【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体废物与矿物资源化，具体涉及一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法。
技术介绍
1、近年来，随着工业发展和环境质量要求的不断提高，矿物、尾矿及其它含硅固废的高值化已经成为一个重大需求。非金属元素硅是其中最主要的赋存元素，硅氧化物通常占据70%或更高的质量比例。因此，硅的资源化利用是矿物、含硅固废高值化的关键部分。同时，农林废弃物是生活中常见的大宗固体废物，其组成主要为有机质，含碳量较高，利用其作为碳源有较强的可行性。高值化即将固体废物转化为高价值材料，考虑到所选材料碳、硅含量较高，将其转化为碳化硅或硅材料有一定可行性。
2、碳化硅是已知的最硬的材料之一，具有很高的机械强度，同时有非常高的热稳定性和化学稳定性，高熔点和抗氧化性，这些特性使其在高科技应用中如电子设备、传感器、催化和生物技术等方面极具吸引力。硅材料是重要的半导体材料，具有高纯度和优良的电学和机械等性能的硅材料普遍应用于电子工业领域。目前，已有许多技术被开发或应用于碳化硅及硅材料的合成，主要是使用化学硅源和碳源，虽然可以制备碳化硅及硅材料，但原料昂贵及不可持续、产率低是这些方法商业化的一个问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，同时为农林废弃物、含硅固废等高附加值利用问题提供一个解决方案。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，包含以下步骤
4、s1、将含硅固废/矿物经过破碎、酸浸预处理，得到处理后的固体反应物；
5、将固体反应物与农林废弃物混合，得到混合物；
6、s2、使s1中混合物自然发酵，并定期喷水保持混合物表面湿润，经过一段时间的发酵反应后，得到有机-固废/矿物复合体；
7、s3、采用分段升温碳热还原法处理有机-固废/矿物复合体，得到碳化硅材料，具体为：
8、先将有机-固废/矿物复合体中的有机物进行碳化；
9、随后使前期碳化的碳与含硅固废/矿物中含有的硅氧化物反应，得到含碳化硅的产物，
10、随后降温，通入空气烧除多余的碳，产物经酸洗除杂后，得到碳化硅；
11、或采用镁热还原法将有机-固废/矿物复合体还原，经煅烧、酸洗除杂和煅烧除碳后，得到硅粉材料。
12、进一步，s1中，将含硅固废/矿物经过破碎、酸浸预处理，得到处理后的固体反应物，具体为：
13、将含硅固废/矿物先破碎处理，使用酸性溶液将破碎后的含硅固废/矿物中对微生物生长有害的金属元素浸出，分离固体，得到反应物。
14、进一步，s1中，农林废弃物与含硅固废/矿物配比关系具体为：
15、农林废弃物提供碳源和氮源，农林废弃物中c:n保持25:1~30:1的比例，含硅固废/矿物反应物提供硅源；以c:si=1.5:1~2:1的原子比例进行混合。
16、进一步，s2中，自然发酵过程中，保持湿度在60%~70%之间，保持充分通气并在保温箱中进行保温；
17、反应30~40天后，取出反应结束后的固液混合物，离心后将固相冷冻干燥、研磨，得到有机-固废/矿物复合体。
18、进一步，s3中，分段升温碳热还原法具体为：
19、在保护气氛下，将有机-固废/矿物复合体先在600℃~610℃下碳化反应1~1.5小时，促使有机物碳化为活性炭；
20、随后，升温至1450~1500℃反应1~1.5小时，使活性炭与硅氧化物反应形成碳化硅；
21、随后，降温至600℃~610℃并通入空气煅烧0.5~1小时除去残余的碳；
22、最后，用酸液浸泡2~4小时后离心干燥，得到碳化硅。
23、进一步，酸液采用盐酸。
24、进一步，s3中，镁热还原法具体为：
25、将有机-固废/矿物复合体以650~700℃煅烧1~1.5小时，以去除其中的碳，实现造孔；
26、将除碳后的固体与镁粒子混合后，在保护气氛下，650~700℃煅烧1~1.5小时，用酸液浸泡2~4小时后离心干燥，得到硅粉材料。
27、进一步，s3中，在进行碳热或镁热反应前，预先对有机-固废/矿物复合体进行破碎处理，使粒度低于100目；镁粒子的粒径为100~400目。
28、进一步，含硅固废/矿物为以硅氧化物含量为主体的固体物质，包括硅酸盐矿物、含硅尾矿、煤矸石、粉煤灰、煤气化渣、水泥混凝土和生物硅结壳的一种或多种。
29、进一步，农林废弃物包括干枯落叶、割草草屑、秸秆、玉米芯和稻壳的一种或多种。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
31、本专利技术公开了一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，利用农林废弃物堆肥产生的微生物群与含硅固废/矿物混合培养，使微生物适应环境后分解有机物与含硅固废/矿物，利用微生物菌群的分解作用将大颗粒含硅固废/矿物分解并制造孔隙，同时利用微生物将农林废弃物等有机物料分解为小分子溶解性有机质，促使含硅固废/矿物中杂质元素进一步溶解实现硅提纯，且促进硅和碳元素更好地接触，得到混合均匀的有机-含硅固废/矿物复合体，便于后期制备碳化硅和硅材料。
32、本专利技术通过生物学手段，利用微生物与农林废弃物及含硅固废等廉价原料进行反应，制备碳化硅及硅材料，工艺过程简单明了，实现从含硅固废/矿物中提取、富集和纯化硅元素为碳化硅及硅材料，可为含硅固废/矿物资源化和高值化处理提供一种绿色可行、清洁环保的微生物学方法。本专利技术提供了一种以微生物和含硅固废/矿物、农林废弃物等廉价易得固体废物为原料制备高价值材料的方法，为碳化硅和硅材料的制备提供新的、简单易行、低成本的思路。
33、进一步，分段升温碳热还原法具有以下作用：
34、从有机-固废/矿物复合体中提取碳化硅，将原本可能是废弃物的物质转化为有价值的碳化硅产品。有效利用了复合体中的硅氧化物和有机物成分。有机物碳化形成活性炭后，与硅氧化物反应生成碳化硅，最大程度地将原料中的成分转化为有用的产物，相比于传统方法，减少了资源浪费。
35、通过降温到 600℃- 610℃并通入空气煅烧 0.5 - 1 小时，可以有效除去残余的碳，之后再用酸液浸泡，进一步去除杂质，从而提高碳化硅的纯度，使其能够更好地满足在半导体、陶瓷等高端领域的应用需求。
36、分阶段精准控制温度和反应时间，有助于形成高质量的碳化硅晶体结构。在 1450- 1500℃反应阶段，合适的温度和时间使得活性炭与硅氧化物能够充分、有序地反应，有利于生成结晶度良好、性能稳定的碳化硅，提升其机械性能、热稳定性等物理化学性质。
37、在保护气氛下进行碳化反应，避免了有机物在碳化过程中与空气中的氧气反应生成大量的二氧化碳、一氧化碳等有害气体。而且煅烧除碳步骤的温度相对较低，相比于高温有氧煅本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，S1中，将含硅固废/矿物经过破碎、酸浸预处理，得到处理后的固体反应物，具体为：
3.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，S1中，农林废弃物与含硅固废/矿物配比关系具体为：
4.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，S2中，自然发酵过程中，保持湿度在60%~70%之间，保持充分通气并在保温箱中进行保温；
5.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，S3中，分段升温碳热还原法具体为：
6.根据权利要求5所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，酸液采用盐酸。
7.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，S3中，镁热还原法具体为：
<...【技术特征摘要】
1.一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，s1中，将含硅固废/矿物经过破碎、酸浸预处理，得到处理后的固体反应物，具体为：
3.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，s1中，农林废弃物与含硅固废/矿物配比关系具体为：
4.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，s2中，自然发酵过程中，保持湿度在60%~70%之间，保持充分通气并在保温箱中进行保温；
5.根据权利要求1所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物制备碳硅材料的方法，其特征在于，s3中，分段升温碳热还原法具体为：
6.根据权利要求5所述的一种利用微生物协同处理固废及矿物...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖潘民旺，王姊煜，袁梦瑶，万学雅，石佳婷，张晨昊，郭军康，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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