碳化硅冶炼工艺技术

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1、万方数据62碳化磕冶炼炉逸出气体的组成及理化性质研究王爱民1，白妮1，王晓刚2(1．榆林学院化学与化工学院，陕西榆林719000；2．西安科技大学材料科学与工程系，陕西西安710054)摘要：利用自行发明的多热源碳化硅冶炼炉，以煤(或焦炭)和石英砂为原料合成SiC，同时伴生大量副产品可燃性气体，研究了煤种和冶炼工艺对燃气的组成及酸碱性的影响，并对经济效益进行分析。结果表明，燃气中以CO气体为主，平均含量可达70％，CO+H：平均含量达85％，CO+H：+CH。平均含量达90％，使用无烟煤、烟煤焦炭或焙烧料法

2、可提高合成气中CO含量，若燃气用于火力发电可节约25．8％的电费成本。关键词：碳化硅；一氧化碳；碳化硅炉中图分类号：TQ530．2文献标识码：A文章编号：1006_6772(2009)05-0062-04碳化硅是一种人造材料¨。2J，它具有许多优异的性能，如耐磨削、耐高温、耐腐蚀、高热导率、高化学稳定性、宽带隙以及高电子迁移率等∞J，被广泛应用于磨料磨具、耐火材料、高温结构陶瓷等领域。工业合成SiC主要方法是Acheson式固相法，SiC合成的反应方程式为：Si02(。)+3C(。)=SiC(。)+2C0(

3、g)一744．5kJ。4。每生成1t碳化硅将要放出有害气体∞J1．6～1．7t，其中纯CO气体就有1．4t，此外还有大量的粉尘污染。CO气体虽是一种有毒气体，但它还是一种气体资源。目前的处理方法只能是将气体在炉体表面燃烧，而只获得SiC产品，既污染环境，又白白浪费气体资源。如能把这部分气体资源收集并合理利用，对于环境治理、资源再利用和提高SiC行业生产效益都是十分有利的。笔者利用自行设计的多热源SiC冶炼炉及集气罩用纤维涂层复合材料，对冶炼炉内逸出气体的组成、酸碱性等因素进行研究，为集气罩密封材料的选取，气

4、体的回收利用提供实验依据。1实验部分1．1实验原料实验用碳质原料和石英砂，其化学组成见表1、表2。表1碳质原料的工业分析％‘j：夏尤烟煤7陕．it--道峁烟煤9．11陕j￡神艇烟煤9．79g陕北神星烟煤焦炭8．049．428．6285．56。2．2934．6054．00霪o3。9l32．8853．42～女，4．奶。。。奄．14一～。82．87瀛表2石英砂的工业分析≯璧／％99·32；0·150-180·13，0，1⋯。

5、)为基础‘6】，利用自行研制的耐高温、耐收稿日期：2009—05—06作者简介：国家自然科学基金资助项目(50174046)和宁夏自治区科技攻关项目作者简介：王爱民(1978一)，男，湖北襄阳人，材料学硕士，讲师，主要从事矿物晶体、人工晶体及耐高温光电子材料制备理论与技术研究。<洁净煤技术)2009年第15卷第5期万方数据腐蚀集气罩用纤维涂层复合材料对冶炼炉进行密封，如图l所示。试验时将碳质原料和石英砂按不同配比混匀后装炉，炉体的上方设置集气罩进行密封，反应所需热量来源于2个石墨炉芯通电产生的电热，炉气由橡

6、胶管输出室外燃放。图1多热源SiC冶炼炉集气装置全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CAJ-CD规范)执行优秀期刊-Jr、i订在焦内部的含氮物之间的相互转化071。在碳化硅合成及气体收集过程中，煤热解阶段始终处于CO的还原气氛中，故含氮前驱体不能进一步被氧化，主要以HCN和NH，形式存在，HCN少量，NH，占绝大数。研究发现：高阶煤热解时，氮更多地保留在煤焦中，而低阶煤中的氮则容易析出形成气态含氮产物，高温利于从煤焦中析出。因此作为宁夏无烟煤热解气表现为酸性。2．2合成气的组成及浓度2．2．1无烟煤与烟煤合成气

7、分析图2为焙烧料法宁夏无烟煤与陕北二道峁烟煤合成气浓度变化曲线。1．3实验测试I用pH试纸对气体酸碱性进行检测；用SP一2000x型气相色谱仪和QF-1904奥氏气体分析仪对气体组蓑分和含量进行测定。2结果与讨论2．1合成气的酸碱性合成气的酸碱性见表3。表3合成气的酸碱性，7复允烟煤“?陵北二道峁烟煤§：陕北棒器烟煤墓夔j￡神星爝煤焦炭碱碱碱镀碱碱碱藏由表3可知，不同的碳质原料合成气的酸碱性不同，宁夏无烟煤合成气开始呈弱酸性，随着时间的延长最后变为中性，而陕北其它煤种合成气呈弱碱性，在气体成分分析过程中，用

8、稀硫酸洗涤后发现气体体积减少2％左右。显然，气体呈现不同的酸碱性与碳化硅合成反应无关，只能来源于碳质原料的热解气。煤中的N和s2种元素是煤热解气呈现酸碱性的主要原因。煤热解过程中S元素主要以H：s的形式逸出。煤中的氮元素在受热过程中将随着煤热解的进行发生一系列的化学反应，前期反应主要包括：小分子量的含氮支链以较弱的共价键同碳原子结合，受热后随挥发分一起进入气相，生成HCN、NH，等含氮物前驱体或者以毗陡、毗咯等含