CN101482335A - 复合陶瓷太阳板 - Google Patents

Abstract

以提钒尾渣为原料之一制造的黑色陶瓷称作钒钛黑瓷，钒钛黑瓷阳光吸收率0.9，是优良的光热转换材料，由于提钒尾渣产出量有限，所以本发明提出以钒钛黑瓷为内、外表面层、以常规陶瓷原料经挤制成型的中空陶瓷板为基体，两者复合成为复合陶瓷中空太阳能集热板的方法，使提钒尾渣和钒钛黑瓷得到更有效的利用。

Description

复合陶瓷太阳板

本发明是“复合陶瓷中空太阳能集热板的制造方法”的分案申请，原申请的申请日2006年5月25日，申请号200610044299.6，发明创造名称“复合陶瓷中空太阳能集热板的制造方法”。分案申请的说明书、说明书附图、摘要、摘要附图与原申请内容一样。

(一)技术领域

本发明涉及太阳能集热体的制造方法，具体说是关于复合陶瓷中空太阳能集热板的制造方法，更详细地说是关于利用工业废弃物—提钒尾渣为原料或原料之一作为太阳能吸收材料与通常陶瓷相结合使其成为复合型太阳能集热板的方法。

(二)背景技术

太阳能利用主要分为光电利用、光热利用方式，目前光热利用主要是太阳能热水器，太阳能热水器分为闷晒式和循环式，循环式效率较高，其集热体主要采用金属管板式集热体和真空玻璃管式集热体，两者均存在以下不足：1.金属管板式集热体主要采用铜、铝等材料，真空玻璃管集热体结构和制造工艺相对复杂，以每平方米吸热面积计算两者的价格都比较高。2.两者均采用低温涂覆的黑色阳光吸收涂料，在长期的阳光作用下会有一定程度的老化使阳光吸收率衰减，是导致效率和寿命问题的原因之一。3.由于材料和结构的原因难与建筑物结合为一体。

以前生产黑色陶瓷必须加入Co、Cr、Ni、Mn、Fe等第四周期过渡元素，价格十分昂贵，中国专利CN85102464叙述了以提钒尾渣为原料之一生产各种黑色陶瓷制品的方法，这种黑色陶瓷称作钒钛黑瓷，本发明是对上述方法的改进和发展。

钒钛黑瓷被阳光照射时会大量吸收阳光中的能量，阳光吸收率可达0.9，经试验，在纬度37度地区，夏日晴天1平方米钒钛黑瓷太阳板可将10kg水加热至100℃。钒钛黑瓷被加热时会发射远红外射线，具有较高的红外辐射率，水是红外敏感物质，钒钛黑瓷太阳板内壁发射的远红外射线对提高钒钛黑瓷太阳能热水器效率是有益的，这点与通常太阳能集热体只是将黑色太阳能吸收涂料覆盖在集热体的外表面是不同的。钒钛黑瓷是优良的光热转换材料。钒钛黑瓷黑色纯正，理化性能优良，目前大量用于生产实心的表面磨光的建筑装饰板，生产成本低廉，其销售额已达到数亿元，钒钛黑瓷装饰板厚度约10毫米，不磨光的毛板售价每平方米25～30元，钒钛黑瓷装饰板只是利用钒钛黑瓷黑色纯正、装饰效果沉稳、庄重这一特性，而其本身具有的光热转换特性尚未得到充分的开发和利用。钒钛黑瓷强度高、抗折强度45～100mpa，比普通瓷质砖几乎高一倍，制造成本低廉、不腐蚀、不老化、不退色、无毒、无害、无放射性，经上千度温度烧制而成，经加速老化，未发现阳光吸收率衰减问题，可具有几乎永久的使用寿命，非常适合制造太阳能集热体，易与建筑结合，用于太阳能房顶，其强度是普通瓦片十倍左右，使用时间可与建筑同寿命。

复合陶瓷中空太阳能集热板的壁厚约5毫米，若以目前钒钛黑瓷装饰板规模生产，其每平方米售价可能实现约100元。真空玻璃管式集热体，以所占面积计算，目前每平方米约300元，以黑色面投影面积计算则每平方米约600元。

中国现有建筑面积400亿平方米，房顶面积约100亿平方米，每年新建建筑20亿平方米，房顶约5亿平方米，建筑用能数量巨大，主要用于夏季空调、冬季取暖和生活用热水，化石能源紧缺，充分利用可再生能源是总体趋势。近年开发的吸收式空调已可将温度大于65℃的热水的能量转换制取温度低于25℃的冷风，用于夏季空调。冬季阳光可以将太阳能集热板内的空气加热到30℃以上作为暖气供应建筑取暖。太阳能是不稳定的，稀薄的能源，每平方米功率上限约1千瓦左右，中国城市居民户均房顶面积约15平方米，农村约100平方米，要利用太阳能实现夏季空调、冬季取暖，必须提供廉价、长寿、高效、易与建筑结合的太阳能集热体，钒钛黑瓷太阳板有可能实现这一目标。但是钒钛黑瓷以提钒尾渣为主要原料，目前钒的需求量和生产量都不大，导致提钒尾渣产出量有一定限度，所以开发以钒钛黑瓷为内外表面层、以常规陶瓷为基体的复合陶瓷中空太阳能集热板，以使提钒尾渣得到更有效的利用，是非常必要的。中国年产陶瓷墙地砖约40亿平方米，其中投影面积大于0.2平方米的瓷质砖约10亿平方米，因此年产数亿平方米外表面或内外表面为钒钛黑瓷，基体为通常陶瓷的复合陶瓷中空太阳能集热板是可能做到的，也是非常需要和必要的。

(三)发明内容

本发明的目的是充分利用有限资源，开发钒钛黑瓷光热转换性能，制造低成本的复合陶瓷中空太阳能集热板，复合陶瓷中空太阳能集热板是以普通陶瓷原料用塑性挤制法挤出成型的陶瓷中空板为基体，以钒钛黑瓷为表面层的陶瓷质的具有进出口的中空板状制品，在阳光照射下，太阳能被钒钛黑瓷吸收、传递并加热空腔内的水、空气或其他流体，使流体升温，流体中的热能可被人们利用，上述集热板单板投影面积大于0.2平方米。

本发明是这样实现的：

以通常陶瓷原料经球磨、滤泥、练泥、陈腐，由真空挤制机挤制方法挤出成型为多孔通孔板，经加工使通孔在两端处互相连通，两端粘接同种材质的堵头和进出口成为陶瓷中空板素坯，素坯经素烧后称作陶瓷中空板坯体，将工业废弃物—提钒尾渣或提钒尾渣与其它陶瓷原料的混合物磨成泥浆，将上述泥浆覆盖在陶瓷中空板素坯或经过素烧的坯体的外表面或内外表面上，将上述覆盖了泥浆的素坯或坯体经干燥、烧成，即得到基体是普通陶瓷，表面层是钒钛黑瓷的复合陶瓷中空太阳能集热板。

上述提钒尾渣是指：钒钛磁铁矿经熔炼得到含钒铁水，含钒铁水经吹炼得到钒渣，钒渣加入辅料进行焙烧，将焙烧料进行湿法浸取提钒，提取钒后所剩余的残渣即为提钒尾渣，以提钒尾渣为全部原料或原料之一制造的黑色陶瓷称作钒钛黑瓷。

上述泥浆是指由单独提钒尾渣磨制而成的泥浆，其中提钒尾渣占100％，细度是100～400目，上述泥浆也可以是提钒尾渣与其它普通陶瓷原料混合后磨制的泥浆，其中提钒尾渣占30～100％(重量)，细度为100～400目。

将泥浆覆盖在陶瓷中空板素坯或经过素烧的坯体外表面上的方法可以采用多种方法，如喷涂、喷淋、浸渍等方法。

将泥浆覆盖在陶瓷中空板素坯或经过素烧的坯体内表面上的方法可以采用以下方法：

1.将泥浆用喷涂、浸渍的方法覆盖在由真空挤制机挤出的多孔通孔板的内、外表面上，然后在两端粘接堵头和进出口形成陶瓷中空板素坯。

2.将泥浆注入陶瓷中空板素坯或素烧的坯体内，保持一段时间后放掉泥浆，使内表面吸附覆盖一层泥浆。

3.将泥浆雾化，使泥浆成为悬浮在气流中的微小颗粒，将雾化后的泥浆随气流注入中空板素坯或坯体内，使内表面覆盖一层泥浆。

通常陶瓷表面层采用陶瓷釉，陶瓷釉是玻璃体，是在陶瓷基体上覆盖的低熔点物质，高温时表面层熔融、流动，形成光滑表面。太阳能吸收层要求表面黑色、粗糙、多孔，以利于保持较高的阳光吸收率，不允许表面层熔融成为玻璃体形成光滑釉面。

复合陶瓷中空太阳能集热板的基体是用普通陶瓷原料制造的陶瓷中空板，表层是黑色、粗糙、布满微小孔洞的钒钛黑瓷，调整陶瓷中空板的配方和原料细度可以使其烧成温度控制在1100～1300℃之间的适当温度，同样调整钒钛黑瓷的配方和原料细度也可使钒钛黑瓷表面层的烧成温度控制在1100～1300℃之间的适当温度，可以使构成表面层的钒钛黑瓷烧结成瓷而不使其熔融、流动成为光滑、反光的釉面。可以将陶瓷中空板与钒钛黑瓷表面层调至相同的烧结温度，使两者一次烧成，也可以先烧制陶瓷中空板然后再在陶瓷中空板表面覆盖钒钛黑瓷泥浆层后再烧制钒钛黑瓷表面层。

钒钛黑瓷是光热转换材料，钒钛黑瓷受热时会发射远红外射线，水是红外敏感物质，红外射线对水的加热效率较高，所以当复合陶瓷中空太阳能集热板采用水为流体时，在中空板内表面覆盖钒钛黑瓷会提高集热体的效率。

在提钒尾渣供不应求的情况下，也可用Co、Ni、Cr、Mn、Fe等第四周期元素化合物代替提钒尾渣用于以普通陶瓷原料制造的以挤出法成型的陶瓷中空板的内外表面层。

(四)附图说明

以下结合附图详细说明本发明的特点：

图1表示以普通陶瓷原料用塑性成型为多孔通孔板1，经加工成为两端通孔相连的通孔板2，两端粘接具有进出口的堵头3成为陶瓷中空板素坯4。

图2表示泥浆5经插入通孔板2的泥浆喷管6将泥浆喷涂覆盖在通孔板2的内表面。

图3表示通孔板2在泥浆槽7中浸渍，使泥浆5覆盖在通孔板2的内外表面上。

图4表示泥浆5或雾化泥浆8从陶瓷中空素坯板的下孔注入，到达上孔使泥浆5覆盖在陶瓷中空素坯板的内表面上。

图中：

1—多孔通孔板 2—两端通孔相连的通孔板 3—具有进出口的堵头 4—陶瓷中空板素坯

5—泥浆       6—泥浆喷管            7—泥浆槽           8—雾化泥浆

(五)具体实施方案

实施例

1.以普通陶瓷原料粘土、石英、长石经粉碎、球磨成为普通陶瓷泥浆，过200目振动筛后用压滤去掉多余水分成为泥饼，经粗练后用真空练泥机挤成泥段进陈腐房陈腐，然后用真空挤制机挤出成型为宽度500毫米，厚度38毫米、中间有12个孔、孔壁厚度5毫米、长度1000毫米的多孔通孔板，去掉多孔通孔板两端的局部间壁，使通孔两端相连，成为孔端头相连的通孔板，此通孔板两端粘接同样材质的具有进出口的堵头，即成为陶瓷中空板素坯。如图1所示，陶瓷中空素坯板干燥后，立放，以提钒尾渣65％，普通陶瓷原料35％(重量)混合后磨成钒钛黑瓷泥浆，过250目筛，将此泥浆或雾化泥浆从下口注入，使液面或雾化泥浆上升至上口如图4所示，然后打开下口放掉，泥浆即覆盖在陶瓷中空板素坯的内表面，干燥后，外表面再喷涂上述钒钛黑瓷泥浆，再次干燥后进窑烧成，烧成温度1190℃，陶瓷中空板和表面的钒钛黑瓷层同时一次烧成成瓷，钒钛黑瓷层在高温烧成时不熔融、不流动、不成为反光的玻璃体，表面层是黑色、粗糙、布满微小孔洞的钒钛黑瓷层，从而成为表面能够高效吸收阳光能量，内表面会发射远红外射线的复合陶瓷中空太阳能集热板。

2.如实施例1所述的方法，钒钛黑瓷泥浆或雾化的泥浆注入经素烧的陶瓷中空板坯体中，其余与例1相同，得到复合陶瓷中空太阳能集热板。

3.如实施例1所述方法制成陶瓷中空素坯板，干燥后先进行素烧，烧成温度1190℃，将纯提钒尾渣磨制成200目泥浆，以实施例1的方法覆盖在经过素烧的坯体表面上，干燥后烧制，烧成温度1130℃，得到复合陶瓷中空太阳能集热板。

4.如实施例1所述方法制成的孔端头相连的通孔板，将12支泥浆喷管同时插入通孔板的12个孔内，进行喷涂，如图2所示，使钒钛黑瓷泥浆覆盖内表面，两端粘接具有进出口的堵头后外表面喷涂钒钛黑瓷泥浆，干燥后烧成，成为复合陶瓷中空太阳能集热板。

5.如实施例1所述方法制成孔端相连的通孔板，干燥后整体在钒钛黑瓷泥浆槽内进行浸渍，使内外表面覆盖泥浆，如图3所示，两端粘接具有进出口的堵头后再对堵头处外表面喷涂钒钛黑瓷泥浆，干燥后烧成，成为复合陶瓷中空太阳能集热板。

6.如实施例1所述方法制成陶瓷中空板素坯，在外表面喷涂钒钛黑瓷泥浆，干燥后烧成。即成为复合陶瓷中空太阳能集热板。

7.如实施例1所述方法制成陶瓷中空板素坯，在外表面喷涂Co、Cr、Ni、Mn、Fe等第四周期元素化合物为5％(重量)其它为普通陶瓷原料的泥浆，干燥后烧成。即成为复合陶瓷中空太阳能集热板。

Claims (9)

1、一种陶瓷太阳能集热板，其特征在于，基体是普通陶瓷，表面层是钒钛黑瓷的复合陶瓷太阳能集热板。

2、一种陶瓷太阳能集热板的制造方法，其特征在于，将提钒尾渣或提钒尾渣与其它陶瓷原料的混合物磨制的泥浆覆盖在普通陶瓷素坯的表面，经干燥、烧制，成为基体是普通陶瓷，表面层是钒钛黑瓷的复合陶瓷太阳能集热板。

3、根据权利要求2所述一种陶瓷太阳能集热板的制造方法，其特征在于，将所述的泥浆覆盖在经过烧制的普通陶瓷素坯的表面，再经过干燥、烧制，成为基体是普通陶瓷，表面层是钒钛黑瓷的复合陶瓷太阳能集热板。

4、根据权利要求2所述一种陶瓷太阳能集热板的制造方法，其特征在于，以普通陶瓷原料经常规加工后用塑性挤制的方法挤出成型多孔通孔板作为素坯，将提钒尾渣或提钒尾渣与其它陶瓷原料的混合物磨制的泥浆覆盖在素坯的表面，经干燥、烧制，成为基体是普通陶瓷，表面层是钒钛黑瓷的复合陶瓷太阳能集热板。

5、根据权利要求1、2、3、4所述的陶瓷太阳能集热板，其特征在于所述的钒钛黑瓷是指：以钒钛磁铁矿为原料制取钒渣，从钒渣中提钒，提取钒后所剩余的残渣即为提钒尾渣，以提钒尾渣为全部原料或原料之一制造的黑色陶瓷称作钒钛黑瓷。

6、一种陶瓷太阳能集热板的制造方法，其特征在于，以普通陶瓷原料经常规加工后用塑性挤制的方法挤出成型多孔通孔板作为素坯，将Co、Cr、Ni、Mn、Fe的化合物与其它陶瓷原料的混合物磨制的泥浆覆盖在素坯的表面，经干燥、烧制，成为基体是普通陶瓷，表面层是黑瓷的复合陶瓷太阳能集热板。

7、根据权利要求1、6所述的陶瓷太阳能集热板，其特征在于，用所述的复合陶瓷太阳能集热板加热水、空气或其他流体。

8、根据权利要求1、6所述的陶瓷太阳能集热板，其特征在于，用所述的复合陶瓷太阳能集热板提供夏季空调、冬季取暖、热水。

9、根据权利要求1、6所述的陶瓷太阳能集热板，其特征在于，用所述的复合陶瓷太阳能集热板建造太阳能房顶。

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