409-21-2 / 碳化硅的回收與應(yīng)用

背景及概述^[1][2]

碳化硅又稱金剛砂，純品為無(wú)色粉狀顆粒，工業(yè)品為青綠色。SiC結(jié)晶型態(tài)很多，已發(fā)現(xiàn)有200種晶型結(jié)構(gòu)，其中主要有六角與菱形晶系(又稱α-SiC)和立方晶系(又稱β-SiC)。SiC為寬禁帶半導(dǎo)體(禁帶寬度>2.5eV)，具有高導(dǎo)熱率[可達(dá)5W/(cm·K)]、高硬度(僅次于金剛石)和高熔點(diǎn)等可貴特性，

它分為人工合成碳化硅和天然碳化硅。天然碳化硅稱為碳硅石，主要賦存于金伯利巖及火山角閃巖中，但其量甚少，無(wú)開(kāi)采價(jià)值。碳化硅是由美國(guó)工程師艾奇遜(E.G.Acheson)在1891年電熔金剛石時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)的一種碳化物。當(dāng)時(shí)誤認(rèn)為是和剛玉的化合物，取名金剛砂。1893年，艾奇遜研究出制造碳化硅的工業(yè)方法，以炭質(zhì)材料為爐芯的電阻爐，通電加熱SiO2和炭的混合物，反應(yīng)生成碳化硅的專利方法(美國(guó)專利492767號(hào))。工業(yè)用碳化硅為人造碳化硅，SiC含量為95%～99.5%，常含少量的游離碳，以及Fe₂O₃、Si和SiO₂等雜質(zhì)。碳化硅按結(jié)晶類型可分為六方晶系(α-SiC)和立方晶系(β-SiC)，六方晶系又因其結(jié)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)，碳化硅的同質(zhì)多晶結(jié)構(gòu)有100多種。工業(yè)碳化硅為α-SiC和β-SiC的混合物，顏色有黑色和綠色兩種。純凈的碳化硅為無(wú)色透明，含雜質(zhì)時(shí)呈黑色、綠色、藍(lán)色及黃色。

制備^[1]

碳化硅的工業(yè)制法是用優(yōu)質(zhì)石英砂和石油焦在電阻爐內(nèi)煉制。煉得的碳化硅塊，經(jīng)破碎、酸堿洗、磁選和篩分或水選而制成各種粒度的產(chǎn)品。將焦碳與石英料混合加熱至2100℃以上可制備粉粒狀SiC，2200℃以上發(fā)生升華，用升華生長(zhǎng)技術(shù)可制備SiC單晶，用籽晶一升華生長(zhǎng)技術(shù)可制備大幾何尺寸的高質(zhì)量單晶，用化學(xué)氣相沉積等薄膜技術(shù)可制備SiC外延薄膜。

回收^[3]

目前，綠色碳化硅采用濕法球磨，都要要產(chǎn)生大量的含綠碳化硅微粉的鐵料，這種鐵料中含綠碳化硅微粉的量通常要達(dá)到50%以上。每噸鐵料所含的碳化硅微粉價(jià)值超過(guò)六千元，而鐵料的價(jià)格每噸只能買到150元，原因是鐵含量太低。所以，須從其中將有價(jià)值的碳化硅微粉提出來(lái)，這樣也能夠提高鐵料的鐵含量。

提供一種從研磨鐵料中深度提取碳化硅微粉的裝置，本實(shí)用新型有效解決了現(xiàn)有綠色碳化硅采用濕法球磨，鐵料中含綠碳化硅微粉的量 通常要達(dá)到50%以上，從而造成資源的浪費(fèi)問(wèn)題。實(shí)用新型專利CN201720783835.8提供一種從研磨鐵料中深度提取碳化硅微粉的裝置，其特征在于：所述裝置包括鐵料攪拌裝置、防鐵料沉淀裝置、分料裝置以及碳化硅微粉沉淀水池（8），鐵料攪拌裝置通過(guò)鐵料漿循環(huán)泵（17）經(jīng)鐵料漿循環(huán)管路（1）進(jìn)入鐵料攪拌裝置，鐵料攪拌裝置經(jīng)鐵料漿導(dǎo)流斜 板（4）進(jìn)入分料裝置，分料裝置分別通過(guò)碳化硅料漿接料漏斗（7）、鐵料接料漏斗（14）與碳化硅微粉沉淀水池（8）、鐵料攪拌桶（16）連接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型采用通過(guò)攪拌、防沉淀、篩選等裝置實(shí)現(xiàn)了碳化硅微粉與鐵料的循環(huán)分離，從而得到純度更高的碳化硅微粉、鐵料，不但提升了碳化硅微粉提取率，而且實(shí)現(xiàn)了更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

應(yīng)用^[2]

在民用與國(guó)防電子、電工和機(jī)械方面都有越來(lái)越重要的應(yīng)用價(jià)值。粉粒狀SiC，用于機(jī)械研磨與切割；用粉粒SiC分別混和不同的添加成份、經(jīng)干壓成型和高溫?zé)Y(jié)可制成高溫耐熱陶瓷與電—熱元件；在還原氣氛中燒結(jié)的SiC陶瓷，具有晶界隧道效應(yīng)，可制成電壓敏元件，用于電路中的瞬態(tài)過(guò)電壓抑制；N型SiC粉粒與有機(jī)漆混合可用于抑制大型電機(jī)線棒端部電暈放電。SiC材料具有優(yōu)良的導(dǎo)熱特性，是用作大功率電子器件與集成電路的理想導(dǎo)熱絕緣襯復(fù)材料，大尺寸SiC單晶及其元素?fù)诫s技術(shù)的成功，已使SiC成為發(fā)展可在250℃高溫下工作的功率電子和微電子器件的新型半導(dǎo)體材料。不同類型SiC的發(fā)光波段可覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光與紫外光范圍，因而，又是制造各種發(fā)光器件的重要材料。

主要參考資料

[1] 中國(guó)電力百科全書·電工技術(shù)基礎(chǔ)卷

[2] 中國(guó)冶金百科全書·耐火材料

[3] CN201720783835.8 一種從研磨鐵料中深度提取碳化硅微粉的裝置