[发明专利]一种利用电解锰渣制备红外辐射基料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料的制备方法，更具体地涉及一种利用电解锰渣制备高发射率节能基料的方法。

背景材料

锰是重要的工业生产原料，素有无锰不成钢之说，主要作为炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂。随着现代工业的发展，锰的用途越来越广，锰及锰合金已经应用在有色冶金、电子技术、化学工业、食品卫生、航天工业等各个领域，是国民经济中重要的基础物资。经过近半个世纪的发展，目前我国已成为全球最大的电解锰生产国、消费国、出口国。

由于矿石品位的逐年贫化，杂质含量高，加上生产工艺的制约，电解锰工业每年产出并堆积大量废渣，制约着电解锰工业的健康发展，同时又危害着生态环境与周边居民的身体健康，电解锰废渣的处理和资源化利用问题就越发突出。

锰渣中含有的SiO₂、Al₂O₃、MnO₂等一些过渡金属氧化物是锰系高发射率涂料的主要成分，利用锰渣制备辐射基料试图为锰渣的再利用，探索新的具有高附加值的锰渣资源化利用清洁生产技术，以解决锰渣污染和资源化利用等问题，保证电解锰企业的健康发展，具有重要的社会、环境和经济意义。

目前工业炉上为改善炉内的辐射传热，达到提高热效率、节能、增产与提高产品质量目的，红外辐射节能涂料已实现广泛应用。红外辐射涂料主要由发射基料与载体粘结剂组成，其中研究更多的辐射基料主要由过渡金属氧化物经高温合成的一种具有尖晶石结构的结晶物相。

红外辐射涂料是指在红外波段具有高辐射率或特征辐射率的材料，由辐射粉体基料和载体粘结剂组成，辐射粉体基料用于提供高辐射性能，载体粘结剂可以使涂料牢固地粘结在基体表面。随着红外材料技术的不断发展，人们发现了很多红外光谱发射率较高的物质，并以这些物质为基料研制出了多种红外辐射涂料，以改善物体表面的辐射特性，达到强化辐射传热的目的。

早期的红外辐射涂料主要以碳化硅、氧化锆、锆英砂等单质或化合物为辐射成分，以简单的无机盐为粘结剂。现在红外辐射涂料的辐射成分是由多种物质或化合物通过特殊的材料复合工艺复合而成的，其粘结剂也由单一物质转化为多种微粉、溶胶及化学粘结剂组成的复合溶体。

目前，红外辐射涂料的粉体基料主要是金属氧化物的复合物和碳化物，主要有Cr₂O₃、TiO₂、ZrO₂、Fe₂O₃、MnO₂、NiO、CoO、CuO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、La₂O₃、CeO和SiC等。对于低温干燥炉窑使用的红外辐射涂料，常用的粘结剂为水玻璃和磷酸盐水溶液；对于中高温红外辐射涂料的粘结剂，常用的为多种微粉或溶胶，一般为SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃微粉或溶胶。

根据红外辐射涂料的成分不同，可分为如下几个类别：

氧化铁-氧化镁系、氧化铁-氧化锰系、氧化铝-氧化硅系、氧化锆系、氧化钴系、氧化铬系、堇青石系、碳化硅系、锆英砂系等。

红外辐射节能涂料的辐射机理

一般材料都是由多原子组成的大分子结构的物质。多原子分子在振动时，只有振动过程中能改变分子的对称性而使偶极矩发生变化的振动方式，才能吸收或产生红外辐射，振动过程中偶极矩变化越大，相应的吸收带或辐射带越强。组成分子的原子电负性相差越大，振动过程中的偶极矩变化也就越大，红外吸收带就越强。振动粒子的电荷越多，偶极矩的变化越大，红外辐射就越强。由于偶极矩和晶体结构中存在的杂质及缺陷直接有关，故可通过控制晶体结构加入外来离子等措施来提高材料的红外辐射性能。刘晓芳等人通过X射线衍射、红外光谱测试、核磁共振和光电子能谱分析发现过渡氧化物固溶堇青石系红外辐射涂料仍保持着堇青石结构。但是，过渡金属离子Zn²⁺、Ti⁴⁺的固溶作用，引起堇青石中Al、Si等元素的化学环境发生变化，造成了晶格畸变，降低了晶格振动的对称性从而使材料的红外辐射性能提高。从而说明外来离子的固溶使晶体振动的对称性降低，偶极矩相应发生变化，影响着红外节能涂料的辐射。