[发明专利]一种高温复合相变储热材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高温复合相变储热材料及其制备方法，采用无机盐作为高温相变材料，制备以高炉渣为基体材料的高温复合相变储热材料，制备过程容易控制，操作简便，不需要任何粘结剂和其他保护剂，通过混合、成型、烧结即可获得储热材料。所述储热材料具有高热导率、高相变潜热、耐腐蚀、长寿命和低成本的特点。所述方法包括如下步骤：将预处理的高炉渣与无机盐通过机械混合均匀后，经成型和烧结工艺，制备出高温复合相变储热材料。本发明制备的复合储热材料可用于工业余热回收、聚光式太阳能热电站、低谷电利用、磁流体发电及人造卫星等领域，为钢铁行业高炉渣的高附加值利用提供有效路径，对节约资源、保护环境和提高能源利用率具有重要意义。

技术领域

本发明属于储热材料的制备技术领域，具体涉及一种无机盐/高炉渣高温复合相变储热材料、制备方法及其用途。

背景技术

随着化石燃料的日益消耗，能源危机已引起了人类的广泛关注。过度开发和使用有限的化石能源不仅将造成全球能源短缺，还会给生态环境带来巨大破坏。提高可再生能源(太阳能、风能、地热能等)和二次能源(工业余热)的综合利用率刻不容缓。然而，这些能源的数量和强度存在时间上和空间上的波动性，导致其高效利用难度很大。储热技术可将非稳态能量整流成稳态能量再行利用，有效地克服了太阳能、风能、地热能、工业余热等能源间歇性的利用难点，是提高其综合利用率的有效手段。

储热材料是储热技术中最关键的要素之一。无机盐凭借储热温区大(200～1000℃)、储热密度高、物理/化学性质稳定和价格低的优势，被视为一种极具潜力的中高温储热材料。然而，无机盐在熔融状态下具有较强的腐蚀性，易对其封装容器造成腐蚀；此外，无机盐的热导率较低，约0.5W/(m·K)，还不能满足其工业化应用的需要。研究表明，引入骨架材料以制备具有定形结构的无机盐基复合储热材料可有效解决以上问题。目前，无机盐的骨架材料主要分为两类：未加工的矿物类原料，如硅藻土、蛭石、珍珠岩等；二次合成材料，如膨胀石墨、MgO、Al₂O₃、SiO₂、SiC等陶瓷材料，而以工业固废作为无机盐的骨架材料鲜有报道。

高炉渣是炼铁过程中产生的一种副产品，每生产1吨生铁，约产生300kg高炉渣。以我国年产生铁9亿吨计算，每年的高炉渣产生量高达3亿吨。目前，我国高炉渣的资源化利用途径是56％用作矿渣微粉、23％用作水泥混合料、3％用作慢冷渣碎石，其利用附加值不高，且依然有18％的高炉渣未得到有效利用。相比之下，德国高炉渣的81％用作水泥原料，10％用作混凝材料，中转储存、内部消耗等占9％；日本高炉渣的72％用作生产水泥的原料，25％用在建筑、道路铺建领域，其余用在农业领域；基本实现了高炉渣产出与利用的平衡状态。综合来看，我国高炉渣的综合利用水平与发达国家仍有较大差距，也反映出我国高炉渣综合利用的复杂性、紧迫性和必要性。值得注意的是，高炉渣满足了基体材料在热稳定性方面的基本要求，因而以高炉渣作为无机盐基相变材料的骨架材料，进而制备高温复合储热材料，对于实现高炉渣固废资源的高附加值利用和提高可再生能源及工业余热的综合利用率具有重要意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的高炉渣存在利用附加值低和综合利用率不高的问题，本发明的目的旨在提供一种高炉渣的高附加值利用途径。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种高温复合相变储热材料：按重量份数包括40～90％的高炉渣和10～60％的无机盐。

优选地，所述无机盐含有NO₃^-、Cl^-、CO₃^2-的无机盐；

优选地，所述无机盐为NaNO₃、KNO₃、KCl、NaCl、Na₂CO₃、K₂CO₃中的任意1种或至少2种的混合盐；特别优选无机盐为NaNO₃作；