煤矸石是夹在煤层中的岩石，也是采煤和洗煤过程中的废弃物，是我国排放量最多的工业废渣之一。目前，全国煤矸石积存量高达几十亿吨，对生态环境造成了严重的破坏。
煤矸石作为可回收再利用资源，已经广泛的应用在诸多领域。通过研究发现，煤矸石中的主要成分是氧化铝和二氧化硅，而这些化合物又是常用的陶瓷生产原料，煤矸石本身也具有大量微孔和较高的比表面积。因此，完全可以利用煤矸石来制备机械强度高、耐酸碱腐蚀以及寿命长等具有优异性能的陶瓷等材料。氧化铝－碳化硅粉体是一种常用的具有优良特性的材料，是将氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）这两种普通的材料复合在一起制得的一种复相陶瓷材。其常规力学性能相对于单项氧化铝材料得到了成倍的提高。由于其良好的使用性能，通常向耐火材料和高炉炮泥中加入氧化铝－碳化硅粉体。研究发现：将氧化铝－碳化硅复相陶瓷粉体加入到含碳耐火材料中显著提高了含碳耐火材料的抗氧化性，并且抗渣铁侵蚀能力和抗渗透性能也得到了显著的提高。另外，添加Al2O3－SiC复相粉体的炮泥的抗渣性能良好，抗折性能也有所提高。张厚兴等以煤矸石和碳质材料为原料，按一定配比混合，经充分球磨混匀，利用碳热还原反应和去除残炭等工艺制备出性能优良的氧化铝－碳化硅粉体。其中α－Al2O3为23%～65%（质量），β－SiC晶相含量为32%～70%（质量）。该粉体物相分散程度高、粒度细小。由于其生产成本低，可在工业生产中使用，提高煤矸石的利用率。王长春等以煤矸石、活性炭、工业炭黑和无烟煤为原料，采用碳热还原法成功制备出高性能低成本的氧化铝－碳化硅粉体。结果表明：向煤矸石粉中配入适量的炭黑，经过1500℃保温3h热处理可制得氧化铝－碳化硅粉体。该粉体中氧化铝含量为58%，碳化硅含量为42%。制得粉体的粒径小于5μm，并且颗粒分布均匀、分散性好。张丽娜等以煤矸石为原料，炭黑、焦炭和无烟煤作还原剂，采用碳热原位还原合成技术，成功合成了氧化铝－碳化硅粉体。系统研究了保温时间、还原剂种类和煅烧温度对合成氧化铝－碳化硅粉体结构和性能的影响。研究发现：还原剂的种类对Al2O3－SiC复相粉体影响最大；用焦炭和无烟煤为还原剂，制备粉体最佳的工艺参数则为1600℃保温5h；而以炭黑为还原剂，最佳的工艺参数为1600℃保温4h。赛隆是由铝、氧原子部分置换Si3N4中硅原子和氮原子的基础上形成的一大类固溶体的总称，可分为β－Sialon、α－Sialon和O’－Sialon等。赛隆材料具有高硬度、高耐火度、高韧性、低膨胀性和良好耐热稳定性等性能，现已成为最具潜力的高性能陶瓷材料之一。由于利用纯原料（如Si3N4、Al2O3、SiO2等）制备赛隆材料成本较高，制备工艺也较为复杂，不宜于工业生产。煤矸石作为大宗废弃物，其中富含大量的Al2O3和SiO2。因此利用煤矸石制备赛隆及其复合材料，不仅可以使煤矸石得到综合利用，也可以减少天然资源的消耗。刘明等利用煤矸石、炭黑为原料，采用碳热还原氮化法制备了β－Sialon粉体，研究结果表明：在温度为1500℃、氮气流量为2L/min、保温时间为4h的条件下，生成的β－Sialon相最多。另外，向制得的β－Sialon粉体中加入3%的Si3N4晶种，可以使粉体结构更加致密，晶粒大小更加均匀。岳昌盛等采用处理后的煤矸石、炭黑为原料，在氮气和埋焦炭的条件下，成功合成β－Sialon粉体。当氮气纯度为99.5%、炭黑含量超过50%、保温时间为10h时，合成的β－Sialon相含量超过95%。张海军等以煤矸石为原料，金属Si为还原剂制备了O’－Sialon粉体，并研究了氮化温度对O’－Sialon粉体的影响。研究发现：升高氮化温度有利于O’－Sialon的合成；随着氮化温度的升高，O’－Sialon的相对含量也明显增加，其相对含量可达80%左右。李刚等以煤矸石为主要原料，二氧化钛为添加剂，利用碳热还原氮化法成功制备了β－Sialon粉体。研究发现：随着碳含量的升高，β－Sialon相出现了分解的情况。因此，制备β－Sialon材料时应严格控制碳含量。随着Al2O3/SiO2比例的增加，β－Sialon相含量明显增加。由此可见适量提高Al2O3的加入量，有利于β－Sialon材料的制备。马刚等以煤矸石、用后Al2O3－SiC－C铁沟料、活性炭为原料，采用碳热还原氮化工艺成功制备了β－Sialon粉体。结果表明：加入活性炭及升高温度都有利于制备β－Sialon粉体材料。黄明华等选用酸洗后的煤矸石和石墨为原料，在1500℃下保温3h制得纯度为95%的β－Sialon/SiC复相陶瓷粉体。
资料来源：《曹雨桐,马北越,付高峰.利用煤矸石制备陶瓷材料的研究进展[J].耐火与石灰,2021,46(05):6-11》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
