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本论文以金属矿尾矿的无害化高效处理为着眼点，选择河南灵宝金矿尾矿和鞍钢高硅铁尾矿为资源化对象。从分析两种尾矿成分入手，对原料体系各物质进行了热力学计算和动力学推导，掌握了体系中各主要元素在合成过程中的反应机理及变化规律；在此基础上，利用碳热还原法制备了SiC/FexSiy复合粉体，并详尽研究了两种原料体系的合成工艺制度以及具体工艺参数。然后以合成的复合粉体为原料，采用反应烧结制备工艺制得了SiC/FexSiy复合材料，并对复合材料的力学性能、热传导性、热膨胀性以及抗氧化性能进行了研究。
实验过程中，利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射扫描电镜(TEM)、差热/热重分析(DTA/TG)以及原子吸收光谱仪(AAS)等手段对合成过程中的晶相、元素以及产物形貌进行了研究。通过分析得到如下主要结果：
两种金属矿尾矿均以SiO2为主要成分。其中SiO2+Fe2O3含量均超过了90％，这是得到所需复合粉体的基础。通过对Si-C-O体系进行的热力学计算及动力学推导，证明原料体系合成SiC/FexSiy复合材料在热力学及动力学上是可行并且可控的。通过对碳热还原合成过程分析，得出合成SiC/FexSiy复合粉体的最佳工艺参数：配碳量n(C):n(SiO2=5；反应温度1500℃；恒温时间8h；氩气流量0.6L/min。产物晶粒形貌具有不规则的几何外形，形状相似的晶粒形成各自的聚集体，其中SiC晶粒多以片状、柱状、球状形式存在。杂质元素Na和K的单质气体随流动的气流排出，再氧化生成各自稳定的氧化物； Ca、Mg、Al、Ti等元素，部分在样品表面渗出，部分留在样品中以玻璃相的形式聚集于结晶相的晶粒间。对反应烧结工艺过程的研究表明：反应烧结合成SiC/FexSiy复合材料的最佳合成工艺参数为，炭黑配量5％；反应温度1550℃；恒温时间2h；FexSiy采用两种金属尾矿合成复合粉体混合物。
复合材料性能测试方面，高致密复合材料的体积密度在2.95-3.0g/cm3之间，显气孔率在3.0-3.15％之间。SiC/FexSiy复合材料抗折强度随温度的变化呈现Ⅰ类曲线变化规律。即强度先随温度的增加而增加，直到转折温度Tm(900℃)，然后随温度的增加而下降。材料室断裂形式以穿晶断裂为主，高温的断裂形式以沿晶断裂为主。SiC/FexSiy复合材料的热导率随温度升高而降低，在20℃至250℃，热导率随温度升高下降迅速，之后随温度升高而继续降低，但下降幅度减缓。复合材料的线膨胀系数随温度升高而增加，在800℃以后，线膨胀系数变化幅度增快。复合材料在1000C以下有很好的抗氧化性，而在1180C以上氧化明显加剧。随氧化时间的延长，扩散成为控制性环节，表现为保护性氧化。复合材料整个变温氧化过程分为三个阶段：1)氧化前期，为化学反应控速期；2)氧化中期，为混合控速期；3)氧化后期，为扩散控速期。
本论文探索了一条废弃尾矿无害化高效处理的途径，成功制备出SiC/FexSiy复合材料，该合成材料在力学、热传导、热膨胀以及抗氧化等方面具备优良性能。