CN101823871A - 一种低成本红外辐射涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本红外辐射涂料的制备方法，属无机金属氧化物涂料制造工艺技术领域。本方法是：首次利用钒铁矿提纯五氧化二钒后的废渣、硅铁合金产生的副产品SiO₂超细微粉以及工业纯Cr₂O₃、MnO₂为原料，其配方为：钒铁矿提纯五氧化二钒后的废渣36～55％，Cr₂O₃5～15％，MnO₂4～12％，SiO₂超细微粉36～52％，将此配合料放于球磨机内混合、研磨后，送入烧结炉中于1000～1200℃下烧结，再经球磨，制得基体粉料；在上述基体粉料中加入事先配制好的涂料粘结剂，粘结剂是由Mg(OH)₂、H₃PO₄及水配制成，经水浴加热反应而得；基体粉料与粘结剂的重量配比为4∶6，经搅拌均匀后，最终制得具有高红外辐射率的涂料。本发明方法制得的红外辐射涂料，用钒铁矿提纯V₂O₅后的废渣可以代替涂料中全部的Fe₂O₃成分，部分MnO₂、SiO₂成分，可降低原料成本20～30％。

Description

一种低成本红外辐射涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种低成本红外辐射涂料的制备方法，属无机金属氧化物涂料制造工艺技术领域。

背景技术

红外辐射涂料作为工业炉等热加工设备上的一种节能新材料，不仅可以获得节能的效果，而且能对炉衬材料起到良好的保护作用，延长工业炉使用寿命，减轻窑炉维护工作量。此外，强化炉内辐射传热，改善加热均匀性，提高炉子热效率及产品加热质量。

国际上，发达国家对红外辐射涂料及其在工业炉上的应用进行了大量的研究。例如，在日本的石油加工行业中，已有许多企业在石油加热炉上使用了红外辐射涂料，使加热炉热效率提高了2～4％；美国某公司生产的红外辐射涂料在工业炉上使用，可节能10～30％，同时红外辐射涂料对炉衬材料还有保护作用，可延长耐火材料使用寿命1～4倍。对于红外辐射涂料的研究，目前国外性能较好的红外辐射涂料的原材料采用辐射率较高的含氧化合物、氮化物、碳化物或硼化物的多元体系。相比之下，由于氧化物价格相对较低，在氧化性气氛中稳定性好而倍受青睐。例如，英国某公司生产的ET-4系列红外辐射节能涂料采用SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃，日本某公司采用了CoO、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Mo₂O₃、SiO₂作为主要原料。

在我国也有文献报道在工业炉窑上应用红外辐射涂料的实际节能效果。红外辐射涂料在工业炉上应用时，开始仅限于小于600℃的电阻炉，后来发展至应用于高温工业加热炉上。在20世纪80年代末，红外辐射涂料已在我国一些石油化工行业和钢铁行业中应用，并取得一定效果。因此，在国内外，红外辐射涂料起到的节能效果已经得到普遍的共识。

在研制红外辐射涂料时，提高其各波长范围的红外辐射率是研制红外辐射材料的关键。目前，普遍采用吸收指数和折射系数小的物质进行复合，这些物质本身具有较大的红外辐射率，通过合理的成分配比，使红外辐射涂料在整个红外热辐射波长区域内均有很高的辐射性能。在红外辐射涂料的生产过程中，首先使用较纯的化工原料进行合理配比，再经过混合，磨细，高温合成，最后制备成涂料。然而，原材料中多数红外辐射率较高的化合物，如CoO、Cr₂O₃、Fe₂O₃、MnO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃等，价格较高，尤其是氮化物、碳化物或硼化物的价格更高。较高的原材料成本，必然造成最终红外辐射涂料产品的价格很高。对于使用红外辐射涂料的用户来说，虽然通过节能降低了能源成本，但是购买红外辐射涂料又增加生产成本。这样，必然制约了红外辐射涂料的推广应用。

在冶金生产过程中会产生大量的固体废弃物，例如：钒铁矿提纯五氧化二钒的过程中产生的固体废弃物中含有丰富的Fe₂O₃、SiO₂、MnO₂V₂O₅等，都是辐射率很高的氧化物，而且仅我国辽宁省每年这种固体废弃物的产量就达到1万吨的以上的水平，长期堆放，没有合理有效地利用。此外，硅铁合金厂生产过程中产生的副产品——SiO₂超细微粉，SiO₂含量在90％以上，而且粒度在纳米至亚微米范围。以这些固体废弃物或副产品为主要原料，通过加入其它化工原料，合理配料，可以制备出高红外辐射率的节能涂料，并且大大降低红外辐射涂料的原料成本，有利于促进红外辐射涂料的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本高红外辐射率涂料的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

本发明的一种低成本红外辐射涂料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

a.设定涂料的氧化物原料的组成及其重量百分配比，其配方如下：

钒铁矿提纯V₂O₅后的废渣    36～55％，

工业纯Cr₂O₃               5～15％，

工业纯MnO₂                4～12％，

SiO₂超细微粉              36～52％，

其中钒铁矿提纯五氧化二钒后的废渣的化学成分及其重量百分含量如下：

Fe₂O₃                55～60％，

V₂O₅                 0.5～3％，

Al₂O₃                0.5～5％，

MnO₂                 7～10％，

SiO₂                 11～15％，

其他氧化物及杂质余量 0.5～19％，

SiO₂超细微粉来自硅铁合金厂生产过程中产生的副产品，SiO₂超细微粉的化学成分及其量百分含量如下：

SiO₂                 85～95％，

Fe₂O₃                0.5～3％，

MgO                  0.5～3％，

其他氧化物及杂质余量 0.5～9％，

超细微粉粒度范围为   100～450nm；

b.配制涂料粘结剂：涂料粘结剂的化学成分及其重量百分配比如下：

Mg(OH)₂    23～8％，

H₃PO₄     7～15％，

水        70～90％；

以上各成分含量之和为100％。

外加3％的聚乙二醇3000，作为分散剂。

先按照比例缓慢将H₃PO₄加入盛适量水的容器中，搅拌均匀。容器在水浴中加热至80～100℃。随后按照比例加入Mg(OH)₂，通过搅拌使其分散均匀，直至反应完全，生成透明溶液，然后冷却至室温，备用；

c.制备涂料的基体粉料：按步骤a中涂料的氧化物原料的配方进行配料；配合料放置于球磨机内进行混合、研磨，粉料磨至300目筛余0.5wt％以下，送入烧结炉进行烧结，烧结温度为1000～1200℃，烧结时间2～5小时，然后在空气中冷却至室温，再放置于球磨机内进行球磨，粉料研磨至400目筛余0.5wt％以下，制成备用的基体粉料；

d.制备节能涂料：在上述的基体粉料中加入事先制备好的涂料粘结剂，基体粉料与粘结剂的重量配比为4∶6，随后放入机械搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为30～60分钟，最终制成具有高红外辐射率的涂料。

本发明方法是采用了钒铁矿提纯V₂O₅后产生的固体废弃物作为主要成分制备红外辐射涂料，起到了固体废弃物高效综合利用的效果，节约了固体废弃物的堆放场地，对环境保护也起到一定作用。同时，用硅铁合金厂生产过程中产生的副产品——SiO₂超细微粉代替SiO₂纳米粉体原料，有利于与其它原料的充分分散混合，提高涂料的流动性，还可以进一步降低红外辐射涂料的原料成本。钒铁矿提纯V₂O₅后的废渣可以代替涂料中全部的Fe₂O₃成分，1～3％左右的MnO₂成分，4～8％左右的SiO₂成分，可降低原料成本20～30％。

本发明方法制得的红外辐射节能涂料，其室温全波长积分发射率为0.88～0.96，各个波长范围法向比辐射率均达到0.88以上。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例的制备过程和步骤如下：

(1)设定涂料氧化物原料的组成及其重量百分配比，其配方如下：

钒铁矿提纯V₂O₅后的废渣    46％；

工业纯Cr₂O₃               10％；

工业纯MnO₂        6％；

SiO₂超细微粉      38％；

其中，钒铁矿提纯五氧化二钒后的废渣的化学成分及其重量百分含量如下：

Fe₂O₃                56％；

V₂O₅                 2.8％；

Al₂O₃                4.6％；

MnO₂                 7.5％；

SiO₂                 12％；

其他氧化物及杂质余量 17.1％；

SiO₂超细微粉的化学成分及重量百分含量为：

SiO₂                  87.6％；

Fe₂O₃                 1.32％；

MgO                   2.11％；

其他氧化物及杂质余量  8.97％；

微粉的平均粒径为233nm，微粉粒度的分布范围为130～415nm。

(2)配制涂料粘结剂：涂料粘结剂的化学成分及其重量百分配比如下：

Mg(OH)₂            5.8％；

H₃PO₄              9.7％；

水                 81.5％；

外加3％的聚乙二醇3000，作为分散剂。

先按照比例缓慢将H₃PO₄加入盛适量水的容器中，搅拌均匀。容器在水浴中加热至80～100℃。随后按照比例加入Mg(OH)₂，通过搅拌使其分散均匀，直至反应完全，生成透明溶液，然后冷却至室温，备用；

(3)制备涂料的基体粉料：按步骤(1)中涂料的氧化物原料的配方进行配料；配合料放置于球磨机内进行混合、研磨，粉料磨至300目以下，送入烧结炉进行烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间3小时，然后在空气中冷却至室温，再放置于球磨机内进行球磨，粉料研磨至400目以下，制成备用的基体粉料；

(4)制备节能涂料：在上述的基体粉料中加入事先制备好的涂料粘结剂，基体粉料与粘结剂的重量配比为4∶6，随后放入机械搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为45分钟，最终制成具有高红外辐射率的涂料。

本实施例制备的样品经性能测试分析，其室温全波长积分发射率为0.90，各个波长范围法向比辐射率均大于等于0.90。

Claims (1)

1.一种低成本红外辐射涂料的制备方法，其特征在于具有以下的工艺过程和步骤：

1)设定涂料的氧化物原料的组成及其重量百分配比，其配方如下：

钒铁矿提纯V₂O₅后的废渣 36～55％，

工业纯Cr₂O₃            5～15％，

工业纯MnO₂             4～12％，

SiO₂超细微粉           36～52％，

其中钒铁矿提纯五氧化二钒后的废渣的化学成分及其重量百分含量如下：

Fe₂O₃                    55～60％，

V₂O₅                     0.5～3％，

Al₂O₃                    0.5～5％，

MnO₂                     7～10％，

SiO₂                     11～15％，

其他氧化物及杂质余量     0.5～19％，

SiO₂超细微粉来自硅铁合金厂生产过程中产生的副产品，SiO₂超细微粉的化学成分及其量百分含量如下：

SiO₂                    85～95％，

Fe₂O₃                   0.5～3％，

MgO                     0.5～3％，

其他氧化物及杂质余量    0.5～9％，

超细微粉粒度范围为      100～450nm；

2)配制涂料粘结剂：涂料粘结剂的化学成分及其重量百分配比如下：

Mg(OH)₂       3～8％，

H₃PO₄         7～15％，

水            70～90％；

以上各成分含量之和为100％；

外加3％的聚乙二醇3000，作为分散剂；

先按照比例缓慢将H₃PO₄加入盛适量水的容器中，搅拌均匀；容器在水浴中加热至80～100℃；随后按照比例加入Mg(OH)₂，通过搅拌使其分散均匀，直至反应完全，生成透明溶液，然后冷却至室温，备用；

3)制备涂料的基体粉料：按步骤1)中涂料的氧化物原料的配方进行配料；配合料放置于球磨机内进行混合、研磨，粉料磨至300目以下，送入烧结炉进行烧结，烧结温度为1000～1200℃，烧结时间2～5小时，然后在空气中冷却至室温，再放置于球磨机内进行球磨，粉料研磨至400目以下，制成备用的基体粉料；

4)制备节能涂料：在上述的基体粉料中加入事先制备好的涂料粘结剂，基体粉料与粘结剂的重量配比为4∶6，随后放入机械搅拌机中进行搅拌，搅拌时间为30～60分钟，最终制成具有高红外辐射率的涂料。