CN106010467B - 用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料 - Google Patents

用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料，包括如下组分：氯化钠、聚合氯化铝、纳米无机材料以及添加剂，其中聚合氯化铝是以高岭土为原料，采用盐基度调节剂制备。本发明的目的在于提供一种热稳定性好的，导热系数高，工作温度范围宽的，低成本的熔融盐传热蓄热材料。

Description

用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料
技术领域
本发明涉及熔融材料领域，更具体地说，本发明涉及一种用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料。
背景技术
太阳能冶金利用太阳能反射聚光，对高台上石墨坩埚，进行加热间温度1500℃从而达到冶金技术。
由于太阳源的间歇性，可见性，不能全时照射，所以我们在坩埚冶金的基础上增加中空内腔，添加特制的熔融盐来保持衡温。当温度快速升高时，熔融盐融化，导热对坩埚做工，当阳光突然消失，融盐开始固化释放热量，以达到保持坩埚的温度，而达到冶金的效果。目前，市场上的一些导电熔融材料主要有硝酸熔盐，硝酸熔盐具有熔点低，热稳定性好，对容器腐蚀性好等特点，但是，硝酸熔盐在高温下容易分解，其上限使用温度一般不超过600℃，不适合太阳能冶金高温的应用。
现有技术中也公开了两者碳酸熔融体系，这两种碳酸熔融盐可以在800℃高温下使用，但是碳酸盐体系仍存在粘度高的问题，特别是在凝固的附件粘度更高，不适合作为高温传热蓄热材料。
中国专利200910074994公开了一种氟盐基纳米高温相变蓄热复合材料，是将纳米级的金粒子、银粒子、铜粒子按一定比例复合到高温相变的氟盐中得到，克服了氟盐基相变材料存在的传热性能差，导热率低，凝固时提及收缩大等缺陷。但是在氟盐基中复合金粒子、银粒子、铜粒子并没有克服氟基盐存在热传导率低，热稳定性差等缺陷，且成本高。关于如何选择合适的组分制备出工作温度范围宽，热稳定性好以及导热系数高的蓄热材料，使其更适合在工业蓄能和太阳能冶金领域使用，有必要进一步研究和尝试。
发明内容
为了客户现有的熔融盐传热蓄热材料存在的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种热稳定性好的，导热系数高，工作温度范围宽的，低成本的熔融盐传热蓄热材料。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：一种用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料，包括按如下质量百分数计的组分：
优选的是，所述聚合氯化铝是以高岭土为原料，采用盐基度调节剂制备，聚合氯化铝中三氧化二铝含量为20～55wt％，盐基度为45～80wt％。
优选的是，所述盐基度调节为氧化钙、灰钙粉、氢氧化钠、碳酸钠中的一种或几种。
优选的是，所述纳米无机材料选自氮化硅、碳化硅、二氧化硅中的一种。
优选的是，所述纳米无机材料的粒径范围为10～30nm。
优选的是，所述添加剂为氯化钙和氟基盐组成的混合物，其质量比为1：(0.2～0.5)。
优选的是，所述氟基盐选自氟化锂或者氟化钙中的一种。
本发明至少包括以下有益效果：
1)本发明通过增加纳米无机材料，在高温液相状态下，混合液内的纳米粒子稳定悬浮，由于纳米粒子具有很大的比表面积和界面效应，大大增加了导电熔融盐的导热系数和传热面积，导热系数明显提高，导热性能大大增加；
2)本发明通过添加氯化钙和氟基盐组成的添加剂，可以得到具有不同相变温度的导电熔融盐，从而在很宽的温度范围内满足太阳能冶金的要求；
3)本发明通过加入利用高岭土为原料制备的聚合氯化铝，可以显著降低成本，通过盐基度调节剂调节，可以提高热熔融盐的耐高温温度。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
将质量比为1:0.2的氯化钙和氟化钙混合并搅拌均匀，静态加热至全部融化，然后保温10分钟，再自然冷却至室温并粉碎，得到所述添加剂。
将质量百分比为30％氯化钠，50％聚合氯化铝，10％纳米二氧化硅(平均粒径10nm)，10％添加剂混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温30分钟，在自然冷却至室温并粉碎，得到所述导电熔融材料。
对制备的导电熔融材料进行熔点、相变潜热和热稳定性测定。测定结果显示，所制备的导电熔融材料的熔点为879℃，相变潜热1032kJ/kg。
实施例2
将质量比为1:0.4的氯化钙和氟化钙混合并搅拌均匀，静态加热至全部融化，然后保温10分钟，再自然冷却至室温并粉碎，得到所述添加剂。
将质量百分比为50％氯化钠，40％聚合氯化铝，5％纳米二氧化硅(平均粒径30nm)，5％添加剂混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温30分钟，在自然冷却至室温并粉碎，得到所述导电熔融材料。
对制备的导电熔融材料进行熔点、相变潜热和热稳定性测定。测定结果显示，所制备的导电熔融材料的熔点为849℃，相变潜热982kJ/kg。
实施例3
将质量比为1:0.5的氯化钙和氟化钙混合并搅拌均匀，静态加热至全部融化，然后保温10分钟，再自然冷却至室温并粉碎，得到所述添加剂。
将质量百分比为78％氯化钠，20％聚合氯化铝，1％纳米二氧化硅(平均粒径20nm)，1％添加剂混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温30分钟，在自然冷却至室温并粉碎，得到所述导电熔融材料。
对制备的导电熔融材料进行熔点、相变潜热和热稳定性测定。测定结果显示，所制备的导电熔融材料的熔点为819℃，相变潜热889kJ/kg。
实施例4
将质量比为1:0.5的氯化钙和氟化钙混合并搅拌均匀，静态加热至全部融化，然后保温10分钟，再自然冷却至室温并粉碎，得到所述添加剂。
将质量百分比为65％氯化钠，20％聚合氯化铝，10％纳米二氧化硅(平均粒径20nm)，5％添加剂混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温30分钟，在自然冷却至室温并粉碎，得到所述导电熔融材料。
对制备的导电熔融材料进行熔点、相变潜热和热稳定性测定。测定结果显示，所制备的导电熔融材料的熔点为879℃，相变潜热1029kJ/kg。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (1)

1.一种用于太阳能冶金坩埚的导电熔融材料，其特征在于，由按如下质量百分数计的组分组成：
其中，所述聚合氯化铝是以高岭土为原料，采用盐基度调节剂制备，聚合氯化铝中三氧化二铝含量为20～55wt％，盐基度为45～80wt％；所述盐基度调节剂为氧化钙、灰钙粉、氢氧化钠、碳酸钠中的一种或几种；
所述纳米无机材料的粒径范围为10～30nm；
其制备方法如下：
将质量比为1：0.5的氯化钙和氟化钙混合并搅拌均匀，静态加热至全部融化，然后保温10分钟，再自然冷却至室温并粉碎，得到所述添加剂；
将质量百分比为65％氯化钠，20％聚合氯化铝，10％纳米二氧化硅，5％添加剂混合并搅拌均匀，静态加热到固体全部熔融，然后保温30分钟，在自然冷却至室温并粉碎，得到所述导电熔融材料。
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