煤矸石是夾在煤層中的巖石，也是采煤和洗煤過(guò)程中的廢棄物，是我國排放量最多的工業(yè)廢渣之一。目前，全國煤矸石積存量高達幾十億噸，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的破壞。煤矸石作為可回收再利用資源，已經(jīng)廣泛的應用在諸多領(lǐng)域。通過(guò)研究發(fā)現，煤矸石中的主要成分是氧化鋁和二氧化硅，而這些化合物又是常用的陶瓷生產(chǎn)原料，煤矸石本身也具有大量微孔和較高的比表面積。因此，完全可以利用煤矸石來(lái)制備機械強度高、耐酸堿腐蝕以及壽命長(cháng)等具有優(yōu)異性能的陶瓷等材料。
　　
　　1、氧化鋁－碳化硅粉體材料
　　氧化鋁－碳化硅粉體是一種常用的具有優(yōu)良特性的材料，是將氧化鋁（Al2O3）、碳化硅（SiC）這兩種普通的材料復合在一起制得的一種復相陶瓷材。其常規力學(xué)性能相對于單項氧化鋁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爐炮泥中加入氧化鋁－碳化硅粉體。
　　
　　研究發(fā)現：將氧化鋁－碳化硅復相陶瓷粉體加入到含碳耐火材料中顯著(zhù)提高了含碳耐火材料的抗氧化性，并且抗渣鐵侵蝕能力和抗滲透性能也得到了顯著(zhù)的提高。另外，添加Al2O3－SiC復相粉體的炮泥的抗渣性能良好，抗折性能也有所提高。
　　
　　張厚興等以煤矸石和碳質(zhì)材料為原料，按一定配比混合，經(jīng)充分球磨混勻，利用碳熱還原反應和去除殘炭等工藝制備出性能優(yōu)良的氧化鋁－碳化硅粉體。其中α－Al2O3為23%～65%（質(zhì)量），β－SiC晶相含量為32%～70%（質(zhì)量）。該粉體物相分散程度高、粒度細小。由于其生產(chǎn)成本低，可在工業(yè)生產(chǎn)中使用，提高煤矸石的利用率。
　　
　　王長(cháng)春等以煤矸石、活性炭、工業(yè)炭黑和無(wú)煙煤為原料，采用碳熱還原法成功制備出高性能低成本的氧化鋁－碳化硅粉體。結果表明：向煤矸石粉中配入適量的炭黑，經(jīng)過(guò)1500℃保溫3h熱處理可制得氧化鋁－碳化硅粉體。該粉體中氧化鋁含量為58%，碳化硅含量為42%。制得粉體的粒徑小于5μm，并且顆粒分布均勻、分散性好。
　　張麗娜等以煤矸石為原料，炭黑、焦炭和無(wú)煙煤作還原劑，采用碳熱原位還原合成技術(shù)，成功合成了氧化鋁－碳化硅粉體。系統研究了保溫時(shí)間、還原劑種類(lèi)和煅燒溫度對合成氧化鋁－碳化硅粉體結構和性能的影響。研究發(fā)現：還原劑的種類(lèi)對Al2O3－SiC復相粉體影響最大；用焦炭和無(wú)煙煤為還原劑，制備粉體最佳的工藝參數則為1600℃保溫5h；而以炭黑為還原劑，最佳的工藝參數為1600℃保溫4h。
　　
　　2、賽隆粉體材料
　　賽隆是由鋁、氧原子部分置換Si3N4中硅原子和氮原子的基礎上形成的一大類(lèi)固溶體的總稱(chēng)，可分為β－Sialon、α－Sialon和O’－Sialon等。賽隆材料具有高硬度、高耐火度、高韌性、低膨脹性和良好耐熱穩定性等性能，現已成為最具潛力的高性能陶瓷材料之一。由于利用純原料（如Si3N4、Al2O3、SiO2等）制備賽隆材料成本較高，制備工藝也較為復雜，不宜于工業(yè)生產(chǎn)。煤矸石作為大宗廢棄物，其中富含大量的Al2O3和SiO2。因此利用煤矸石制備賽隆及其復合材料，不僅可以使煤矸石得到綜合利用，也可以減少天然資源的消耗。
　　
　　劉明等利用煤矸石、炭黑為原料，采用碳熱還原氮化法制備了β－Sialon粉體，研究結果表明：在溫度為1500℃、氮氣流量為2L/min、保溫時(shí)間為4h的條件下，生成的β－Sialon相最多。另外，向制得的β－Sialon粉體中加入3%的Si3N4晶種，可以使粉體結構更加致密，晶粒大小更加均勻。
　　
　　岳昌盛等采用處理后的煤矸石、炭黑為原料，在氮氣和埋焦炭的條件下，成功合成β－Sialon粉體。當氮氣純度為99.5%、炭黑含量超過(guò)50%、保溫時(shí)間為10h時(shí)，合成的β－Sialon相含量超過(guò)95%。
　　
　　張海軍等以煤矸石為原料，金屬Si為還原劑制備了O’－Sialon粉體，并研究了氮化溫度對O’－Sialon粉體的影響。研究發(fā)現：升高氮化溫度有利于O’－Sialon的合成；隨著(zhù)氮化溫度的升高，O’－Sialon的相對含量也明顯增加，其相對含量可達80%左右。
　　
　　李剛等以煤矸石為主要原料，二氧化鈦為添加劑，利用碳熱還原氮化法成功制備了β－Sialon粉體。研究發(fā)現：隨著(zhù)碳含量的升高，β－Sialon相出現了分解的情況。因此，制備β－Sialon材料時(shí)應嚴格控制碳含量。隨著(zhù)Al2O3/SiO2比例的增加，β－Sialon相含量明顯增加。由此可見(jiàn)適量提高Al2O3的加入量，有利于β－Sialon材料的制備。
　　
　　馬剛等以煤矸石、用后Al2O3－SiC－C鐵溝料、活性炭為原料，采用碳熱還原氮化工藝成功制備了β－Sialon粉體。結果表明：加入活性炭及升高溫度都有利于制備β－Sialon粉體材料。
　　
　　黃明華等選用酸洗后的煤矸石和石墨為原料，在1500℃下保溫3h制得純度為95%的β－Sialon/SiC復相陶瓷粉體。
　　
　　資料來(lái)源：《曹雨桐,馬北越,付高峰.利用煤矸石制備陶瓷材料的研究進(jìn)展[J].耐火與石灰,2021,46(05):6-11》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！