近日，德國弗勞恩霍夫陶瓷技術與系統研究所（IKTS）開發出一種環保的，把工業副產碳化硅和回收料轉化為高質量碳化硅的RECOSiC工藝。對于工業碳化硅這種能源密集型產品而言，RECOSiC除了增加產能，同時意味著降低了對碳化硅供應的依賴。

RECOSiCC工藝是在封閉的高科技熔爐中將艾奇遜（Acheson）工藝的碳化硅廢料和副產品轉化為高純度碳化硅。該過程的產品是粉末狀SiC。

新舊工藝對比

工業碳化硅通常采用艾奇遜工藝生產，將石英砂（二氧化硅）和石油焦（碳）在圓柱形爐中加熱至約2000℃進行碳熱還原反應，生成碳化硅以及一氧化碳和二氧化碳。在這過程中，每生產一噸碳化硅，就會釋放2.4噸溫室氣體；另外需要7.15MWh/t（兆瓦時/噸）的巨大電力消耗，這意味著每噸碳化硅又會釋放1.8噸二氧化碳（火電）。而艾奇遜工藝還會因熔爐邊緣溫度不足而導致很大一部分主要原材料——石英砂和石油焦無法完全反應形成碳化硅。

對此，IKTS非氧化物陶瓷部門負責人J?rg Adler評價，“艾奇遜工藝已有將近130年的歷史，是經典的、骯臟的工業工藝之一，已不再與我們的時代同步”，RECOSiCC工藝正由他的團隊和他們的行業合作伙伴ESK-SiC GmbH開發推出——與艾奇遜工藝相比，高科技熔爐產生的廢物和副產品非常少。雜質在化學反應過程中被分離或蒸發。在高溫下，鐵等金屬會結塊，可以用機械方法去除，其生成的碳化硅純度等級為99%甚至更高。反之，新工藝的能量需求比艾奇遜低80%，顯著降低了碳排放。

生產規格和純度可控

為了高質量生產，Fraunhofer IKTS的研究人員需要對基礎材料進行初步分析、預處理和化學計量補充，也就是說將原材料以所需的確切比例混合，以在化學過程中產生具有所需性能的化合物。除了必要的添加劑，還需要配置熔爐的工藝參數，包括峰值溫度、持續時間和整個過程中溫度發展的控制，以此保證碳化硅的性能，如粒度和純度等級。

研究人員還致力于在未來使用有缺陷或用過的陶瓷基組件作為原料來生產高質量的SiC

這種創新的方法不僅處理艾奇遜工藝的副產品，還包括有缺陷或使用過的陶瓷基部件，如柴油顆粒過濾器和垃圾焚燒爐的墻磚等——通常，任何SiC含量為50%或以上的材料都適合回收成高質量的碳化硅。

小結

ESK-SiC GmbH的董事總經理Matthias Hausmann表示，“RECOSiCC工藝對艾奇遜工藝的改進，使碳化硅生產變得清潔、環保，是邁向可持續循環經濟的重要一步。”同時，初級原材料利用率的提高也減少了對外國原材料供應商的依賴和日益脆弱的供應鏈。ESK SiC GmbH于2023年第二季度開始運營工業規模的原型工廠，目前正在計劃進一步擴大產能。

編譯整理 YUXI

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