碳化硅回收新工艺

碳化硅是一种节能材料，它能使电动汽车在无需主动冷却系统的情况下实现更长的续航里程，并有助于减小车载电池管理系统的体积和重量。.

莱斯大学的研究人员开发了一种创新工艺，可将粉末成形碳化硅（SiC）废料升级再利用为高质量原料，该工艺被称为“闪式升级再利用”。该工艺节能高效，并能产生一种绿色副产品。.

再生碳化硅

碳化硅的生产往往能耗高，且会产生大量废料。 德累斯顿弗劳恩霍夫陶瓷技术与系统研究所（IKTS）的研究人员与其工业合作伙伴ESK-SiC GmbH公司共同开发了一种环保工艺，可将这些废料回收利用，制成高品质的碳化硅——在此过程中既节约了能源，又降低了污染水平，并节约了原材料。.

再结晶碳化硅粉末非常适合用于加工工艺、表面处理、防弹陶瓷和过滤材料等领域。 此外，与传统碳化硅相比，这种再生材料具有更高的抗冲击性和抗开裂性，更易于加工；并且通过在热处理后保持其硬度，进一步提高了可回收性——这是将其进一步加工成实用产品的必要前提。.

再加工的碳化硅（SiC）材料的粒度通常在50至120微米之间，具体取决于其应用场景，这使其适用于研磨和切割作业，甚至可作为天然砂的替代品用于打磨——由于其颗粒体积较小，在提供同等研磨效果的同时，还能实现更高的处理量。.

由于再处理后的碳化硅具有低反应性和高硬度等特性，因此也可用于生产反应结合型和氮化物结合型SiC坩埚，使其比传统的颗粒状SiC更适合此用途。 此外，再加工碳化硅出色的烧结和成型性能，使其成为当前这些应用中现有材料的绝佳替代品。.

再加工碳化硅的粒径通常在60微米之间，孔隙率达90%，其抗冲击的多孔结构比传统颗粒状碳化硅（SiC）更具抗冲击性。 此外，与天然砂生产方法相比，其生产成本和能耗更低；最后，它在热处理后仍能保持高硬度——这是高温应用中必不可少的性能。.

流程

碳化硅的生产需要耗能巨大的工艺，这些工艺会产生大量粉状废料。 弗劳恩霍夫IKTS研究所的研究人员提出了一种解决方案，可将这种粉状副产品回收利用，转化为高品质的碳化硅材料，既减少了工业污染，又将废弃物转化为宝贵的原材料资源。他们研发的这项名为RECOSiC的新工艺，在显著降低工业污染水平的同时，将工业污染转化为宝贵的原材料来源。.

碳化硅（SiC）的制备过程是在电炉中将硅砂与细磨的焦炭混合，通过碳导体通入电流，引发化学反应，生成硅气和一氧化碳气。随后将这些气体过滤去除，留下纯净的硅砂混合物，该混合物可进一步破碎并按粒度分级，制成不同粒度的颗粒或粉末。.

碳化硅产品在各个领域都有广泛的应用。碳化硅具有多种令人瞩目的特性，例如极高的强度、耐腐蚀性和导热性；此外，它还是一种出色的电绝缘体，有助于制造固态电路板等先进电子器件。.

碳化硅独特的晶体结构赋予了它特殊的性质。它形成紧密堆积的结构，其原子之间通过共价键连接。这些原子排列成两个主要的配位四面体，每个四面体包含四个硅原子和四个碳原子，它们相互连接并层层堆叠，从而形成具有不同物理性质的多型体。.

碳化硅有各种形态和尺寸。常见的形态包括四面体、球体、棒状和六边形；在耐磨层中注入液态硅可制得碳化硅氮化物（SiNx）；甚至可以生长出大型单晶，即所谓的“莱利宝石”。.

碳化硅目前被广泛应用于众多行业，从磨料和涂层磨料到电动汽车（EV）的电力电子设备。其应用可降低摩擦、减少成本、提高效率并延长电池寿命——正是这些特性使其在这些应用领域备受青睐。 与替代材料相比，碳化硅在降低摩擦成本的同时，还能够降低整体成本并提升性能，其效果尤为显著。.

材料

碳化硅，通常被称为碳化硅，是一种由硅和碳组成的硬质化学化合物，自然界中以稀有矿物莫桑石的形式存在，自1893年以来一直被大规模生产，用作磨料。 由于碳化硅使用寿命长且更换需求极低，它有助于企业和消费者减少废弃物产生，从而在降低环境影响的同时，节省了处理费用和更换成本。.

碳化硅在工业领域有着广泛的用途。它具有优异的导电性和导热性、高熔点、低密度、高机械强度，且能在极高温度下保持不裂，因此非常适用于切割、磨削和抛光作业。 碳化硅还是技术陶瓷和耐火材料制造、半导体电子、高性能砂轮/砂盘/线锯/磨料产品以及与钢材结合的复合材料应用中的关键原材料。.

碳化硅的生产主要依赖两种原材料：石英砂和石油焦。在工业规模上，生产采用阿奇森法，该工艺是将混合物在露天炉中加热至约2,300 degC进行碳热还原，然后研磨成颗粒以供进一步加工。 然而，遗憾的是，该方法会产生大量的二氧化碳排放：采用此工艺生产每吨碳化硅，约会排放2.4吨二氧化碳。.

作为减少生态影响举措的一部分，回收合成过程中产生的污泥有助于生产高品质的碳化硅（SiC）副产品，并减少从天然来源的采购。这既能生产磨料污泥碳化硅（SiC）副产品，又能同时降低与天然原料采购相关的成本。.

本文研究了回收的碳化硅废料的性能，特别是其粒度分布，以探讨将其纳入新型水泥基配方中的可能性。 我们的目标是探讨能否用回收的碳化硅废料进行替代，同时将对混凝土整体粒度分布和颗粒特性的影响降至最低；研究结果表明，该材料确实能够达到这一目的，其相关指标与其他矿物骨料相当。.

最终产品

碳化硅是一种工业材料，广泛应用于从耐火材料到半导体等各个领域，需求量极大，但其生产过程能耗高，且会释放大量二氧化碳。如今，研究人员开发出了一种环保的回收方法，能够将副产品和废料重新转化为高质量的碳化硅材料。.

RECOSiC (c) 工艺将生产过程中产生的碳化硅（SiC）粉状废料回收再利用，制成可用于现有产品和工艺的碳化硅，从而在提高产量的同时，减少对原材料供应商的依赖。.

要制备碳化硅，必须在露天阿奇森炉中加热石英砂和石油焦。遗憾的是，这一过程会产生大量副产品，由于颗粒尺寸和切削性能不足，这些副产品无法用于高品质的应用。此外，在操作如此巨大的露天炉时，气流带来的污染还构成了另一项严重威胁。.

要回收碳化硅，必须首先对废料和污泥进行分离和净化。RECOSiC工艺采用闪蒸焦耳加热技术，先将废料和污泥快速升温，然后将其与液态硅混合，以生产二次碳化硅；随后，将液态硅渗入该二次碳化硅中，从而降低一次碳化硅的孔隙率并提高其纯度。.

经过提纯后，碳化硅会在窑炉中 undergo 关键的热脱粘和热解热处理工艺，该工艺在无氧条件下进行加热，以去除其中的碳含量并烧尽粘结剂残留物——这一步骤还能将纯度提高至 98%！

再生碳化硅可用于多种不同用途，从砂纸和砂轮等磨料产品，到与钢结合的复合材料。再生碳化硅的其他应用还包括高温耐火材料、军用技术的防弹陶瓷，以及汽车和环境技术领域（如柴油颗粒过滤器）。 通过RECOSiC工艺生产的再处理碳化硅主要含有六方晶体结构（a-SiC），而β型碳化硅（b-SiC）则主要含有β型晶体结构。.