共磨至200目筛网通过率高于90％。
5.根据权利要求1所述利用煤气化炉渣和铁矿尾矿制备sialon和硅铁复合粉体的方法，其特征在于，所述步骤2，混料时，总含碳量超过理论配碳量15％～25％。
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹洪峰，简云铃，贾换，郭世萌，袁蝴蝶，汤云，任小虎，刘宇驰，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：
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