[发明专利]一种锆酸铁钡蓄热材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种锆酸铁钡蓄热材料、制备方法及其应用，该蓄热材料主要由锆酸钡和硅酸铁组成；该蓄热材料以锆英石砂、轧钢铁皮(铁鳞)为原料，添加铅锌尾矿中精选的重晶石为增重原料，通过配料、化学组成、矿物组成和烧成温度、气氛的控制，制备出导热性能好、体积密度大、蓄热量大、软化温度高、表面致密瓷化抗侵蚀性能优良的换热材料。一种蓄热材料的制备方法包括以下步骤：步骤一、原料的选取及化学、矿物组成控制；步骤二、蓄热材料的配料计算；步骤三、蓄热材料成型坯料制备、成型；步骤四、干燥和烧成。高导热高蓄热材料的制备方法简单，蓄热量大、换热快、热风温度高、使用寿命长，生产成本低。可综合利用工业废渣，环保效果显著。

技术领域

本发明属于高温结构材料行业，是热工设备中用于高温烟气热能回收换热装置中使用的一种锆酸铁钡蓄热材料、制备方法及其应用。

背景技术

蓄热式换热器在很多工业过程中都有应用，燃烧中助燃空气的预热就是一个典型的应用领域，例如：焦炉、玻璃熔窑、热风炉等。蓄热式换热器的原理是利用燃烧后排放烟气中的热能，用于预热助燃空气，从而达到燃烧低品位燃料、提高燃烧过程的热效率、实现更高的燃烧反应温度等目的。

蓄热式换热器通过多通道高温结构材料的短暂能量储存，将热量从一种流体传递给另外一种流体。首先，在习惯上称为加热周期的时间内，下部被预热气体进气阀关闭，热气流从蓄热式换热器中的蓄热材料上部的不同通道流过，热量从气流传递到蓄热材料，气流温度降低，蓄热材料温度升高，温度降低的热气流从蓄热式换热器下部进入烟道排放。加热周期结束时，蓄热式换热器上部热气流进气阀关闭，下部被预热气体进气阀打开，气体流动方向进行切换，冷流体(助燃空气)流经蓄热体。在冷却周期，流体从蓄热式换热器的蓄热材料吸收热量，供燃烧的助燃空气被加热。因此，对于常规的流向变换，蓄热体内的蓄热材料交替性的与冷热流体进行换热。重复上述过程，有两套并列设备或同一设备中具有两套并列蓄热体通道同时工作就能使换热连续进行。

蓄热式换热器中的蓄热材料多为耐火材料，如：高炉热风炉中选用的有硅质、高铝质和粘土质六孔或八孔格子砖，玻璃熔窑蓄热室使用的电熔锆刚玉十字型格子砖、致密粘土砖等蓄热材料。蓄热式换热器中的蓄热材料要求是：一是导热性能好，即被加热和放热速度快，热气流从底部排除温度低，顶部被加热助燃空气温度高，能源利用率高；二是热容量大，即比热容大，体积密度高；三是热震稳定性好，抗腐蚀，不软化变形。

目前应用的硅质、高铝质、电熔锆刚玉和粘土质蓄热材料存在问题是导热系数低，换热慢；体积密度低，蓄热量小。硅质蓄热材料的体积密度不超过1.95g/cm³,1000℃导热系数约为1.74w/m.k；高铝制品体积密度不超过2.85g/cm³,1000℃导热系数约为2.30w/m.k；高致密粘土砖体积密度不超过2.30g/cm³,1000℃导热系数约为1.28w/m.k；电熔锆刚玉蓄热材料生产成本极高。高导热高蓄热材料的发明提高了蓄热式换热器的换热效率，提高了能源利用率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明目的在于利用尾矿提取物，提供一种锆酸铁钡蓄热材料、制备方法及其应用，取代目前的耐火蓄热材料。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种锆酸铁钡蓄热材料，包括氧化硅、氧化亚铁、氧化钡和氧化锆。

具体的，按质量分数计，氧化硅为12％～14％，氧化亚铁为28％～30％，氧化钡为30％～32％，氧化锆为24％～26％。

或者，氧化硅和氧化亚铁以铁橄榄石矿物相的形式存在，铁橄榄石矿物相含量为38％～42％；所述的氧化钡和氧化锆以锆酸钡矿物相的形式存在，锆酸钡矿物相含量为52％～56％。

还可以，按质量百分比计，铁橄榄石矿物相中氧化硅为29％～30％，氧化亚铁为70％～71％，两者百分比之和为100％；