本发明涉及一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，属于二次资源利用。
背景技术：
1、随着科技的快速发展，石墨和硅在电子、半导体、新能源等众多领域被广泛应用。然而，在生产和使用过程中，会产生大量的废弃石墨和硅废料。这些废料的堆积不仅占用大量土地资源，还可能对土壤、水体和空气造成污染，给环境带来巨大压力。同时，石墨和硅作为重要的资源，其储量并非取之不尽，对废弃资源的有效利用成为可持续发展的必然要求。
2、碳化硅是一种具有优异性能的重要材料。它具有高硬度、高熔点、高热导率、高化学稳定性等特点，广泛应用于磨料磨具、耐火材料、半导体器件、高温结构材料等领域。随着各行业的发展，对碳化硅的需求持续增长。传统的碳化硅生产方法往往依赖于高纯度的碳源和硅源，成本较高且对能源消耗较大。
3、利用废弃石墨和硅废料为主原料，再加上生物质灰强化制备出高质量的碳化硅，这不仅为废弃资源的再利用提供了新途径，还可以降低碳化硅的生产成本，提高资源利用效率，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。
4、目前关于利用废弃石墨和硅废料制备碳化硅的相关专利有：一种金刚线切割废料制备高品质碳化硅的(cn107651690a)；一种晶体硅切割废料制备高品质碳化硅的(cn107651691a)以上专利均通过切割废料制备高品质碳化硅，目前现有技术并未涉及利用生物质和废弃石墨制备碳化硅。
5、在专利2024111964714中，尝试了利用生物质配合碱金属碳酸盐或氢氧化物来制备高纯硅，在后期的研究探索中，形成了制备纯度较高碳化硅的技术，进而得到了本发明。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术还未有利用生物质灰强化硅废料和废弃石墨制备高品质碳化硅相关记载，提出本发明。本发明一方面解决了硅废料和废弃石墨对环境的污染问题，避免了资源浪费，另一方面利用咖啡壳等生物质强化效果，变废为宝，带来极大的经济效益。
2、一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，具体步骤如下：
3、(1)将硅废料、废弃石墨分别进行破碎、研磨、筛分，得到粉末，得到硅废料粉末和废弃石墨粉末，所得粉末粒径分布在50～150μm；
4、(2)将选用的生物质进行干燥，破碎，得到生物质粉末；
5、(3)将生物质粉末装入刚玉坩埚中，在含氧气氛下焙烧、保温，保温结束后降温得到生物质灰分；
6、(4)将生物质灰分与硅废料粉末、废弃石墨粉末按一定比例研磨混合均匀得到混合物，将混合物装入高纯石墨坩埚置于马弗炉中，抽真空，设置升温程序使混合物在高温下进行反应；所述混合物由a和生物质灰分组成，其中a由硅废料粉末、废弃石墨粉末按质量比65～70：30～35组成；混合物中，生物质灰分的含量为1～10％；真空焙烧温度为1410～1700℃，
7、(5)反应结束后，待产物冷却到室温，得到高纯度碳化硅产品。
8、本发明一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，步骤(1)中硅废料、废弃石墨的通过筛分，实现粒度分布在50～150μm。
9、本发明一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，步骤(2)中生物质选自咖啡壳、烟草秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、稻壳中的至少一种，优选为咖啡壳、稻壳、水稻秸秆、烟草秸秆中的至少一种，进一步优选为咖啡壳、烟草秸秆。
10、本发明一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，步骤(3)中，所述焙烧温度为600～1000℃，保温时间为60～180min。本发明之所以控制保温时间为60～180min是为了使生物质焙烧完全只剩余灰分。若保温时间过短，会导致生物质炭不能完全烧尽等问题。在实际生产过程中，升温速率可以控制在5-15℃/min、如10℃/min、12℃/min等。
11、本发明一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，步骤(4)中，混合物a中硅废料含量为65～70wt.％，废弃石墨含量为30～35wt.％，混合物中，生物质灰含量为1～10wt.％、优选为1～2.5％、更进一步优选为1～2％。
12、本发明一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，步骤(4)中，真空焙烧的真空度为10-3～50pa，真空焙烧温度为1410～1700℃，保温时间为60～240min。在实际生产过程中，升温速率可以控制在5-20℃/min、如10℃/min、12℃/min、15℃/min等。
13、作为优选，烟草秸秆在空气气氛下焙烧后，按混合物中，生物质灰含量为1～1.1％配入。
14、本发明一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，步骤(5)所得碳化硅纯度≥95.3％。优化后，碳化硅的纯度大于98％。
15、目前碳热还原由于其经济、高效和大规模制备而成为一种有前途的方法，在碳热还原过程中，原料(碳源和硅源)对sic的形成有重要影响。目前，工业上主要使用石油焦(或煤焦)作为原料来生产sic。用废弃石墨代替石墨作为制备sic的碳源，用工业生产产生的微硅粉废料代替硅源，可以降低制备sic的成本，此外，生物质灰中的一些碱金属例如k、na元素可以延缓碳源的石墨化，促进sic的生成。
16、本发明的有益效果为：
17、利用生物质灰强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅具有以下有益效果：
18、1.将废弃石墨和硅废料进行再利用，避免了这些资源的浪费，降低了对原生资源的依赖；符合循环经济的理念，有助于实现资源的可持续利用，减少对环境的压力；
19、2.生物质灰原本是一种废弃物，通过将其用于制备碳化硅，实现了生物质灰的资源化利用，通过添加生物质灰强化和/或催化反应过程，提高了碳化硅质量；与传统的制备方法相比，使用废弃石墨和硅废料可以降低原料成本；
20、3.减少了废弃石墨和硅废料以及生物质灰对环境的污染，降低了废弃物处理的压力；在制备过程中可能具有较低的能源消耗和较少的温室气体排放，对环境更加友好。
1.一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于，包括步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(2)中生物质选自咖啡壳、烟草秸秆、棉花秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、大豆秸秆、稻壳中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(2)中生物质选自咖啡壳、稻壳、水稻秸秆、烟草秸秆中的至少一种，进一步优选为咖啡壳、烟草秸秆中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述焙烧温度为600～1000℃，保温时间为60～180min。
5.根据权利要求1所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(4)中，混合物a中硅废料含量为65～70wt.％，废弃石墨含量为30～35wt.％，混合物中，生物质灰含量为1～2.5％、更进一步优选为1～2％。
6.根据权利要求5所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：烟草秸秆在空气气氛下焙烧后，按混合物中，生物质灰含量为1～1.1％配入。
7.根据权利要求1所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(4)中，真空焙烧的真空度为10-3～50pa，真空焙烧温度为1410～1700℃，保温时间为60～240min。
8.根据权利要求1所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(5)所得碳化硅纯度≥95.3％。
9.根据权利要求1所述的一种生物质灰添加强化废弃石墨和硅废料制备碳化硅的方法，其特征在于：步骤(5)所得碳化硅纯度大于98％。
