一種煤矸石基紅外材料及其製備方法和應用的製作方法
2023-08-01 23:06:26 4
一種煤矸石基紅外材料及其製備方法和應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤矸石基紅外材料及其製備方法和應用，屬於紅外材料【技術領域】。本發明的煤矸石基紅外材料的製備方法，包括以下步驟：採用X射線螢光光譜分析煤矸石組成成分，取煤矸石及氧化鎂、氧化鋁、氧化矽為原料，按化學式Mg2Al4-xSi5O18：Fex的化學計量比進行配料；將配料進行溼法球磨4h，然後100℃烘乾後，添加配料質量0.5％～5％的粘結劑在壓片機上以10MPa壓力壓製成型的壓片；將壓片在200℃保溫30min用以排膠，在900℃煅燒2h，然後在1200℃下煅燒2h獲得煤矸石基紅外材料。本發明獲得煤矸石基紅外材料具有較高的紅外輻射率，降低了紅外材料的合成成本。
【專利說明】一種煤矸石基紅外材料及其製備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於紅外材料【技術領域】，特別涉及一種煤矸石基紅外材料及其製備方法和應用。
【背景技術】
[0002]20世紀50年代和70年代發生的兩次世界能源危機，使能源嚴重缺乏的日本在世界上率先開展對紅外輻射材料的大規模研究。到80年代初，歐美等國家對紅外輻射材料的研究也具備了很高的水平。此後我國也開始了對紅外輻射材料的探索與研究。紅外輻射技術發展的實質是研究具有足夠強度且紅外發射率高的材料。材料的紅外輻射是因其內部分子振動引起偶極矩變化而產生的。 根據振動對稱性選擇定律:分子振動時對稱性越低，偶極矩的變化越大，其紅外輻射就越強。目前，高發射率紅外輻射材料主要應用於軍事、節能、環保、醫療、保健等領域。例如在工業爐中的應用:對於以輻射傳熱為主的不同工業爐來說，提高爐內參與輻射傳熱的物體表面輻射係數，將有效地改善爐內傳熱過程，達到節能、增產與提聞廣品質量的目的。
[0003]堇青石是一種矽酸鹽礦物，因其具有優良的紅外輻射特性、較高的熱穩定性和化學穩定性等優點而成為一種重要的新興紅外輻射材料。堇青石的分子式是=Mg2Al4Si5O12,是屬於MgO-Al2O3-S12三元系礦物。堇青石具有六元環結構，由4個[S14]四面體和2個[AlO4]四面體組成一個六元環。六元環沿c軸排列，相鄰兩層互錯30°，六元環之間靠2個[AlO4]、1個[S14]四面體和2個[MgO6]八面體連接。四面體和八面體共稜連接，形成三維骨架。結構中的陽離子可以被其他離子取代而引起晶格缺陷和畸變，從而引起材料中固有偶極距發生變化，降低了離子振動的對稱性，從而提高其紅外輻射性能。
[0004]煤矸石是煤礦採煤排放出的固體廢物，是一種在形成煤炭時煤層周圍伴生的黑灰色巖石，其質地較硬，含碳量也較低。煤矸石中通常還含有硫化物等有害物質，排放出來會造成汙染。煤矸石堆積還可能自燃引發火災，遇到雨季時還可能崩塌，造成不可預知的危險。利用煤研石作為主要原料，通過深度加工，生產堇青石紅外輻射材料，不僅能大大降低紅外材料的生產成本，而且能減輕環境汙染。具有良好的經濟效益和社會效益。煤矸石的主要成分為氧化矽和氧化鋁，還包括有一定的氧化鎂和氧化鐵等物質，是製備堇青石紅外材料的良好材料。
[0005]而且煤矸石中存在的大量金屬離子，期中Fe3+、Ca2+等離子半徑與堇青石陽離子半徑相近，可以實現上述置換，從而明顯提高材料的紅外輻射率，同時鹼金屬氧化物還可以降低材料的合成溫度。
【發明內容】
[0006]為克服現有技術中存在的缺點與不足，本發明的首要目的在於提供一種煤矸石基紅外材料的製備方法。
[0007]本發明的另一目的在於提供上述製備方法獲得的煤矸石基紅外材料。
[0008]本發明的再一目的在於提供上述煤矸石基紅外材料的應用。
[0009]本發明的目的通過下述技術方案實現:一種煤矸石基紅外材料的製備方法，包括以下步驟:
[0010]I)採用X射線螢光光譜分析煤矸石組成成分，包括Si02、A1203、MgO、Fe2O3的百分含量;
[0011]2)取步驟I)中分析的煤矸石及分析純氧化鎂、氧化鋁、氧化矽為原料，按化學式Mg2Al4^xSi5O18 =Fex的化學計量比進行配料；其中x的取值範圍為O < x < I ;
[0012]3)將步驟2)獲得的配料進行溼法球磨4h，然後100°C烘乾後，添加配料質量
0.5%~5%的粘結劑(PVA粘結劑的加入量為配料質量的0.5%~5% )，在壓片機上以1MPa壓力壓製成型的壓片(圓片狀)；
[0013]4)將步驟3)獲得的壓片在200°C保溫30min用以排膠，在900°C煅燒2h，然後在1200°C下煅燒2h獲得煤矸石基紅外材料。
[0014]步驟2)中Fe的組分x為煤矸石中Fe的比例含量，在配比過程中不需再添加Fe，通過添加Al的量來實現上述化學式的平衡。
[0015]步驟2)中所述的氧化鎂、氧化鋁、氧化矽為分析純級的氧化鎂、氧化鋁、氧化矽。
[0016]步驟3)中所述的粘結劑為PVA粘結劑。
[0017]一種煤矸石基紅外材料由上述製備方法獲得。
[0018]上述製備獲得的煤矸石基紅外材料可在軍事、節能、環保、醫療和保健領域應用。
[0019]本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果:
[0020]本發明通過採用煤矸石作為基本原料製備紅外材料，極大的降低了生產成本，本發明中並非完全採用堇青石的化學式Mg2Al4Si5O18配比進行紅外材料的製備，而是將煤矸石中存在的大量金屬離子Fe3+與堇青石中陽離子半徑相似的Al3+進行替換配比，結果顯示本發明獲得煤矸石基紅外材料與傳統的堇青石相比在紅外輻射率方面獲得較大提高，同時鹼金屬氧化物還可以降低材料的合成溫度，減少配料Al2O3的加入量降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例1獲得的煤矸石基紅外材料樣品的XRD圖譜；
[0022]圖2是對比實施例1獲得的堇青石紅外材料樣品的XRD圖譜；
[0023]圖3是對比實施例2獲得的煤矸石基紅外材料樣品的XRD圖譜；
[0024]圖4是實施例1、對比實施例1和2獲得的紅外材料樣品的紅外光譜分析圖(採用ATR法測得)，圖中三條曲線由下至上依次為:對比實施例1的樣品、對比實施例2的樣品和實施例1的樣品。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0026]首先採用X射線螢光光譜分析煤矸石組成成分如表1:
[0027]表1煤砰石的化學成分
[0028]
【權利要求】
1.一種煤矸石基紅外材料的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)採用X射線螢光光譜分析煤矸石組成成分，包括Si02、Al203、Mg0、Fe203的百分含量； 2)取步驟I)中分析的煤矸石及氧化鎂、氧化鋁、氧化矽為原料，按化學式Mg2Al4^xSi5O18 =Fex的化學計量比進行配料；其中x的取值範圍為O < x < I ; 3)將步驟2)獲得的配料進行溼法球磨4h，然後100°〇烘乾後，添加配料質量0.5%~5%的粘結劑在壓片機上以1MPa壓力壓製成型的壓片； 4)將步驟3)獲得的壓片在200°C保溫30min用以排膠，在900°C煅燒2h，然後在1200°C下煅燒2h獲得煤矸石基紅外材料。
2.根據權利要求1所述的煤矸石基紅外材料的製備方法，其特徵在於:步驟2)中所述的氧化鎂、氧化鋁、氧化矽為分析純級的氧化鎂、氧化鋁、氧化矽。
3.根據權利要求1所述的煤矸石基紅外材料的製備方法，其特徵在於:步驟3)中所述的粘結劑為PVA粘結劑。
4.一種煤矸石基紅外材料由權利要求1~3任一項所述的製備方法獲得。
5.權利要求4所述 的煤矸石基紅外材料在軍事、節能、環保、醫療和保健領域應用。
【文檔編號】C04B35/622GK104177074SQ201410423164
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優先權日:2014年8月25日
【發明者】張霞, 焦寶祥 申請人:鹽城工學院