[go: up one dir, main page]

RU2362754C2 - Fusion mixture for sialon production - Google Patents

Fusion mixture for sialon production Download PDF

Info

Publication number
RU2362754C2
RU2362754C2 RU2007110653/03A RU2007110653A RU2362754C2 RU 2362754 C2 RU2362754 C2 RU 2362754C2 RU 2007110653/03 A RU2007110653/03 A RU 2007110653/03A RU 2007110653 A RU2007110653 A RU 2007110653A RU 2362754 C2 RU2362754 C2 RU 2362754C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
kaolinite
sialon
mixture
sio
argillite
Prior art date
Application number
RU2007110653/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007110653A (en
Inventor
Людмила Алексеевна Кост (RU)
Людмила Алексеевна Кост
Георгий Сергеевич Головин (RU)
Георгий Сергеевич Головин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых" (ФГУП ИГИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых" (ФГУП ИГИ) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт горючих ископаемых - научно-технический центр по комплексной переработке твердых горючих ископаемых" (ФГУП ИГИ)
Priority to RU2007110653/03A priority Critical patent/RU2362754C2/en
Publication of RU2007110653A publication Critical patent/RU2007110653A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2362754C2 publication Critical patent/RU2362754C2/en

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention refers to the method for preparation of sialons - compounds of variable composition containing simultaneously Si, Al, O, N and can be used in ceramic, chemical, metallurgical industries, for production of construction and other materials stable against temperature shock, melted metals and attacks of aggressive media at high temperatures. The fusion mixture for sialon production contains kaolinite-containing carbonaceous argillite and burned beforehand kaolinite-containing carbonaceous argillite in the amount providing C:SiO2 mole ratio in the fusion mixture equal to 2.25:3.0.
EFFECT: cheapening of the preparation process of sialon with predetermined composition.
2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к получению кремнийалюминийоксинитридов, получивших общее наименование сиалона, и может быть использовано в керамической, химической и металлургической промышленности для производства материалов, устойчивых к тепловому удару и воздействию агрессивных сред при высоких температурах. Известны шихты для получения сиалона, состоящие из чистых нитрида кремния β=Si3N4 40 мас.% и окиси алюминия 60 мас.% (Tsuge A., Inone В., Komeya K. "Japanese Ceramic Soc.", 1972, №28), каолина (Wild S. J. of Materials Sci., 1976, №11) и смеси каолиновой глины 80 мас.%, углерода или сажи 19 мас.% и катализатора 1 мас.% (Lee G. 'Industrial Hearting". 1975, V.43, №4, p.50-53).The invention relates to the production of silicoaluminium oxynitrides, which have received the general name Sialon, and can be used in the ceramic, chemical and metallurgical industries for the production of materials resistant to heat shock and aggressive environments at high temperatures. Blends for producing sialon are known, consisting of pure silicon nitride β = Si 3 N 4 40 wt.% And alumina 60 wt.% (Tsuge A., Inone B., Komeya K. "Japanese Ceramic Soc.", 1972, No. 28), kaolin (Wild SJ of Materials Sci., 1976, No. 11) and a mixture of kaolin clay 80 wt.%, Carbon or soot 19 wt.% And a catalyst 1 wt.% (Lee G. 'Industrial Hearting ". 1975, V. 43, No. 4, p. 50-53).

Недостатком известных шихт для получения сиалона является применение дорогих компонентов шихты (чистые нитрид кремния, окись алюминия (Tsuge A., Inone H., Komeya K. "Japanese Ceramic Soc.", 1972, №28), катализатор (Lee G. "Industrial Hearting". 1975, V.43, №4, p.50-53) и необходимость длительной термической обработки компонентов в специальных условиях (22 ч в аммиачно-водородной среде при 1400°C (Lee G. "Industrial Hearting". 1975, V.43, №4, p.50-53)).A disadvantage of the known charges for producing sialon is the use of expensive charge components (pure silicon nitride, alumina (Tsuge A., Inone H., Komeya K. "Japanese Ceramic Soc.", 1972, No. 28), catalyst (Lee G. "Industrial Hearting ". 1975, V.43, No. 4, p.50-53) and the need for long-term heat treatment of components in special conditions (22 h in ammonia-hydrogen medium at 1400 ° C (Lee G." Industrial Hearting ". 1975, V. 43, No. 4, p.50-53)).

Из области техники известна шихта для получения сиалона, состоящая из глинистого и углеродсодержащего компонентов, в качестве которых она содержит углистый аргиллит и предварительно обожженный углистый аргиллит при заданном процентном соотношении компонентов (Авторское свидетельство СССР №823356, кл. С04В 35/58, опубл. 23.04.81).A charge is known from the technical field for producing a sialon, consisting of clay and carbon-containing components, in which it contains carbonaceous mudstone and previously calcined carbonaceous mudstone at a given percentage ratio of components (USSR Author's Certificate No. 823356, CL 04B 35/58, publ. 23.04 .81).

Недостатком этой шихты является достаточно высокая стоимость применяемых компонентов при недостаточной интенсивности процесса получения сиалона.The disadvantage of this mixture is the relatively high cost of the components used with insufficient intensity of the process of obtaining sialon.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является шихта для получения сиалона, содержащая углеродсодержащий компонент и каолинит в количестве, обеспечивающем заданное соотношение C:SiO2 в шихте (Патент США №4360506, Кл. С01В 33/26, опубл. 23.11.1982).The closest analogue to the claimed invention in technical essence and the achieved result is a charge for sialon containing a carbon-containing component and kaolinite in an amount providing a predetermined ratio C: SiO 2 in the charge (US Patent No. 4360506, CL. C01B 33/26, publ. 11/23/1982).

Недостатком прототипа является непрогнозируемость состава и свойств получаемых сиалонов.The disadvantage of the prototype is the unpredictability of the composition and properties of the resulting sialons.

В основу изобретения поставлена задача получить сиалон заранее заданного состава при повышении интенсификации процесса его получения за счет включения в состав шихты для получения сиалона каолинитсодержащего углистого аргиллита и предварительно обожженного каолинитсодержащего углистого аргиллита, за счет чего повышается газопроницаемость шихты и обеспечивается заданное соотношение углерода и двуокиси кремния.The basis of the invention is the task of obtaining a sialon of a predetermined composition with an increase in the intensification of the process of its production due to the inclusion of kaolinite-containing carbon mudstone and pre-fired kaolinite-containing carbonaceous mudstone in the sialon mixture, thereby increasing the gas permeability of the charge and providing a predetermined ratio of carbon and silicon dioxide.

Задача решается тем, что шихта для получения сиалона, включающая углеродсодержащий компонент и каолинит, в количестве, обеспечивающем заданное соотношение C:SiO2 в шихте, согласно изобретению в качестве углеродсодержащего компонента и каолинита содержит каолинитсодержащий углистый аргиллит и предварительно обожженный каолинитсодержащий углистый аргиллит, а соотношение C:SiO2, моль, в шихте равно 2,25:3,0.The problem is solved in that the mixture for producing sialon, comprising a carbon-containing component and kaolinite, in an amount providing a predetermined ratio of C: SiO 2 in the mixture, according to the invention contains kaolinite-containing carbonaceous argillite and pre-calcined kaolinite-containing carbonaceous argillite, the ratio of argillite C: SiO 2 , mol, in the charge is 2.25: 3.0.

В качестве аргиллита шихта может содержать отходы добычи или обогащения углей, в минеральной части которых содержится 60-80% каолинита, 5-10% кварца, гидрослюды и, кроме того, 20-35% тонкодисперсного органического вещества.As mudstone, the charge may contain waste from coal mining or processing, in the mineral part of which contains 60-80% kaolinite, 5-10% quartz, hydromica and, in addition, 20-35% finely dispersed organic matter.

Шихта для получения сиалона состоит в основном из каолинита как минерального компонента, а также угля как углеродсодержащего компонента и содержит 70-85 мас.% каолинитсодержащего углистого аргиллита и 15-25 мас.% предварительно обожженного углистого аргиллита. При этом для получения сиалона требуемого состава соотношение C:SiO2, моль, должно составлять 2,25:3,0. Превышение этого соотношения приводит к преимущественному образованию карбидов кремния, а снижение - оксидов алюминия.The mixture for sialon production consists mainly of kaolinite as a mineral component, as well as coal as a carbon-containing component, and contains 70-85 wt.% Kaolinite-containing carbonaceous mudstone and 15-25 wt.% Pre-calcined carbonaceous mudstone. In this case, to obtain a sialon of the required composition, the ratio of C: SiO 2 , mol, should be 2.25: 3.0. Exceeding this ratio leads to the predominant formation of silicon carbides, and a decrease in aluminum oxides.

Шихта может состоять из отходов добычи или обогащения углей, в минеральной части которых содержится 60-80 мас.% каолинита, 5-10% кварца, небольшие количества гидрослюд и, кроме того, 20-35% равномерно распределенного тонкодисперсного органического вещества угля.The mixture may consist of coal mining or processing waste, in the mineral part of which contains 60-80 wt.% Kaolinite, 5-10% quartz, small amounts of hydromica and, in addition, 20-35% evenly distributed finely divided organic matter of coal.

Высокая дисперсность и особенности генетической связи реагирующих компонентов шихты обеспечивают интенсификацию процесса азотирования по сравнению с искусственно приготовленными смесями каолинитсодержащего и углеродсодержащего компонентов.The high dispersion and genetic characteristics of the reacting components of the charge provide an intensification of the nitriding process compared to artificially prepared mixtures of kaolinite and carbon-containing components.

Введение в состав шихты предварительно обожженного каолинитсодержащего углистого аргиллита, либо золы, или твердых парафинов, опилок и пр. позволяет повысить количество транспортных пор и, следовательно, газопроницаемость гранул шихты (приблизительно в 10 раз), что приводит к интенсивной диффузии азота внутрь гранул шихты и активному удалению газообразных продуктов реакции CO и SiO, что способствует интенсификации процесса азотирования.The introduction of the pre-calcined kaolinite-containing carbonaceous mudstone, or ash, or paraffin wax, sawdust, etc., into the charge increases the number of transport pores and, therefore, the gas permeability of the charge granules (approximately 10 times), which leads to intense diffusion of nitrogen into the charge granules and active removal of gaseous reaction products of CO and SiO, which contributes to the intensification of the nitriding process.

Каолинитсодержащий углистый аргиллит является отходом добычи или обогащения углей, введения углеродного восстановителя не требуется, поэтому применение углеотходов, как компонента шихты, повышает технико-экономическую эффективность производства и, кроме того, расширяет сырьевую базу производства сиалонов.The kaolinite-containing carbonaceous mudstone is a waste of coal mining or enrichment, the introduction of a carbon reducing agent is not required, therefore, the use of carbon waste as a component of the charge increases the technical and economic efficiency of production and, in addition, expands the raw material base for the production of sialons.

Шихту для получения сиалонов готовят следующим образом.The mixture for sialons is prepared as follows.

Каолинитсодержащий углистый аргиллит дробят до крупности менее 0,5 мм. Обожженный каолинитсодержащий углистый аргиллит получают в любом обжиговом аппарате, например в топке с цепной решеткой, при температуре более высокой, чем температура воспламенения входящего в состав аргиллита топлива. Вместо углистого аргиллита можно использовать золу угля, твердые парафины или древесные опилки. Обожженный каолинитсодержащий углистый аргиллит дробят до крупности - 0,2 мм. Компоненты дозируют, тщательно смешивают и гранулируют. Соотношение C:SiO2, моль, в шихте должно составлять 2,25:3,0. Для каолинитсодержащего углистого аргиллита, в котором соотношение C:SiO2, моль, составляет 2,0:3,0, можно добавлять твердый парафин или опилки.The kaolinite-containing carbonaceous mudstone is crushed to a particle size of less than 0.5 mm. The calcined kaolinite-containing carbonaceous mudstone is obtained in any kiln, for example, in a furnace with a chain grate, at a temperature higher than the ignition temperature of the fuel included in the mudstone. Instead of carbonaceous mudstone, coal ash, hard paraffins or sawdust can be used. The calcined kaolinite-containing carbonaceous mudstone is crushed to a particle size of 0.2 mm. The components are metered, thoroughly mixed and granulated. The ratio of C: SiO 2 , mol, in the mixture should be 2.25: 3.0. For kaolinite-containing carbonaceous mudstone, in which the C: SiO 2 ratio, mol, is 2.0: 3.0, paraffin wax or sawdust can be added.

Получение сиалона из шихты ведут при 1400°С в течение 1,5 ч при скорости подачи азота 2-2,5 л/мин на 1 кг шихты.Obtaining sialon from the mixture is carried out at 1400 ° C for 1.5 hours at a flow rate of nitrogen of 2-2.5 l / min per 1 kg of charge.

Выполняя данные условия, можно получить β'-сиалон следующего составаFulfilling these conditions, it is possible to obtain a β'-sialon of the following composition

Si3,60Al2,40O2,40N5,60, обладающего удовлетворительной спекаемостью.Si 3.60 Al 2.40 O 2.40 N 5.60 having satisfactory sinterability.

Осуществление изобретения можно продемонстрировать на следующих примерах.The implementation of the invention can be demonstrated by the following examples.

Пример 1. Каолинитсодержащий углистый аргиллит, являющийся отходом добычи углей, может содержать 12-14 мас.% летучих, углерода - Ca 25-28 мас.%, зольность Аd - 60-65 мас.%, состав золы, мас.%: SiO2 - 60-65; Al2О3 - 28-38; СаО+МgO+Fe2O3≤5 (при CaO≤2), подвергают дроблению до крупности частиц не более 0,5 мм. Обоженный каолинитсодержащий углистый аргиллит получают его сжиганием в топочном устройстве с цепной решеткой с последующим дроблением до крупности частиц менее 0,2 мм. Из каолинитсодержащего аргиллита и обожженного каолинитсодержащего аргиллита состава составляют шихту, в которой соотношение C:SiO2, моль, должно составлять 2,25:3,0. При недостаточном количестве углерода можно добавлять обогащенный уголь, при избытке - обожженный углистый аргиллит или золу. После перемешивания шихту гранулируют на тарельчатом грануляторе до образования гранул диаметром 3-7 мм. Гранулы помещают в проточную электрическую печь и подвергают термообработке в токе газообразного азота при 1400°С в течение 1,5 ч. Содержание связанного азота в полученном сиалоне составляет 24,0-25,5 мас.% Карбид кремния обнаружен в следовых количествах.Example 1. Kaolinite-containing carbonaceous mudstone, which is a waste of coal mining, may contain 12-14 wt.% Volatile, carbon - C a 25-28 wt.%, Ash A d - 60-65 wt.%, Ash composition, wt.% : SiO 2 - 60-65; Al 2 O 3 - 28-38; CaO + MgO + Fe 2 O 3 ≤5 (at CaO≤2), subjected to crushing to a particle size of not more than 0.5 mm. The calcined kaolinite-containing carbonaceous mudstone is obtained by burning it in a furnace device with a chain lattice, followed by crushing to a particle size of less than 0.2 mm. The composition of kaolinite-containing mudstone and calcined kaolinite-containing mudstone comprise a mixture in which the ratio of C: SiO 2 , mol, should be 2.25: 3.0. With an insufficient amount of carbon, enriched coal can be added, with an excess of burnt carbonaceous mudstone or ash. After mixing, the mixture is granulated on a plate granulator until granules with a diameter of 3-7 mm are formed. The granules are placed in a flowing electric furnace and subjected to heat treatment in a stream of nitrogen gas at 1400 ° C for 1.5 hours. The content of bound nitrogen in the obtained sialon is 24.0-25.5 wt.% Silicon carbide is detected in trace amounts.

Пример 2. Сиалон получают аналогично примеру 1, для получения материалов заданного состава в каолинитсодержащий углистый аргиллит (С:SiO2, моль 2,0:3,0) перед гранулированием вводят 10-15% твердых парафинов. Гранулы нагревают в течение полутора часов в токе азота, очищенного от кислорода. Содержание связанного азота составляет 25,5-27,0 мас.%.Example 2. Sialon receive analogously to example 1, to obtain materials of a given composition in kaolinite-containing carbonaceous mudstone (C: SiO 2 , mol 2.0: 3.0) before granulation 10-15% of solid paraffins are introduced. The granules are heated for one and a half hours in a stream of nitrogen, purified from oxygen. The content of bound nitrogen is 25.5-27.0 wt.%.

Пример 3. Опыт проводят аналогично примерам 1 и 2, но содержание С в соотношении C:SiO2, моль, каолинитсодержащего углистого аргиллита в шихте составляет менее 2,0. В шихту добавляют каолинитсодержащий углистый аргиллит и обогащенный уголь таким образом, чтобы соотношение С:SiO2, моль, находилось в пределах 2,25:3,0. Содержание связанного азота в сиалоне 23,0-26,0 мас.%Example 3. The experiment is carried out similarly to examples 1 and 2, but the content of C in the ratio of C: SiO 2 , mol, kaolinite-containing carbonaceous mudstone in the mixture is less than 2.0. Kaolinite-containing carbonaceous argillite and enriched coal are added to the mixture in such a way that the C: SiO 2 ratio, mol, is in the range of 2.25: 3.0. The content of bound nitrogen in sialon 23.0-26.0 wt.%

Установлено, что при содержании связанного азота 23-27 мас.% в продукте образуются β'-сиалоны, обладающие удовлетворительной способностью к спеканию, при содержании азота свыше 27% образуются сиалоны, которые плохо поддаются спеканию.It was found that when the content of bound nitrogen is 23-27 wt.%, Β'-sialons with satisfactory sintering ability are formed in the product, with a nitrogen content of more than 27%, sialons are formed that are difficult to sinter.

Полученный из β'-сиалона керамический материал стоек к воздействию расплавленных металлов: Al, Zn, Fe, горячих концентрированных растворов кислот (соляной, серной, азотной) и 30%-ного раствора едкого натра, а также сохраняет прочность при изгибе при нагревании до 1500°С, стоек к тепловому удару до 2000°С.The ceramic material obtained from β'-sialon is resistant to molten metals: Al, Zn, Fe, hot concentrated solutions of acids (hydrochloric, sulfuric, nitric) and 30% sodium hydroxide solution, and also retains bending strength when heated to 1500 ° C, resistant to thermal shock up to 2000 ° C.

Claims (2)

1. Шихта для получения сиалона, включающая углеродсодержащий компонент и каолинит в количестве, обеспечивающем заданное соотношение C:SiO2, моль, в шихте, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего компонента и каолинита она содержит каолинитсодержащий углистый аргиллит и предварительно обожженный каолинитсодержащий углистый аргиллит, а соотношение C:SiO2, моль, в шихте равно 2,25:3,0.1. The mixture for producing sialon, including the carbon-containing component and kaolinite in an amount providing a predetermined ratio of C: SiO 2, mol, in the mixture, characterized in that as the carbon-containing component and kaolinite it contains kaolinite carbonaceous argillite and pre-calcined kaolinite-containing carbonaceous argillite and the ratio of C: SiO 2, mol, in the mixture is 2.25: 3.0. 2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве аргиллита она содержит отходы добычи или обогащения углей, в минеральной части которых содержится 60-80% каолинита, 5-10% кварца, гидрослюды и, кроме того, 20-35% тонкодисперсного органического вещества. 2. The mixture according to claim 1, characterized in that as mudstone it contains waste from coal mining or concentration, in the mineral part of which contains 60-80% kaolinite, 5-10% quartz, hydromica and, in addition, 20-35% finely divided organic matter.
RU2007110653/03A 2007-03-23 2007-03-23 Fusion mixture for sialon production RU2362754C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007110653/03A RU2362754C2 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Fusion mixture for sialon production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007110653/03A RU2362754C2 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Fusion mixture for sialon production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007110653A RU2007110653A (en) 2008-09-27
RU2362754C2 true RU2362754C2 (en) 2009-07-27

Family

ID=39928729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007110653/03A RU2362754C2 (en) 2007-03-23 2007-03-23 Fusion mixture for sialon production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2362754C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111268952A (en) * 2018-12-04 2020-06-12 何春远 Method for manufacturing mudstone composite material and application

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4360506A (en) * 1979-08-03 1982-11-23 Societe Europeenne Des Produits Refractaires Method of preparing sialon products
RU2191759C2 (en) * 1999-10-26 2002-10-27 Государственное научное учреждение "Научный центр порошкового материаловедения" Пермского государственного технического университета Method of production of porous material

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4360506A (en) * 1979-08-03 1982-11-23 Societe Europeenne Des Produits Refractaires Method of preparing sialon products
RU2191759C2 (en) * 1999-10-26 2002-10-27 Государственное научное учреждение "Научный центр порошкового материаловедения" Пермского государственного технического университета Method of production of porous material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007110653A (en) 2008-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10017687B2 (en) Ultra-light ultra-strong proppants
CN101528635A (en) Clay material
CN101654374A (en) Stemming fire-proof material for blast furnace containing coal gangue and white olivine and preparation method thereof
Ji et al. Phase transformation of coal gangue by aluminothermic reduction nitridation: Influence of sintering temperature and aluminum content
RU2362754C2 (en) Fusion mixture for sialon production
Mukasyan Combustion synthesis of silicon carbide
KR101297225B1 (en) Aluminum oxycarbide composition and process for producing same
CN103328384B (en) γ-2CaOSiO 2manufacture method
CN100432022C (en) Oxide ceramics multiple phase refractory material
RU2132312C1 (en) Charge for refractory article making
CN103209925B (en) Manufacturing method of β-2CaO·SiO2
RU2490232C1 (en) METHOD OF OBTAINING FIRE-PROOF MATERIAL BASED ON SILICON BETA-NITRIDE β-Si3N4
CN100534953C (en) Method for preparing SiAlON ceramic powder by using andalusite
CN108349818B (en) Particles for manufacturing a refractory product, use of such particles, refractory product, method of manufacturing a refractory product, and refractory product manufactured thereby
RU2479518C1 (en) Crude mixture for producing light aggregate for concrete (penozol)
RU2214380C1 (en) Carbon-containing refractory material
JP6286573B2 (en) Method for producing silicon dioxide particles
JP4397839B2 (en) Silicon iron nitride powder and refractory
JP2003181301A (en) Method for manufacturing catalyst carrier
RU2421428C2 (en) Method of preparing ultrafine beta-sialon powder
JP2007131495A (en) Refractory and waste combustion melting furnace
SU1323552A1 (en) Method of producing carbon-containing refractory
SU823356A1 (en) Charge for producing sialon
RU2266775C1 (en) Method of reducing nitrogen and sulfur oxides into n2 and s
Spacie Preparation of sialon ceramics from low cost raw materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100324

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120727

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140324