[發明專利]一種利用電解錳渣制備紅外輻射基料的方法

無效

• 申請號: 201310033275.0
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103073312A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 但智鋼;徐夫元;杜兵;梁乾;康鵬;劉震
• 申請（專利權）人: 中國環境科學研究院
• 主分類號: C04B35/66
• 分類號: C04B35/66
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周長興

技術領域

本發明涉及一種涂料的制備方法，更具體地涉及一種利用電解錳渣制備高發射率節能基料的方法。

背景材料

錳是重要的工業生產原料，素有無錳不成鋼之說，主要作為煉鐵和煉鋼過程中的脫氧劑和脫硫劑。隨著現代工業的發展，錳的用途越來越廣，錳及錳合金已經應用在有色冶金、電子技術、化學工業、食品衛生、航天工業等各個領域，是國民經濟中重要的基礎物資。經過近半個世紀的發展，目前我國已成為全球最大的電解錳生產國、消費國、出口國。

由于礦石品位的逐年貧化，雜質含量高，加上生產工藝的制約，電解錳工業每年產出并堆積大量廢渣，制約著電解錳工業的健康發展，同時又危害著生態環境與周邊居民的身體健康，電解錳廢渣的處理和資源化利用問題就越發突出。

錳渣中含有的SiO₂、Al₂O₃、MnO₂等一些過渡金屬氧化物是錳系高發射率涂料的主要成分，利用錳渣制備輻射基料試圖為錳渣的再利用，探索新的具有高附加值的錳渣資源化利用清潔生產技術，以解決錳渣污染和資源化利用等問題，保證電解錳企業的健康發展，具有重要的社會、環境和經濟意義。

目前工業爐上為改善爐內的輻射傳熱，達到提高熱效率、節能、增產與提高產品質量目的，紅外輻射節能涂料已實現廣泛應用。紅外輻射涂料主要由發射基料與載體粘結劑組成，其中研究更多的輻射基料主要由過渡金屬氧化物經高溫合成的一種具有尖晶石結構的結晶物相。

紅外輻射涂料是指在紅外波段具有高輻射率或特征輻射率的材料，由輻射粉體基料和載體粘結劑組成，輻射粉體基料用于提供高輻射性能，載體粘結劑可以使涂料牢固地粘結在基體表面。隨著紅外材料技術的不斷發展，人們發現了很多紅外光譜發射率較高的物質，并以這些物質為基料研制出了多種紅外輻射涂料，以改善物體表面的輻射特性，達到強化輻射傳熱的目的。

早期的紅外輻射涂料主要以碳化硅、氧化鋯、鋯英砂等單質或化合物為輻射成分，以簡單的無機鹽為粘結劑。現在紅外輻射涂料的輻射成分是由多種物質或化合物通過特殊的材料復合工藝復合而成的，其粘結劑也由單一物質轉化為多種微粉、溶膠及化學粘結劑組成的復合溶體。

目前，紅外輻射涂料的粉體基料主要是金屬氧化物的復合物和碳化物，主要有Cr₂O₃、TiO₂、ZrO₂、Fe₂O₃、MnO₂、NiO、CoO、CuO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、La₂O₃、CeO和SiC等。對于低溫干燥爐窯使用的紅外輻射涂料，常用的粘結劑為水玻璃和磷酸鹽水溶液；對于中高溫紅外輻射涂料的粘結劑，常用的為多種微粉或溶膠，一般為SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃微粉或溶膠。

根據紅外輻射涂料的成分不同，可分為如下幾個類別：

氧化鐵-氧化鎂系、氧化鐵-氧化錳系、氧化鋁-氧化硅系、氧化鋯系、氧化鈷系、氧化鉻系、堇青石系、碳化硅系、鋯英砂系等。

紅外輻射節能涂料的輻射機理

一般材料都是由多原子組成的大分子結構的物質。多原子分子在振動時，只有振動過程中能改變分子的對稱性而使偶極矩發生變化的振動方式，才能吸收或產生紅外輻射，振動過程中偶極矩變化越大，相應的吸收帶或輻射帶越強。組成分子的原子電負性相差越大，振動過程中的偶極矩變化也就越大，紅外吸收帶就越強。振動粒子的電荷越多，偶極矩的變化越大，紅外輻射就越強。由于偶極矩和晶體結構中存在的雜質及缺陷直接有關，故可通過控制晶體結構加入外來離子等措施來提高材料的紅外輻射性能。劉曉芳等人通過X射線衍射、紅外光譜測試、核磁共振和光電子能譜分析發現過渡氧化物固溶堇青石系紅外輻射涂料仍保持著堇青石結構。但是，過渡金屬離子Zn²⁺、Ti⁴⁺的固溶作用，引起堇青石中Al、Si等元素的化學環境發生變化，造成了晶格畸變，降低了晶格振動的對稱性從而使材料的紅外輻射性能提高。從而說明外來離子的固溶使晶體振動的對稱性降低，偶極矩相應發生變化，影響著紅外節能涂料的輻射。