[发明专利]一种基于铁尾矿的陶瓷基储热材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷基储热技术领域。具体涉及一种基于铁尾矿的陶瓷基储热材料及其制备方法。

背景技术

储热材料是目前应用比较广泛的新型功能材料，主要用于工业余/废热回收利用、太阳能综合开发及高温节能等领域。主要包括显热储热材料和潜热储热材料两种。储热材料属于显热储热材料，采用耐火材料作为吸收热量的主体，由于热量的吸收仅仅是依靠耐火材料的显热容变化，这种储热材料具有体积大、造价高、热惯性大和输出功率逐渐下降等缺点。潜热式储热材料则利用相变介质在相变过程中的吸放热特性，具有储热密度大、体积小和相变温度范围宽等优势，是热量存储技术研究的热点之一。

目前主要采用混合烧结法和熔融浸渗法来制备潜热储热材料，都存在一些不足。混合烧结法是将基体材料、相变材料和添加剂等混匀，成型，烧结，得到潜热储热材料。该法虽相对简单，但当烧结温度过高或相变材料含量较大时会造成相变材料的蒸发流失，从而降低材料的蓄热性能。为降低相变材料固、液转变过程中的损失，有研究者将相变材料封装在专门容器内，但会增加材料的热阻，降低传热效率、提高生产成本。熔融浸渗法则需预先制备多孔陶瓷材料，然后将液态相变材料浸渗到多孔陶瓷孔隙中，冷却，制得潜热储热材料。这种方法虽可避免相变材料蒸发流失和减少烧结过程体积效应，但需要预先制备多孔陶瓷体，相变材料的含量取决于多孔陶瓷预制体的孔径大小及其分布状态，不仅过程较为复杂，且制作成本高。另外，现有的储热材料中还存在机械强度、导热系数及热震稳定性等性能低的问题。

同时，随着工业和经济的高速发展，天然矿物的开采量急剧增大，以钢铁冶炼行业为例，铁尾矿—钢铁厂选矿废石和碎屑，其堆放造成了环境污染和安全隐患，铁尾矿的处理量和处理费用越来越高，由此引起的社会问题也越来越多。现有的技术通常是将铁尾矿用于制砖、玻璃制品或作为添加剂用于其它产品的生产。但由于并未从铁尾矿的成分、矿相及结构特征出发，因而基于铁尾矿所开发的产品并未体现出这一原料的资源优势。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，目的在于提供一种原料来源广、生产成本低和工艺简单的基于铁尾矿的陶瓷基储热材料的制备方法，用该方法制备的基于铁尾矿的陶瓷基储热材料储热密度大、导热系数大、耐压强度高和热震稳定性高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

第一步、将40~60wt%的铁尾矿、20~40wt%的铝盐、0.1~10wt%的稳定剂和10~30wt%的络合剂混合，室温条件下研磨0.5~2小时，即得研磨料。

第二步、将20~40wt%的铝盐、30~50wt%的无机盐、10~30wt%的钴粉、10~30wt%的锰粉和10~30wt%的锗粉混合均匀，在50~100MPa条件下压制成型，于中性气氛和400~600℃条件下热处理0.5~3小时，粉碎，球磨，90℃条件下干燥12小时，筛分，得到粒度为0.088~1mm的筛分料A和粒度小于0.088mm的筛分料B。

第三步、将20~50wt%的研磨料、10~30wt%的筛分料A、20~40wt%的筛分料B和5~10wt%的无机盐混合均匀，在10~30MPa条件下压制成型，于中性气氛和400~600℃条件下热处理0.5~3小时，即得基于铁尾矿的陶瓷基储热材料。

所述铁尾矿的粒度小于0.088mm；所述铁尾矿：SiO₂含量为70~80wt%，Fe₂O₃含量为8~15wt%，Al₂O₃含量小于3.5wt%，CaO含量小于4wt%。

所述铝盐的粒度小于0.045mm；所述铝盐为Al₂(SO₄)₃·18H₂O或为Al(NO₃)₃·9H₂O，所述铝盐的纯度大于99wt%。

所述稳定剂的粒度小于0.01mm；所述稳定剂为氧化镧粉或为二氧化锆粉，所述氧化镧粉中的La₂O₃含量大于99wt%，所述二氧化锆粉的ZrO₂含量大于99wt%。

所述络合剂为无水草酸或为一水柠檬酸，所述络合剂的纯度大于99wt%。

所述无机盐的粒度小于0.088mm；所述无机盐为硝酸钠或为硝酸钾，所述无机盐的纯度大于99wt%。

所述钴粉的粒度小于0.045mm，所述钴粉的Co含量大于99wt%。