一種煤矸石基紅外材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤矸石基紅外材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于紅外材料【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的煤矸石基紅外材料的制備方法，包括以下步驟：采用X射線熒光光譜分析煤矸石組成成分，取煤矸石及氧化鎂、氧化鋁、氧化硅為原料，按化學(xué)式Mg2Al4-xSi5O18：Fex的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料；將配料進(jìn)行濕法球磨4h，然后100℃烘干后，添加配料質(zhì)量0.5％～5％的粘結(jié)劑在壓片機(jī)上以10MPa壓力壓制成型的壓片；將壓片在200℃保溫30min用以排膠，在900℃煅燒2h，然后在1200℃下煅燒2h獲得煤矸石基紅外材料。本發(fā)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制備方法和應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種煤矸石基紅外材料及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)50年代和70年代發(fā)生的兩次世界能源危機(jī)，使能源嚴(yán)重缺乏的日本在世界上率先開展對紅外輻射材料的大規(guī)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。此后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(shù)發(fā)展的實(shí)質(zhì)是研究具有足夠強(qiáng)度且紅外發(fā)射率高的材料。材料的紅外輻射是因其內(nèi)部分子振動引起偶極矩變化而產(chǎn)生的。 根據(jù)振動對稱性選擇定律:分子振動時(shí)對稱性越低，偶極矩的變化越大，其紅外輻射就越強(qiáng)。目前，高發(fā)射率紅外輻射材料主要應(yīng)用于軍事、節(jié)能、環(huán)保、醫(yī)療、保健等領(lǐng)域。例如在工業(yè)爐中的應(yīng)用:對于以輻射傳熱為主的不同工業(yè)爐來說，提高爐內(nèi)參與輻射傳熱的物體表面輻射系數(shù)，將有效地改善爐內(nèi)傳熱過程，達(dá)到節(jié)能、增產(chǎn)與提聞廣品質(zhì)量的目的。
[0003]堇青石是一種硅酸鹽礦物，因其具有優(yōu)良的紅外輻射特性、較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)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,是屬于MgO-Al2O3-S12三元系礦物。堇青石具有六元環(huán)結(jié)構(gòu)，由4個(gè)[S14]四面體和2個(gè)[AlO4]四面體組成一個(gè)六元環(huán)。六元環(huán)沿c軸排列，相鄰兩層互錯30°，六元環(huán)之間靠2個(gè)[AlO4]、1個(gè)[S14]四面體和2個(gè)[MgO6]八面體連接。四面體和八面體共棱連接，形成三維骨架。結(jié)構(gòu)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(fā)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]煤矸石是煤礦采煤排放出的固體廢物，是一種在形成煤炭時(shí)煤層周圍伴生的黑灰色巖石，其質(zhì)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(zhì)，排放出來會造成污染。煤矸石堆積還可能自燃引發(fā)火災(zāi)，遇到雨季時(shí)還可能崩塌，造成不可預(yù)知的危險(xiǎn)。利用煤研石作為主要原料，通過深度加工，生產(chǎn)堇青石紅外輻射材料，不僅能大大降低紅外材料的生產(chǎn)成本，而且能減輕環(huán)境污染。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。煤矸石的主要成分為氧化硅和氧化鋁，還包括有一定的氧化鎂和氧化鐵等物質(zhì)，是制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(shí)現(xiàn)上述置換，從而明顯提高材料的紅外輻射率，同時(shí)堿金屬氧化物還可以降低材料的合成溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種煤矸石基紅外材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法獲得的煤矸石基紅外材料。
[0008]本發(fā)明的再一目的在于提供上述煤矸石基紅外材料的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種煤矸石基紅外材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)采用X射線熒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、氧化硅為原料，按化學(xué)式Mg2Al4^xSi5O18 =Fex的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料；其中x的取值范圍為O < x < I ;
[0012]3)將步驟2)獲得的配料進(jìn)行濕法球磨4h，然后100°C烘干后，添加配料質(zhì)量
0.5%~5%的粘結(jié)劑(PVA粘結(jié)劑的加入量為配料質(zhì)量的0.5%~5% )，在壓片機(jī)上以1MPa壓力壓制成型的壓片(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，然后在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(shí)現(xiàn)上述化學(xué)式的平衡。
[0015]步驟2)中所述的氧化鎂、氧化鋁、氧化硅為分析純級的氧化鎂、氧化鋁、氧化硅。
[0016]步驟3)中所述的粘結(jié)劑為PVA粘結(jié)劑。
[0017]一種煤矸石基紅外材料由上述制備方法獲得。
[0018]上述制備獲得的煤矸石基紅外材料可在軍事、節(jié)能、環(huán)保、醫(yī)療和保健領(lǐng)域應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0020]本發(fā)明通過采用煤矸石作為基本原料制備紅外材料，極大的降低了生產(chǎn)成本，本發(fā)明中并非完全采用堇青石的化學(xué)式Mg2Al4Si5O18配比進(jìn)行紅外材料的制備，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(jìn)行替換配比，結(jié)果顯示本發(fā)明獲得煤矸石基紅外材料與傳統(tǒng)的堇青石相比在紅外輻射率方面獲得較大提高，同時(shí)堿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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例1、對比實(shí)施例1和2獲得的紅外材料樣品的紅外光譜分析圖(采用ATR法測得)，圖中三條曲線由下至上依次為:對比實(shí)施例1的樣品、對比實(shí)施例2的樣品和實(shí)施例1的樣品。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0026]首先采用X射線熒光光譜分析煤矸石組成成分如表1:
[0027]表1煤砰石的化學(xué)成分
[0028]

【權(quán)利要求】
1.一種煤矸石基紅外材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)采用X射線熒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、氧化硅為原料，按化學(xué)式Mg2Al4^xSi5O18 =Fex的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料；其中x的取值范圍為O < x < I ; 3)將步驟2)獲得的配料進(jìn)行濕法球磨4h，然后100°〇烘干后，添加配料質(zhì)量0.5%~5%的粘結(jié)劑在壓片機(jī)上以1MPa壓力壓制成型的壓片； 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，然后在1200°C下煅燒2h獲得煤矸石基紅外材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基紅外材料的制備方法，其特征在于:步驟2)中所述的氧化鎂、氧化鋁、氧化硅為分析純級的氧化鎂、氧化鋁、氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤矸石基紅外材料的制備方法，其特征在于:步驟3)中所述的粘結(jié)劑為PVA粘結(jié)劑。
4.一種煤矸石基紅外材料由權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的制備方法獲得。
5.權(quán)利要求4所述 的煤矸石基紅外材料在軍事、節(jié)能、環(huán)保、醫(yī)療和保健領(lǐng)域應(yīng)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(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】張霞, 焦寶祥 申請人:鹽城工學(xué)院