CN113004872A - 一种复合相变储热材料及其制备方法 - Google Patents
一种复合相变储热材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113004872A CN113004872A CN202110241017.6A CN202110241017A CN113004872A CN 113004872 A CN113004872 A CN 113004872A CN 202110241017 A CN202110241017 A CN 202110241017A CN 113004872 A CN113004872 A CN 113004872A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel slag
- potassium carbonate
- heat storage
- modified steel
- storage material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 239000011232 storage material Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 276
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 174
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 172
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 172
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 138
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 31
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 19
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B5/00—Treatment of metallurgical slag ; Artificial stone from molten metallurgical slag
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
本发明属于储热材料领域，涉及一种复合相变储热材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；其中，步骤1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4‑5):(5‑6)；步骤2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4‑6):(6‑4)。本发明通过依次进行烧结改性、压制成型再烧结的工艺步骤，得到化学稳定性优良的改性钢渣，通过调节碳酸钾与改性钢渣的质量比可使所得复合相变储热材料的潜热在91.8‑143.5kJ/kg内变化。
Description
技术领域
本发明属于储热材料领域，涉及一种复合相变储热材料及其制备方法，尤其涉及一种改性钢渣基碳酸钾定型相变复合储热材料及其制备方法。
背景技术
我国钢渣产量大(2018年年产1.1-1.2亿t)，但利用率低(小于30％)，大部分被填埋，造成了环境污染。钢渣多为氧化物组成，成本低，导热性好，适宜作为相变储热材料的载体，如大规模利用在相变储热材料制备中，对提高钢渣利用率，保护生态环境及降低相变储热材料制作成本具有重大意义。
方圆等(2018年，182:21-29“改性钢渣基相变储能型丁苯橡胶的制备及其性能研究”，硅酸盐通报，2018年37(11):3669–3673,3683)利用钢渣对石蜡定型封装制得改性钢渣然后与橡胶复合制得钢渣基相变储能型丁苯橡胶。研究表面，制备得到的钢渣基相变储能丁苯橡胶有优良的储能性能。Zhang等(“Preparation of low-temperature compositephase change materials(C-PCMs)from modified blast furnace slag(MBFS)”，Construction and Building Materials,2020年，238:117717.)制备的复合材料可冷热循环使用100次，具有良好的热稳定性。张浩等(“改性钢渣基相变微粉的制备与性能”，过程工程学报,2017年，17(6):1304–1309.)所得到改性钢渣基相变微粉可使混凝土的水化温度降低5.6℃，具备良好的储热性能。CN102898106A公开了一种高密实蓄热混凝土及其制备方法。由硫铝酸盐水泥、钢渣和玄武岩组成的集料、石墨，矿渣粉、水和减水剂制备而成；经多次试验，通过提高混凝土密度，提升了混凝土的储热密度。
以上研究大多以石蜡为相变储热材料，工作温区低，或者是钢渣直接利用，作为显热储热材料。为了提升钢渣的利用率和相变储热工作温区，需要进一步研究钢渣与中高温熔盐类相变储热材料复合的可能，如碳酸钾。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复合相变储热材料及其制备方法。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种复合相变储热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；
(2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；
(3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；
其中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)；步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)。
本发明的方法中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)，例如为4:6、4.2:5.8、4.5:5.5、4.6:5.4、4.8:5.2或5:5等。在上述范围内可以保证碳酸钾与钢渣中的二氧化硅、氧化钙等组分完全反应。
本发明的方法中，步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)，例如为4:6、4.2:5.8、4.5:5.5、4.7:5.3、5:5、5.2:4.8、5.5:4.5、5.7:4.3或6:4等。在上述范围内有利于提升得到的复合相变储热材料的潜热，潜热可以在91.8-143.5kJ/kg范围内变化。
钢渣可以直接应用作为碳酸钾的基体材料，但是钢渣会与碳酸钾反应，生成蜂窝状气孔，不利于工业应用。
本发明在将钢渣作为基体材料之前，将钢渣与一定比例的碳酸钾混合烧结，碳酸钾加热至熔化状态与钢渣中的二氧化硅、氧化钙等组分进行充分反应，得到了化学性质稳定改性钢渣基体材料。将改性钢渣与一定比例的碳酸钾混合后压制成型再烧结，得到了形貌良好、化学性质稳定、储热密度高的复合相变储热材料，该复合相变储热材料不再与碳酸钾反应，提高了钢渣的利用率，减少钢渣的废弃量。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，步骤(1)和步骤(2)所述碳酸钾在使用之前进行预处理：将碳酸钾进行球磨处理和干燥处理。
优选地，所述碳酸钾经球磨处理后的粒径D50为45-90μm，例如可以是5μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm。若碳酸钾的粒径过大，加热时碳酸钾受热不均匀，不利于熔化后的碳酸钾与钢渣的反应，若碳酸钾的颗粒过小，则加工难度大，加工时间长，不利于提高所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备效率，更优选为45-60μm。
优选地，对碳酸钾进行干燥处理的温度为100-130℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、120℃或130℃，优选为120℃。
优选地，对碳酸钾进行干燥处理的时间为6-12h，例如可以是6h、8h、10h、11h或12h，更优选为10-12h。
优选地，步骤(1)所述钢渣在使用之前进行预处理：将钢渣进行球磨处理和干燥处理。
优选地，所述钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，例如可以是25μm、3μ0m、40μm、50μm、60μm或65μm，若钢渣的粒径过大，比表面积过小，不利于熔化后的碳酸钾与钢渣充分接触反应，若钢渣的颗粒过小，则加工难度大，加工时间长，不利于提高所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备方法的制备效率，更优选为35-50μm。
优选地，对钢渣进行干燥处理的温度为100-130℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、120℃或130℃，更优选为120℃。
优选地，对钢渣进行干燥处理的时间为6-12h，例如可以是6h、8h、10h、11h或12h，更优选为10-12h。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为5:5。
优选地，步骤(1)所述一次烧结的温度为910-960℃，例如可以是910℃、920℃、925℃、930℃、935℃、940℃、950℃或955℃。在此温度范围内，熔化的碳酸钾与钢渣接触反应的效果更佳。
优选地，步骤(1)所述一次烧结的时间为1-5h，例如可以是1、1.5h、2h、3h、3.5h、4h或5h，优选为3-5h。
优选地，步骤(1)所述一次烧结的升温速率为1-20℃/min，例如可以是1℃/min、3℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min、18℃/min、或20℃/min，优选为5-10℃/min。
本发明的方法中，一次烧结改性步骤的设置避免了再烧结过程中碳酸钾与钢渣中的二氧化硅、氧化钙等组分的反应，保证了碳酸钾的有效含量。
优选地，步骤(1)之后步骤(2)之前，对改性钢渣进行球磨处理和干燥处理。
优选地，所述改性钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，例如可以是25μm、30μm、40μm、50μm、60μm或65μm，若改性钢渣的粒径过大，比表面积过小，不利于改性钢渣吸附熔融的碳酸钾，若改性钢渣的颗粒过小，则加工难度大，加工时间长，不利于提高所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备方法的制备效率，更优选为35-50μm。
优选地，对改性钢渣干燥处理的温度为100-130℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、120℃或130℃。
优选地，对改性钢渣进行干燥处理的时间为6-12h，例如可以是6h、8h、10h、11h或12h。
作为本发明所述方法的另一优选技术方案，步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为4:6。
优选地，步骤(2)所述压制成型的压力为15-25MPa，例如可以是15MPa、16MPa、17MPa、18MPa、20MPa、22MPa、23MPa或25MPa等。优选在此范围内，有利于保证坯体材料一定的密实度的同时避免因成型压力过大导致坯体材料破碎。
优选地，步骤(2)所述压制成型的时间为1-3min，例如可以是1min、1.5min、2min、2.5min或3min。
优选地，步骤(2)所述压制成型后得到的坯体为圆柱。
优选地，所述圆柱的直径为10-50mm，例如可以是10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm，优选为15-30mm；
优选地，所述圆柱的厚度为2-4mm，例如可以是2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm，优选为2mm。
直径大、厚度小的圆柱的比表面积大，对比表面积大的圆柱进行烧结时，圆柱中的碳酸钾与改性钢渣受热均匀，碳酸钾与改性钢渣结合更加紧密，制备得到的改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料成型度良好，不会出现破裂现象。
作为本发明所述方法的又一优选技术方案，步骤(3)所述二次烧结的温度为930-960℃，例如可以是930℃、935℃、940℃、945℃、950℃、955℃或960℃等。碳酸钾在此温度范围内能够充分迅速熔化，渗入改性钢渣中的孔隙形成紧密的复合结构。
优选地，步骤(3)所述二次烧结的时间为60-180min，例如可以是60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min或180min，优选为90-150min。
优选地，步骤(3)所述二次烧结的升温速率为1-20℃/min，例如可以是1℃/min、3℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min、18℃/min、或20℃/min，优选为5-10℃/min。
作为本发明所述方法的进一步优选技术方案，所述方法包括以下步骤：
(a)100-130℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为20-65μm的碳酸钾，干燥处理时间为6-12h，得到处理后的碳酸钾，备用；
100-130℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为45-95μm的钢渣，干燥处理时间为6-12h，得到处理后的钢渣，备用；
(b)将处理后的碳酸钾与处理后钢渣以质量比(4-5):(5-6)混合均匀；
(c)以1-20℃/min的升温速率升温至煅烧温度910-960℃，并在煅烧温度下烧结步骤(b)的混料1-5h，球磨至粒径D50为20-65μm，得到改性钢渣，100-130℃干燥处理6-2h；
(d)将处理后的碳酸钾与步骤(c)干燥处理后的改性钢渣以质量比(4-6):(6-4)混合均匀，得到改性钢渣/碳酸钾混料；
(e)在15-25MPa的压力下压制步骤(d)所得改性钢渣/碳酸钾混料1-3min，得到直径为10-50mm，厚度为2-4mm的圆柱形定型钢渣；
(f)以1-20℃/min的升温速率升温至930-960℃，再次烧结步骤(d)所得圆柱形定型钢渣60-180min，得到复合相变储热材料，具体是一种改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料。
第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述方法制备得到的复合相变储热材料。
优选地，所述复合相变储热材料中包括钢渣和碳酸钾。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的方法通过依次进行烧结改性、压制成型再烧结的工艺步骤，制备得到的改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的碳酸钾含量高，成型度良好，未出现开裂破碎现象，通过调节碳酸钾与改性钢渣的质量比可使所得复合相变储热材料的潜热在91.8-143.5kJ/kg内变化。
附图说明
图1为实施例1提供的改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备流程图；
图2为实施例1提供的改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料样品图；
图3为实施例1-5与对比例2提供的改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的储热性能(DCS)测试图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备方法(制备流程图参见图1)，所述方法包括如下步骤：
(a)120℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为50μm的碳酸钾10h；
120℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为50μm的钢渣10h；
并将经处理后碳酸钾与经处理后的钢渣以质量比5:5混合均匀，得到碳酸钾/钢渣混料；
(b)以5℃/min的升温速率升温至950℃，并在950℃下烧结改性步骤(a)所述碳酸钾/钢渣混料5h，球磨至粒径D50为50μm，得到改性钢渣；
(c)120℃干燥处理经球磨处理后的改性钢渣6h，并将经处理后的碳酸钾与经处理后的改性钢渣以质量比4:6混合均匀，得到碳酸钾/改性钢渣混料；
(d)20MPa下压制步骤(c)所述碳酸钾/改性钢渣混料2min，得到直径为15mm，厚度为2.5mm的圆柱形定型改性钢渣/碳酸钾坯体；
(e)以5℃/min的升温速率升温950℃，再次烧结步骤(d)所得圆柱形定型钢渣90min，得到所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料及其DCS测试图如图2、图3，由图2可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的成型度良好，表面没有破裂现象，由图3可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料潜热值为91.8kJ/kg。
实施例2
与实施例1的区别在于，步骤(c)经处理后的碳酸钾与经处理后的改性钢渣的质量比调整为5:5。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的成型度良好，表面没有破裂现象，由DCS测试可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料潜热值为117.0kJ/kg。
实施例3
与实施例1的区别在于，步骤(c)经处理后的碳酸钾与经处理后的改性钢渣的质量比调整为6:4。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的成型度良好，表面没有破裂现象，由DCS测试可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料储热密度为143.5kJ/kg。
实施例4
本实施例提供了一种改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(a)100℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为50μm的碳酸钾8h；
120℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为40μm的钢渣6h；
并将经处理后碳酸钾与经处理后的钢渣以质量比4.5:5.5混合均匀，得到碳酸钾/钢渣混料；
(b)以6℃/min的升温速率升温至940℃，并在940℃下烧结改性步骤(a)所述碳酸钾/钢渣混料4h，球磨至粒径D50为40μm，得到改性钢渣；
(c)110℃干燥处理经球磨处理后的改性钢渣5h，并将经处理后的碳酸钾与经处理后的改性钢渣以质量比5:5混合均匀，得到碳酸钾/改性钢渣混料；
(d)16MPa下压制步骤(c)所述碳酸钾/改性钢渣混料3min，得到直径为20mm，厚度为3mm的圆柱形定型改性钢渣/碳酸钾坯体；
(e)以5℃/min的升温速率升温945℃，再次烧结步骤(d)所得圆柱形定型钢渣120min，得到所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的成型度良好，表面没有破裂现象，由DCS测试可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料储热密度为102.5kJ/kg。
实施例5
本实施例提供了一种改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(a)110℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为35μm的碳酸钾7h；
110℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为35μm的钢渣8h；
并将经处理后碳酸钾与经处理后的钢渣以质量比4:6混合均匀，得到碳酸钾/钢渣混料；
(b)以10℃/min的升温速率升温至935℃，并在935℃下烧结改性步骤(a)所述碳酸钾/钢渣混料5h，球磨至粒径D50为35μm，得到改性钢渣；
(c)110℃干燥处理经球磨处理后的改性钢渣6h，并将经处理后的碳酸钾与经处理后的改性钢渣以质量比4.5:5.5混合均匀，得到碳酸钾/改性钢渣混料；
(d)18MPa下压制步骤(c)所述碳酸钾/改性钢渣混料3min，得到直径为30mm，厚度为2.5mm的圆柱形定型改性钢渣/碳酸钾坯体；
(e)以10℃/min的升温速率升温950℃，再次烧结步骤(d)所得圆柱形定型钢渣110min，得到所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的成型度良好，表面没有破裂现象，由DCS测试可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料储热密度为77.1kJ/kg。
对比例1
与实施例1的区别在于，步骤(c)经处理后的碳酸钾与经处理后的改性钢渣的质量比调整为7:3。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的出现严重变形泄露无法使用。
对比例2
与实施例1的区别在于，步骤(a)将经处理后碳酸钾与经处理后的钢渣以质量比3:7混合均匀。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料体积膨胀，轻微破裂，由DCS测试可知，所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料储热密度为65.4kJ/kg，低于实施例的91.8kJ/kg，这是由于一次烧结时碳酸钾与钢渣的比例过低，得到的改性钢渣中仍残留部分能够与碳酸钾反应的二氧化硅、氧化钙等组分，因此在二次烧结时部分碳酸钾会与改性钢渣再反应，生成二氧化碳造成复合相变储热材料体积膨胀，碳酸钾含量过低，不适宜使用。
对比例3
与实施例1的区别在于，步骤(a)将经处理后碳酸钾与经处理后的钢渣以质量比7:3混合均匀。
所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的出现变形泄露，无法使用。这是由于碳酸钾的含量过高，基体材料无法通过毛细作用吸附熔融状态碳酸钾。
由实施例1-3所得储热材料的潜热值以及定型情况可知，当步骤(c)碳酸钾与改性钢渣的质量比为在6:4以下时，制备得到的改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的成型度良好，表面没有破裂现象，通过调节碳酸钾与改性钢渣的质量比可使所得改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的潜热在91.8-143.5kJ/kg内变化。
由实施例1与对比例1对比可知，步骤(c)碳酸钾与改性钢渣质量比为7:3时，出现严重变形泄露现象无法实际应用。
由实施例1-5与对比例2-3对比可知，步骤(a)使用的碳酸钾含量过低，会导致二次烧结时部分碳酸钾与改性钢渣再反应，不适宜使用；步骤(a)使用的碳酸钾含量过高会导致出现变形泄露现象无法实际应用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；
(2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；
(3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；
其中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)；步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)所述碳酸钾在使用之前进行预处理：将碳酸钾进行球磨处理和干燥处理；
优选地，所述碳酸钾经球磨处理后的粒径D50为45-90μm，优选为45-60μm；
优选地，对碳酸钾进行干燥处理的温度为100-130℃，优选为120℃；
优选地，对碳酸钾进行干燥处理的时间为6-12h，优选为10-12h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述钢渣在使用之前进行预处理：将钢渣进行球磨处理和干燥处理；
优选地，所述钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，优选为35-50μm；
优选地，对钢渣进行干燥处理的温度为100-130℃，优选为120℃；
优选地，对钢渣进行干燥处理的时间为6-12h，优选为10-12h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为5:5。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述一次烧结的温度为910-960℃；
优选地，步骤(1)所述一次烧结的时间为1-5h，优选为3-5h；
优选地，步骤(1)所述一次烧结的升温速率为1-20℃/min，优选为5-10℃/min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)之后步骤(2)之前，对改性钢渣进行球磨处理和干燥处理；
优选地，所述改性钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，优选为35-50μm；
优选地，对改性钢渣干燥处理的温度为100-130℃；
优选地，对改性钢渣进行干燥处理的时间为6-12h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为4:6；
优选地，步骤(2)所述压制成型的压力为15-25MPa；
优选地，步骤(2)所述压制成型的时间为1-3min；
优选地，步骤(2)所述压制成型后得到的坯体为圆柱；
优选地，所述圆柱的直径为10-50mm，优选为15-30mm；
优选地，所述圆柱的厚度为2-4mm，优选为2mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述二次烧结的温度为930-960℃；
优选地，步骤(3)所述二次烧结的时间为60-180min，优选为90-150min；
优选地，步骤(3)所述二次烧结的升温速率为1-20℃/min，优选为5-10℃/min。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)100-130℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为45-90μm的碳酸钾，干燥处理时间为6-12h，得到处理后的碳酸钾，备用；
100-130℃干燥处理经球磨处理至粒径D50为20-65μm的钢渣，干燥处理时间为6-12h，得到处理后的钢渣，备用；
(b)将处理后的碳酸钾与处理后钢渣以质量比(4-5):(5-6)混合均匀；
(c)以1-20℃/min的升温速率升温至煅烧温度910-960℃，并在煅烧温度下烧结步骤(b)的混料1-5h，球磨至粒径D50为20-65μm，得到改性钢渣，100-130℃干燥处理6-2h；
(d)将处理后的碳酸钾与步骤(c)干燥处理后的改性钢渣以质量比(4-6):(6-4)混合均匀，得到改性钢渣/碳酸钾混料；
(e)在15-25MPa的压力下压制步骤(d)所得改性钢渣/碳酸钾混料1-3min，得到直径为10-50mm，厚度为2-4mm的圆柱形定型钢渣；
(f)以1-20℃/min的升温速率升温至930-960℃，再次烧结步骤(d)所得圆柱形定型钢渣60-180min，得到复合相变储热材料。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述方法制备得到的复合相变储热材料，其特征在于，所述复合相变储热材料中包括钢渣和碳酸钾。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110241017.6A CN113004872B (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 一种复合相变储热材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110241017.6A CN113004872B (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 一种复合相变储热材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113004872A true CN113004872A (zh) | 2021-06-22 |
| CN113004872B CN113004872B (zh) | 2022-08-05 |
Family
ID=76405492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110241017.6A Active CN113004872B (zh) | 2021-03-04 | 2021-03-04 | 一种复合相变储热材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113004872B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115073136A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-20 | 武汉理工大学 | 一种高钢渣掺量的吸储热一体陶瓷及其制备方法 |
| CN115418193A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-12-02 | 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 | 一种硅铝废渣-凝灰岩基中高温定形相变材料制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102888209A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-23 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种中高温复合结构储热材料、制备方法及其用途 |
| CN104119838A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-29 | 济南大学 | 一种相变储能基元及其制备方法 |
| CN107573547A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-12 | 安徽工业大学 | 一种具有相变调温性能的钢渣‑纤维复合橡胶填料及其制备方法 |
| CN109777369A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-21 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种两段式微封装复合储热材料及其制备方法与用途 |
| CN110295028A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-10-01 | 华北电力大学 | 一种高温定型相变储热材料及其制备方法 |
| CN110358506A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-10-22 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法 |
| CN112322257A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-05 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种改性钢渣、其制备方法和储热材料 |
-
2021
- 2021-03-04 CN CN202110241017.6A patent/CN113004872B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102888209A (zh) * | 2012-09-21 | 2013-01-23 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种中高温复合结构储热材料、制备方法及其用途 |
| CN104119838A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-29 | 济南大学 | 一种相变储能基元及其制备方法 |
| CN107573547A (zh) * | 2017-09-19 | 2018-01-12 | 安徽工业大学 | 一种具有相变调温性能的钢渣‑纤维复合橡胶填料及其制备方法 |
| CN109777369A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-21 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种两段式微封装复合储热材料及其制备方法与用途 |
| CN110295028A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-10-01 | 华北电力大学 | 一种高温定型相变储热材料及其制备方法 |
| CN110358506A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-10-22 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种利用垃圾焚烧飞灰制备储热材料的方法 |
| CN112322257A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-05 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种改性钢渣、其制备方法和储热材料 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 廖正环: "《公路工程新材料及其应用指南》", 30 September 2004 * |
| 程新: "《新型胶凝材料》", 31 October 2018, 中国建材工业出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115073136A (zh) * | 2022-06-10 | 2022-09-20 | 武汉理工大学 | 一种高钢渣掺量的吸储热一体陶瓷及其制备方法 |
| CN115418193A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-12-02 | 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 | 一种硅铝废渣-凝灰岩基中高温定形相变材料制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113004872B (zh) | 2022-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112322257B (zh) | 一种改性钢渣、其制备方法和储热材料 | |
| CN104828824B (zh) | 一种电石渣与焦粉共成型制备电石的方法 | |
| CN113004872B (zh) | 一种复合相变储热材料及其制备方法 | |
| CN114538850B (zh) | 一种基于生物炭内碳化的固废基轻骨料及其制备方法 | |
| CN109534849A (zh) | 一种利用黄金尾矿制备发泡陶瓷保温板的方法 | |
| KR101366293B1 (ko) | 고로슬래그 및 바텀애시로 구성되는 무시멘트 결합재를 포함하는 콘크리트 조성물, 이를 이용한 침목 및 그 제조방법 | |
| CN107500580B (zh) | 一种通过制备地质聚合物实现污泥焚烧残渣中重金属高效固定的方法 | |
| CN111116210A (zh) | 一种利用生物煤生态烧结弃土制备轻质陶粒的方法 | |
| CN107721456B (zh) | 一种防锈蚀铁矿石尾矿陶粒及制备方法 | |
| CN114315188B (zh) | 一种用于垃圾焚烧底灰处理的碱激发胶凝材料制备工艺 | |
| CN113292355A (zh) | 一种利用污水处理厂污泥制备陶粒的方法 | |
| CN112679179A (zh) | 一种含工业钙渣的碳化砖及其制备方法 | |
| CN105819447A (zh) | 一种高热强度CaO含碳球团及其制备方法和用途 | |
| CN115259784A (zh) | 一种基于钢渣硫化碳化协同制备水泥基建筑材料的方法 | |
| CN111253130A (zh) | 一种高强耐热自修复混凝土及其制备方法 | |
| CN110790554A (zh) | 一种以细磨钢渣和钢渣颗粒为原料制备砖的方法 | |
| CN114716193B (zh) | 一种再生渣土砖的制备方法 | |
| CN101314539B (zh) | 免烧耐腐蚀面砖及其制备方法 | |
| CN106086401A (zh) | 一种将无机聚合物应用于铁矿粉造块工艺中的方法 | |
| WO2018137597A1 (zh) | 利用垃圾渗滤液制备型煤粘结剂及其生产工业型煤的方法 | |
| CN112341025B (zh) | 一种再生微粉掺合料及其制备方法和其作水泥替代物的应用 | |
| CN110981317B (zh) | 一种含钒钢渣资源化增值利用制备生态建材砖的方法 | |
| CN108455887B (zh) | 利用闷渣法协同赤泥制备固废基地质聚合物的方法 | |
| CN113831108A (zh) | 一种利用机制砂污泥制备轻质陶粒的方法 | |
| CN108249411B (zh) | 一种磷矿粉或碎磷矿粘结剂制备方法及型矿生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |