CN103803981A - 一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，将从铁超料或碳超料或除尘料中回收得到的碳化硅原料先浮选除杂和除碳，再进行研磨，然后采用先碱后酸的方法进行提纯处理，最后通过非硫化床干燥设备干燥和破碎，最终得到高品质的碳化硅亚微米级粉体。该方法通过物理提纯和化学提纯方式并举的形式，将SiC含量较低的粉体处理成为满足SiC≥98.5%的高品级碳化硅粉体，粉体颗粒的D50≤0.75μm，包装后的产品能够在使用过程中不结团，该方法不仅能够处理SiC含量较高的粉体，也能够处理SiC含量较低的粉体，解决了企业在生产碳化硅线切割微粉生产过程中，物料粒度偏细尾料的回收再处理难题，增加了产品结构，实现了资源的高效利用。

Description

一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法

技术领域

本发明属于陶瓷烧结用粉体制备领域，主要涉及一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法。

背景技术

高性能碳化硅陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能等领域大显身手，日益受到人们的重视。作为高性能碳化硅工程陶瓷制品的原材料——碳化硅陶瓷粉体，具有纯度高、粒度细、生产周期长、制备环境要求苛刻、最终产品的分散性难以保证等诸多因素，一直以来国内在生产高性能碳化硅陶瓷制品时（无压烧结碳化硅陶瓷制品）绝大部分使用的是国外进口粉体，根据高性能碳化硅陶瓷产业化的需求，国内下阶段在碳化硅陶瓷粉体材料方面朝着高纯、批量、低廉、高性能发展，其市场前景广阔。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，该方法通过物理提纯和化学提纯方式并举的形式，将SiC含量较低的粉体处理成为满足SiC≥98.5%的高品级碳化硅粉体，粉体颗粒的D50≤0.75μm，包装后的产品能够在使用过程中不结团，该方法不仅能够处理SiC含量较高的粉体，也能够处理SiC含量较低的粉体，解决了企业在生产碳化硅线切割微粉生产过程中，物料粒度偏细尾料的回收再处理难题，增加了产品结构，实现了资源的高效利用。

本发明实现上述目的采用的技术方案是：一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，包括如下步骤：

步骤一、取碳化硅原料，原料中SiC含量不小于70%，D50≤8μm，向原料中加水至碳化硅质量浓度为20%-80%，搅拌均匀后静置15-25min，然后除去漂浮在液面上的杂质，得到碳化硅粉体料浆，备用；

步骤二、向步骤一得到的碳化硅粉体料浆中分别加入其重量0.5‰-5‰的发泡剂和分散剂，搅拌均匀后加入到浮选设备中进行物理提纯，将物理提纯得到物料加入到研磨设备中，研磨5-15min后将物料转移到与研磨设备内部连通的中转容器中，再次浮选并刮除表面的黑色物质，然后再转入研磨容器中继续研磨、浮选和刮除黑色物质的操作，直至研磨得到的碳化硅的D50为0.5±0.25μm，其中研磨介质为粒径为0.5-5mm的磨料，研磨结束即得到碳化硅细粉浆料，备用；

步骤三、将步骤二得到的碳化硅细粉浆料输送至碱性提纯反应釜内，并加入其重量1-20%的碱性物质，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到碱处理过的浆料，备用；

步骤四、将步骤三碱处理过的浆料输送至酸性提纯反应釜内，加入其重量1-15%的混合酸，在常温条件下提纯2h以上，提纯结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH为5-8，得到酸处理过的浆料，备用；

步骤五、将步骤四得到的酸处理过的浆料输送至中转储存容器中，加入其重量0.001-0.9%的烘干分散助剂，搅拌均匀后沉淀10h以上，沉淀结束后排出上清液，并将得到的沉淀通过板框式压滤机进行压滤，得到滤饼，备用；

步骤六、将步骤五得到的滤饼装入托盘，加入到非流化床类干燥设备中，干燥至水分含量不超过0.03%，取出干燥物料置于破团粉碎机中粉碎，然后过3000目滤网，得到的碳化硅粉体在干燥环境中保存或分装，即完成亚微米级碳化硅粉体的制备。

步骤一所述的水为电导率≤100的纯净水。

步骤二所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠类发泡剂，分散剂为无机分散剂。

所述的步骤二中研磨采用的设备为立式研磨机或者卧式研磨机。

步骤二所述的磨料为国家磨料磨具范围内任意2-5种磨料按照等比例混合而成。

步骤三所述的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钡三种物质分别按照碳化硅细粉浆料重量的0.3-7%混合得到的混合物。

步骤四所述的混合酸为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸和高氯酸中的任意2种或3种分别按照碱处理过的浆料重量的0.5-5%混合而成。

步骤五所述的烘干分散助剂为无机分散剂。

步骤一所述的碳化硅原料为铁超料、碳超料、除尘料等的低品级碳化硅粉体。

本发明的有益效果

其一、本发明通过物理提纯和化学提纯方式并举的形式，将SiC含量较低的粉体处理成为满足SiC≥98.5%的高品级碳化硅粉体，同时，通过立式或卧式研磨设备对碳化硅颗粒进行二次再造，使粉体颗粒的D50≤0.75μm，随后在干燥的过程为进一步保证产品的分散，在产品干燥前进行预处理，通过非流化床干燥后，进行破团粉碎，使包装后的产品能够在使用过程中不结团，从而得到高性能碳化硅陶瓷粉体。本发明不仅能够处理SiC含量较高的粉体，也能够处理SiC含量较低的粉体，解决了企业在生产碳化硅线切割微粉生产过程中，物料粒度偏细尾料的回收再处理难题，增加了产品结构，实现了资源的高效利用，增加了经济效益和社会效益。

其二、本发明提供的制备方法中先采用碱性物质提纯处理碳化硅浆料，能有效除去原料中部分杂质，并将原料中的硅与二氧化硅等杂质转化为硅酸盐，由于硅酸盐粘性较大，容易粘附在碳化硅颗粒表层不易清除，碱处理后再采用混合酸进行处理，一方面是为了除去碳化硅料浆中的金属杂质与剩余的硅与二氧化硅等杂质，另一方面是为了将残留在碳化硅上的硅酸盐转化为硅酸，并通过水洗将包括硅酸在内的经化学反应后形成的杂质清洗掉。

采用先碱后酸的处理方法，利用强酸可以将经过碱处理后料浆产生的沉淀杂质彻底和较快的除去，不仅提纯效果好，也能提高工时利用率。而且将碱处理后粘稠状的硅酸盐转化成硅酸，易于将其清洗分离出去，能最大程度的将二氧化硅清除，提高碳化硅微分的纯度。本方法不单纯酸洗，是因为二氧化硅不与普通酸反应，与氢氟酸反应会生成硅酸沉淀和四氟化硅气体，这样最多只能清除一半二氧化硅。本发明采用先碱后酸，而非先酸后碱的处理方法，避免了酸洗后未被洗出的金属离子与碱反应生成金属氢氧化物沉淀，而残留在碳化硅中，也避免了由于金属氢氧化物的颜色而影响碳化硅产品色泽的问题。生产出的碳化硅产品纯度高，品质好。另外在碱处理时进行加热，一是为了给反应提供条件，催化反应，促进反应的发生，二是能将超细粉体进行充分分散，反应更彻底充分。

其三、本发明在研磨时采用立式或者卧式研磨设备，设备内部与中转容器连通，在研磨物料时研磨设备的内部与中转容器呈内部循环模式，研磨后的物料转移至中转容器进行浮选，刮除物料表层的黑色碳，然后重复研磨、中转和刮除操作，这样循环操作，省时省力，研磨效率高，且得到的碳化硅纯净度高。

具体实施方式

一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，包括如下步骤：

步骤一、取碳化硅原料，原料中SiC含量不小于70%，D50≤8μm，向原料中加水至碳化硅质量浓度为20%-80%，搅拌均匀后静置15-25min，然后除去漂浮在液面上的杂质，得到碳化硅粉体料浆，备用；

步骤二、向步骤一得到的碳化硅粉体料浆中分别加入其重量0.5‰-5‰的发泡剂和分散剂，搅拌均匀后加入到浮选设备中进行物理提纯，将物理提纯得到物料加入到研磨设备中，研磨5-15min后将物料转移到与研磨设备内部连通的中转容器中，再次浮选并刮除表面的黑色物质，然后再转入研磨容器中继续研磨、浮选和刮除黑色物质的操作，直至研磨得到的碳化硅的D50为0.5±0.25μm，其中研磨介质为粒径为0.5-5mm的磨料，研磨结束即得到碳化硅细粉浆料，备用；

步骤三、将步骤二得到的碳化硅细粉浆料输送至碱性提纯反应釜内，并加入其重量1-20%的碱性物质，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到碱处理过的浆料，备用；

步骤四、将步骤三碱处理过的浆料输送至酸性提纯反应釜内，加入其重量1-15%的混合酸，在常温条件下提纯2h以上，提纯结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH为5-8，得到酸处理过的浆料，备用；

步骤五、将步骤四得到的酸处理过的浆料输送至中转储存容器中，加入其重量0.001-0.9%的烘干分散助剂，搅拌均匀后沉淀10h以上，沉淀结束后排出上清液，并将得到的沉淀通过板框式压滤机进行压滤，得到滤饼，备用；

步骤六、将步骤五得到的滤饼装入托盘，加入到非流化床类干燥设备中，干燥至水分含量不超过0.03%，取出干燥物料置于破团粉碎机中粉碎，然后过3000目滤网，得到的碳化硅粉体在干燥环境中保存或分装，即完成亚微米级碳化硅粉体的制备。

步骤一所述的水为电导率≤100的纯净水。

步骤二所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠类发泡剂，分散剂为无机分散剂。

所述的步骤二中研磨采用的设备为立式研磨机或者卧式研磨机。

步骤二所述的磨料为国家磨料磨具范围内任意2-5种磨料按照等比例混合而成。

步骤三所述的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钡三种物质分别按照碳化硅细粉浆料重量的0.3-7%混合得到的混合物。

步骤四所述的混合酸为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸和高氯酸中的任意2种或3种分别按照碱处理过的浆料重量的0.5-5%混合而成。

步骤五所述的烘干分散助剂为无机分散剂。

本发明中采用的立式或者卧式研磨设备的内部与中转容器连通，在研磨物料时研磨设备的内部与中转容器呈内部循环模式，物料在研磨设备和中转容器内循环研磨，省时省力，研磨效率高。

经本发明提供的方法生产得到的碳化硅产品中碳化硅的含量为98.5%以上，符合产品生产要求，要想得到更高品质的碳化硅微粉，可以将步骤四得到的酸处理过的浆料再次用碱性物质进行处理，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到的料浆再进行步骤五的过滤和烘干。

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：

一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，包括如下步骤：

步骤一、取从铁超料中回收得到的碳化硅原料，原料中SiC含量为70%，D50为6±0.5μm，向原料中加水至碳化硅质量浓度为20%，水为电导率为10的纯净水，搅拌均匀后静置15min，然后除去漂浮在液面上的杂质，得到碳化硅粉体料浆，备用；

步骤二、向步骤一得到的碳化硅粉体料浆中分别加入其重量0.5‰的十二烷基硫酸钠类发泡剂和无机分散剂，搅拌均匀后加入到浮选设备中进行物理提纯，将物理提纯得到物料加入到立式研磨设备中，研磨5-15min后将物料转移到与研磨设备内部连通的中转容器中，再次浮选并刮除表面的黑色物质，然后再转入研磨容器中继续研磨、浮选和刮除黑色物质的操作，直至研磨得到的碳化硅的D50为0.5±0.25μm，其中研磨介质为粒径为0.5-5mm的磨料，研磨结束即得到碳化硅细粉浆料，备用；

步骤三、将步骤二得到的碳化硅细粉浆料输送至碱性提纯反应釜内，并加入其重量1%的碱性物质，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钡三种物质分别按照碳化硅细粉浆料重量的0.3%混合得到的混合物，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到碱处理过的浆料，备用；

步骤四、将步骤三碱处理过的浆料输送至酸性提纯反应釜内，加入其重量1%的混合酸，混合酸为硫酸和盐酸分别按照碱处理过的浆料重量的0.5%混合而成，在常温条件下提纯2h以上，提纯结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH为5-8，得到酸处理过的浆料，备用；

步骤五、将步骤四得到的酸处理过的浆料输送至中转储存容器中，加入其重量0.001%的无机烘干分散助剂，搅拌均匀后沉淀10h以上，沉淀结束后排出上清液，并将得到的沉淀通过板框式压滤机进行压滤，得到滤饼，备用；

步骤六、将步骤五得到的滤饼装入托盘，加入到非流化床类干燥设备中，干燥至水分含量不超过0.03%，取出干燥物料置于破团粉碎机中粉碎，然后过3000目滤网，得到的碳化硅粉体在干燥环境中保存或分装，即完成亚微米级碳化硅粉体的制备。

实施例2：

一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，包括如下步骤：

步骤一、取从碳超料中回收得到的碳化硅原料，原料中SiC含量为80%，D50为5±0.5μm，向原料中加水至碳化硅质量浓度为80%，水为电导率为90的纯净水，搅拌均匀后静置25min，然后除去漂浮在液面上的杂质，得到碳化硅粉体料浆，备用；

步骤二、向步骤一得到的碳化硅粉体料浆中分别加入其重量5‰的十二烷基硫酸钠类发泡剂和无机分散剂，搅拌均匀后加入到浮选设备中进行物理提纯，将物理提纯得到物料加入到立式研磨设备中，研磨5-15min后将物料转移到与研磨设备内部连通的中转容器中，再次浮选并刮除表面的黑色物质，然后再转入研磨容器中继续研磨、浮选和刮除黑色物质的操作，直至研磨得到的碳化硅的D50为0.5±0.25μm，其中研磨介质为粒径为0.5-5mm的磨料，研磨结束即得到碳化硅细粉浆料，备用；

步骤三、将步骤二得到的碳化硅细粉浆料输送至碱性提纯反应釜内，并加入其重量20%的碱性物质，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钡三种物质分别按照碳化硅细粉浆料重量的7%混合得到的混合物，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到碱处理过的浆料，备用；

步骤四、将步骤三碱处理过的浆料输送至酸性提纯反应釜内，加入其重量15%的混合酸，混合酸为盐酸、氢氟酸和高氯酸分别按照碱处理过的浆料重量的5%混合而成，在常温条件下提纯2h以上，提纯结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH为5-8，得到酸处理过的浆料，备用；

步骤五、将步骤四得到的酸处理过的浆料输送至中转储存容器中，加入其重量0.9%的无机烘干分散助剂，搅拌均匀后沉淀10h以上，沉淀结束后排出上清液，并将得到的沉淀通过板框式压滤机进行压滤，得到滤饼，备用；

步骤六、将步骤五得到的滤饼装入托盘，加入到非流化床类干燥设备中，干燥至水分含量不超过0.03%，取出干燥物料置于破团粉碎机中粉碎，然后过3000目滤网，得到的碳化硅粉体在干燥环境中保存或分装，即完成亚微米级碳化硅粉体的制备。

实施例3：

一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，包括如下步骤：

步骤一、取从铁超料中回收得到的碳化硅原料，原料中SiC含量为90%，D50为4±0.5μm，向原料中加水至碳化硅质量浓度为50%，水为电导率为50的纯净水，搅拌均匀后静置20min，然后除去漂浮在液面上的杂质，得到碳化硅粉体料浆，备用；

步骤二、向步骤一得到的碳化硅粉体料浆中分别加入其重量0.5‰-5‰的十二烷基硫酸钠类发泡剂和无机分散剂，搅拌均匀后加入到浮选设备中进行物理提纯，将物理提纯得到物料加入到卧式研磨设备中，研磨5-15min后将物料转移到与研磨设备内部连通的中转容器中，再次浮选并刮除表面的黑色物质，然后再转入研磨容器中继续研磨、浮选和刮除黑色物质的操作，直至研磨得到的碳化硅的D50为0.5±0.25μm，其中研磨介质为粒径为0.5-5mm的磨料，研磨结束即得到碳化硅细粉浆料，备用；

步骤三、将步骤二得到的碳化硅细粉浆料输送至碱性提纯反应釜内，并加入其重量10%的碱性物质，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钡三种物质分别按照碳化硅细粉浆料重量的4%混合得到的混合物，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到碱处理过的浆料，备用；

步骤四、将步骤三碱处理过的浆料输送至酸性提纯反应釜内，加入其重量8%的混合酸，混合酸为硝酸和高氯酸分别按照碱处理过的浆料重量的3%混合而成，在常温条件下提纯2h以上，提纯结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH为5-8，得到酸处理过的浆料，备用；

步骤五、将步骤四得到的酸处理过的浆料输送至中转储存容器中，加入其重量0.4%的无机烘干分散助剂，搅拌均匀后沉淀10h以上，沉淀结束后排出上清液，并将得到的沉淀通过板框式压滤机进行压滤，得到滤饼，备用；

步骤六、将步骤五得到的滤饼装入托盘，加入到非流化床类干燥设备中，干燥至水分含量不超过0.03%，取出干燥物料置于破团粉碎机中粉碎，然后过3000目滤网，得到的碳化硅粉体在干燥环境中保存或分装，即完成亚微米级碳化硅粉体的制备。

Claims (8)

1.一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、取碳化硅原料，原料中SiC含量不小于70%，D50≤8μm，向原料中加水至碳化硅质量浓度为20%-80%，搅拌均匀后静置15-25min，然后除去漂浮在液面上的杂质，得到碳化硅粉体料浆，备用；

步骤二、向步骤一得到的碳化硅粉体料浆中分别加入其重量0.5‰-5‰的发泡剂和分散剂，搅拌均匀后加入到浮选设备中进行物理提纯，将物理提纯得到物料加入到研磨设备中，研磨5-15min后将物料转移到与研磨设备内部连通的中转容器中，再次浮选并刮除表面的黑色物质，然后再转入研磨容器中继续研磨、浮选和刮除黑色物质的操作，直至研磨得到的碳化硅的D50为0.5±0.25μm，其中研磨介质为粒径为0.5-5mm的磨料，研磨结束即得到碳化硅细粉浆料，备用；

步骤三、将步骤二得到的碳化硅细粉浆料输送至碱性提纯反应釜内，并加入其重量1-20%的碱性物质，在温度不低于50℃的条件下加热2h以上，加热结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH≤8，得到碱处理过的浆料，备用；

步骤四、将步骤三碱处理过的浆料输送至酸性提纯反应釜内，加入其重量1-15%的混合酸，在常温条件下提纯2h以上，提纯结束后将料浆输送至中和池，控制料浆的pH为5-8，得到酸处理过的浆料，备用；

步骤五、将步骤四得到的酸处理过的浆料输送至中转储存容器中，加入其重量0.001-0.9%的烘干分散助剂，搅拌均匀后沉淀10h以上，沉淀结束后排出上清液，并将得到的沉淀通过板框式压滤机进行压滤，得到滤饼，备用；

步骤六、将步骤五得到的滤饼装入托盘，加入到非流化床类干燥设备中，干燥至水分含量不超过0.03%，取出干燥物料置于破团粉碎机中粉碎，然后过3000目滤网，得到的碳化硅粉体在干燥环境中保存或分装，即完成亚微米级碳化硅粉体的制备。

2.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：步骤一所述的水为电导率≤100的纯净水。

3.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：步骤二所述的发泡剂为十二烷基硫酸钠类发泡剂，分散剂为无机分散剂。

4.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：所述的步骤二中研磨采用的设备为立式研磨机或者卧式研磨机。

5.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：步骤二所述的磨料为国家磨料磨具范围内任意2-5种磨料按照等比例混合而成。

6.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：步骤三所述的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钡三种物质分别按照碳化硅细粉浆料重量的0.3-7%混合得到的混合物。

7.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：步骤四所述的混合酸为硫酸、盐酸、氢氟酸、硝酸和高氯酸中的任意2种或3种分别按照碱处理过的浆料重量的0.5-5%混合而成。

8.如权利要求1所述的一种制备亚微米级碳化硅粉体的方法，其特征在于：步骤五所述的烘干分散助剂为无机分散剂。