CN110366546A - 新型材料及其制造以在低温、中温和高温范围内用作敏感蓄能***中的储蓄介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改性赤泥或者说改性铝土矿残渣及其制造方法、包含改性赤泥的储蓄介质、包含储蓄介质的蓄热器以及改性赤泥用作尤其是蓄热器中的储蓄介质的丰富用途。在此该改性赤泥包含以下组成：‑赤铁矿(Fe₂O₃)，‑刚玉(Al₂O₃)，‑金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)，‑石英(SiO₂)，‑可选的钙钛矿(CaTiO₃)，和‑可选的铁板钛矿((Fe³⁺,Fe²⁺)₂(Ti,Fe³⁺)O₅)、霞石((Na,K)[AlSiO₄])和/或蓝方石((Na,Ca)_4‑8[A1₆Si₆O₂₄(SO₄)])，其中，该改性赤泥基本不含Na₂O和/或玻璃。由此提供一种新型材料，并且描述了其制造以在低温、中温和高温范围内用作敏感蓄能***中的储蓄介质。

Description

新型材料及其制造以在低温、中温和高温范围内用作敏感蓄 能***中的储蓄介质

本发明涉及改性赤泥或者说改性铝土矿残渣，以下也称之为以及涉及其制造方法和用途。

在德国以可再生能源法(EEG)规定在2038年之前逐步淘汰核能和燃煤供电。作为替代，风力发电场、太阳能设备和生物气体设备应是德国电力供应手段。

但是，尤其风力发电场和太阳能设备有以下缺点，在无风和昏暗的情况下不会产生电力。为此，可再生能源无法为依赖稳定供电的用户尤其是工业用户提供基本负荷电力。

为了应对这种***性缺陷，必须使能量产生与能量消耗摆脱关联。只有在能量发生器与能量用户之间连接的蓄能器做到了以所需方式提供一致的电力流，进而使得可再生能源可作为基本负荷电力。

因此，人们需要蓄能器和为此适用的储蓄介质，其能解决自可再生能源获得能量时的缺点并且本身还能以保存资源的成本效益好的方式获得。

已知的是，赤泥在自铝土矿提取氢氧化铝(ATH)的拜耳工艺中作为废品产生。以下，赤泥(RS)是指在拜耳工艺中生成的残渣，其在自铝土矿提取ATH时产生。在提取铝时产生的铝土矿残渣或赤泥的大部分未被继续处理且未被经济可行地使用，而是扔到了垃圾堆。

从现有技术中已知道了铝土矿残渣因为其很大的内部表面而适合作为吸附剂。

还知道了改性铝土矿残渣因为其化学组成而可作为无卤素的无机防火剂被用在所有类型的塑料中，其以化合物或发泡形式可供使用(WO2012/126487A1)。

还知道了改性铝土矿残渣具备高密度，因此这种组合物也可以用作隔音材料或钻井泥浆增重或屏蔽辐射(WO2014/114283A1)。

另外从WO2005/061408A1中知道了一种包含铝土矿残渣的多孔颗粒状材料用于流体处理和有害物去除。例如重金属、阴离子和气体属于有害物。

发明内容

在以被加热到120℃至250℃之间温度的改性贫铬铝土矿残渣进行试验时，本发明人惊讶地发现所述冷却出乎意料地缓慢进行。鉴于观察所得，本发明的发明人关于(可选的贫铬的)铝土矿残渣或赤泥的性能做了广泛研究，此时使铝土矿残渣或赤泥经受热处理，同时对照观察化学参数、矿物学参数、物理参数和机械参数且尤其是热力学参数。因此，发明人获得一种新型改性赤泥，其可适合作为储蓄介质且尤其是蓄热器。

所述热处理影响呈关键形式的所述参数并因此明显影响到蓄热器性能，在这里，尤其是其行为在循环受热情况下(耐热循环性、耐热冲击性)是重要的。基于作为原材料所用的赤泥的化学组成和在热处理中所经过的温度范围，可能分别出现不同的化学矿物学种类，其又具有不同的化学性能、物理性能、矿物学性能、机械性能和热性能。这些性能总和确定了储蓄器机制的性能。借此做到了以任意形式即有目标地影响储蓄器机制的性能。最重要的性能例如包含：

-热容

-导热能力

-导电能力

-密度

-硬度

-黏性

-多孔性

-耐热冲击性

-耐热循环性

-热膨胀系数

-化学稳定性等。

因此本发明涉及如权利要求1和4之一所限定的改性赤泥、具有权利要求12的特征的制造改性赤泥的方法、包括改性赤泥的储蓄介质、包括该储蓄介质的蓄热器和将改性赤泥用作尤其是蓄热器中的储蓄介质的众多用途以及优化应用的方法。

在一个实施方式中，一种改性赤泥包含以下组成：

-赤铁矿(Fe₂O₃)，

-刚玉(Al₂O₃)，

-金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)，

-石英(SiO₂)，

-可选的钙钛矿(CaTiO₃)和

-可选的铁板钛矿((Fe³⁺,Fe²⁺)₂(Ti,Fe³⁺)O₅)、霞石((Na,K)[AlSiO₄])和/或蓝方石((Na,Ca)_4-8[Al₆Si₆O₂₄(SO₄)])。

改性赤泥此时基本不含Na₂O和/或玻璃，例如像钠玻璃和/或钾钠玻璃。优选地，改性赤泥也基本不含K₂O和/或CaO和/或另外其它的碱金属氧化物和碱土金属氧化物。

赤泥是在从铝土矿中碱性浸洗出铝之后所残留的不溶部分。赤泥在碱性环境下被冲洗留存。为此，赤泥以不定量包含呈游离的氢氧化钠或碳酸钠形式的碱金属，碳酸钠因用CO₂碳酸盐化而生成。因为游离的碱金属含量有效地但不定地干预到矿物相的形成，为了提供规定且可控的状况，这种碱金属含量即Na₂O但还有K₂O和碱土金属含量即CaO和MgO必须通过清洗或中和而被至少大部分、更好是完全除去。改性赤泥为此基本不含Na₂O和K₂O，因此在退火时无法形成钠玻璃和/或碱玻璃。

本申请意义上的“基本不含”可以尤其是指含量小于0.5重量百分比，尤其小于0.2重量百分比，尤其小于0.1重量百分比，尤其小于0.05重量百分比，尤其小于0.03重量百分比，尤其小于0.01重量百分比。

因此，改性赤泥尤其可以包含以下组成：(结晶)赤铁矿(Fe₂O₃)、刚玉(Al₂O₃)、金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)和石英(SiO₂)，或者基本由其构成。其它组成是可含有而非必须含有的。作为这样的其它(可选)组成，尤其可以提到钙钛矿(CaTiO₃)、铁板钛矿((Fe³⁺,Fe²⁺)₂(Ti,Fe³⁺)O₅)、霞石((Na,K)[AlSiO₄])和/或蓝方石((Na,Ca)_4-8[Al₆Si₆O₂₄(SO₄)])，其能全都以晶体形式存在。但改性赤泥在此基本不含Na₂O(同样K₂O和CaO)和/或玻璃。

在一个实施方式中，该改性赤泥可以包含

-48-55重量百分比、尤其是49-54重量百分比、尤其是50-53重量百分比的赤铁矿(Fe₂O₃)

-13-18重量百分比、尤其是14-17重量百分比、尤其是15-16重量百分比的刚玉(Al₂O₃)，

-8-12重量百分比、尤其是9-11重量百分比的金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)、

-2-5重量百分比、尤其是3-4重量百分比的石英(SiO₂)，以及

-小于0.03重量百分比、尤其小于0.01重量百分比的Na₂O和/或小于0.1重量百分比、尤其小于0.05重量百分比的玻璃。

在一个实施方式中，一种改性赤泥可通过将具有以下矿物组成的基本不含Na₂O的清洗(或中和)赤泥加热到至少800℃、尤其至少850℃、尤其至少900℃、尤其至少950℃、最好至少1000℃的温度，例如在1100至1200℃范围内，大约1150℃来获得：

-10-55重量百分比、尤其是10-50重量百分比的铁化合物，

-12-35重量百分比的铝化合物，

-3-17重量百分比、尤其是5-17重量百分比的硅化合物，

-2-12重量百分比、尤其是2-10重量百分比的二氧化钛，

-0.5-6重量百分比的钙化合物，和

-或许有的其它不可避免的杂质。

如此获得的改性赤泥也可以被称为热处理赤泥或烧结赤泥或赤铁矿陶瓷。

赤泥(就像在从铝土矿中碱性浸洗出铝之后作为不溶部分所残留的)通常含有相当多的Na₂O或其它的碱金属氧化物和碱土金属氧化物，其也能以氢氧化物或碳酸盐的形式存在。当这样的(未清洗)赤泥被加热到超过800℃、尤其超过1000℃的温度时，所述碱性成分造成赤泥也含的(晶体)SiO₂转化为玻璃(如钠玻璃和/或钾钠玻璃)，而这是不良导热体(即便还不是绝热体)并因此相当不利于从电流蓄热(KW耦合)或将热转化为电流(WK耦合)的本发明改性赤泥的应用目的，或者说甚至起到完全相反的作用。也可能在未经清洗的赤泥加热时因为碱金属氧化物和碱土金属氧化物等的高反应性而形成本发明所不希望有的其它物质。另外，在本发明改性赤泥中的这些反应性物质的存在也不利于其在蓄热器中的应用目的，蓄热器带来改性赤泥在蓄热器中的持续加热和冷却，因为改性赤泥的化学稳定性(即当在所选的从室温至约1000℃的工作温度范围内重复加热和冷却时无化学反应)和物理稳定性(当前矿物相的不同热胀冷缩，影响到耐热冲击性和耐热循环性)对本发明蓄热器的使用寿命是决定性的。

因此，本发明需要在加热前清洗赤泥，从而它基本不含Na₂O(和其它的碱金属氧化物和碱土金属氧化物如K₂O和/或CaO)，并且最好也不含加热时会起还原作用的有机成分。因为Na₂O还有其它的碱金属氧化物和碱土金属氧化物是碱性(即碱基)物质，故基本不含Na₂O的清洗也可以被称为中和，或者说经过相应清洗的赤泥被称为中和赤泥。适当地，该清洗借助水来进行，在所述水中能有利地加入酸或酸性物质如氯化铁(二价)。

在一个实施方式中，改性赤泥可以(在退火后)基本上没有以下组成中的一种、两种、三种或全部四种：

-水铝矿(Al(OH)₃)，

-针铁矿(FeO(OH))，

-勃姆石(AlO(OH))，

-钙霞石(Na₆Ca₂[(CO₃)₂|Al₆Si₆O₂₄])。

在一个实施方式中，该改性赤泥可以基本不含以下成分中的一种、两种、三种、四种或全部五种：

-钛酸铝(A1₂TiO₅)，

-(元素)铁(Fe)，

-钙铝石(Ca₁₂Al₁₄O₃₃)，

-钛尖晶石(Fe₂TiO₄)，

-钙铁榴石(Ca₃Fe₂(SO₄)₃)。

不希望有的成分可能在下述情况下出现：在赤泥未被充分和仔细清洗时，尤其也在去除有机组成和/或在还原气氛中被加热或烧结时。

所述加热可以在给定温度尤其经过如下时间，5分钟到36小时，尤其5分钟到24小时，尤其5分钟到12小时，尤其5分钟到6小时，尤其5分钟到2小时，尤其5分钟到1小时，尤其5分钟到30分钟。

在一个实施方式中，该改性赤泥可以具有小于15％、尤其在5-12％范围内的多孔性。孔尺寸在此小。这样的较低多孔性因为根据本发明的赤泥改性而可顺利获得，且尤其适合获得对于本发明改性赤泥的应用目的有利的高热容以及对于无机物质典型的导热能力(因较低多孔性造成在界面的微弱声子散射)。该多孔性尤其可以借助根据BJH方法的气体吸附等温线来确定。

在一个实施方式中，改性赤泥可以具有在3.90-4.0g/cm³之间、尤其在3.91-3.95g/cm³之间、尤其在3.92-3.94g/cm³之间、尤其是约为3.93g/cm³的密度。这样的较高密度也因为根据本发明的赤泥改性而可顺利获得且尤其适于获得对本发明改性赤泥的应用目的有利的高热容和典型的导热能力。

在一个实施方式中，改性赤泥可以具有在3-10μm之间、尤其在5-8μm之间的平均颗粒尺寸d50。平均颗粒尺寸d50尤其可以借助激光衍射技术或根据ISO13320(2009)的激光衍射技术(MALVERN)来确定。

在一个实施方式中，改性赤泥可以具有在0.5-2.5μm之间、尤其在1.0-2.0μm之间的颗粒尺寸d10和/或在15-50μm之间、尤其在20-40μm之间的颗粒尺寸d90。颗粒尺寸d10以及颗粒尺寸d90尤其可以借助激光衍射技术或根据ISO13320(2009)的激光衍射技术(MALVERN)来确定。

在一个实施方式中，改性赤泥可以具有在0.6-0.8kJ/(kg^*K)之间、尤其在0.65至0.75kJ/(kg^*K)之间的20℃时的比热容和/或在0.9-1.3kJ/(kg^*K)之间、尤其在0.95至1.2kJ/(kg^*K)之间的726.8℃时的比热容。比热容尤其可以根据DIN EN ISO11357-4来确定。

在一个实施方式中，改性赤泥可以具有在3-35W/(m^*K)之间、尤其在5-20W/(m^*K)之间、尤其在8-12W/(m*K)之间的比热导率。比热导率尤其可以通过板状试验体在根据DINISO8302的λ测量计中确定。

在一个实施方式中，改性赤泥能以压制固体材料的形式存在。

制造改性赤泥的方法包括将具有以下矿物组成的赤泥清洗和干燥：

-10-55重量百分比、尤其是10-50重量百分比的铁化合物，

-12-35重量百分比的铝化合物，

-3-17重量百分比、尤其是5-17重量百分比的硅化合物，

-2-12重量百分比、尤其是2-10重量百分比的二氧化钛，

-0.5-6重量百分比的钙化合物，和

-或许有的其它不可避免的杂质，

接着将经过清洗的(中和)赤泥加热到至少800℃、尤其至少850℃、尤其至少900℃、尤其至少950℃、最好至少1000℃，例如在1100至1200℃范围内，大约1150℃的温度。

赤泥的清洗尤其用于出于上述缘故使待加热赤泥基本不含Na₂O(和其它的碱金属氧化物和碱土金属氧化物如K₂O和/或CaO)，并且优选也不含可能在加热时起到还原作用的有机成分。为此，清洗可以尤其用水进行，在水中可有利地加入酸或酸性物质如氯化铁(二价)。

在一个实施方式中，加热可以在指定温度尤其是在5分钟至36小时、尤其是5分钟至24小时、尤其是5分钟至12小时、尤其是5分钟至6小时、尤其是5分钟至2小时、尤其是5分钟至1小时、尤其是5分钟至30分钟的时间内进行。

在一个实施方式中，经过清洗和干燥的赤泥的加热可以在非还原性(中性)(气体)气氛中进行。由此可以避免赤泥中的成分尤其是铁化合物的(不希望的)还原。

在一个实施方式中，赤泥仅被加热一次(即非多次)。多次加热赤泥例如像预烧结在本发明方法中一般是不需要的，因而可以有利地放弃(本发明不需要的)附加方法步骤。

在一个实施方式中，该方法还可以包括：在加热后对(烧结或退火)的赤泥前置地进行造粒，以及随后的对造粒后的赤泥或者说颗粒进行压制。退火赤泥的成粒简化了(甚或唯此允许)在很窄地设定的湿度范围内进行压制。

在一个实施方式中，在制造改性赤泥的方法中可以制造根据本发明的改性赤泥。

储蓄介质包括根据本发明的改性赤泥。本申请意义上的“储蓄介质”尤其可以是指活性(或实际的)储蓄材料。例如在蓄热器的情况下该储蓄介质可以是蓄热材料，其必须具有相应的(或合适的)热容和导热性。

该储蓄介质可以除了改性赤泥外或许含有其它组成。

在一个实施方式中，该储蓄介质还可以包含以下组成中的一种或多种：

-用于避免空气夹杂(在储蓄介质内的空气吸收)和/或空气吸附(在表面从空气积累)的物质。(例如，用于电流/热储蓄器的基材可以借助双螺旋挤出机在添加5-10重量百分比的聚二甲基硅氧烷聚合物且同时采用真空脱气情况下以最高功率(例如前后相继的转盘真空泵)被处理，从而所有空气夹杂通过强烈分散在聚硅氧烷体系内被排除。所获物质是柔软的)，

-用于改善导热性的物质，其尤其选自由金属胶体、金属粉末、石墨和含硅物质组成的组，

-用于形成触变组合物的物质。(尤其通过在双螺旋挤出机中处理之前添加聚季戊四醇和羧酸(如C18)至载热基材，基材例如可以在更大范围中触变地调节。在电流/蓄热器的激活过程中，即在缓慢加热时，除了聚硅氧烷外也可以将这些试剂热解成碳，在这里，所出现的碳没有不利地影响到电流-热储蓄器的期望性能，而是改善了导热性)。

在一个实施方式中，该储蓄介质可以基本不含增塑剂(plastisizer)。增塑剂在本发明的赤泥中一般不是必需的，因此可以有利地放弃所述(本发明不需要)增塑剂。

该蓄热器包括根据本发明的储蓄介质。本申请意义上的“蓄热器”尤其可以是指下述装置，其作为活性蓄热材料包含该储蓄介质且还具有或许有的其它设备构件。

在一个实施方式中，该蓄热器可以是电流-热储蓄器。本申请意义上的“电流-热储蓄器”尤其可以是指如下的储蓄装置，其可将电能转化为热能和/将或热能转化为电能，尤其是不仅可将电能转化为热能，也可将热能转化为电能。

在一个实施方式中，该蓄热器还可以包括用于蓄热器的充能和放能的装置。用于蓄热器的充能和放能的装置例如可以是机械构件和/或其它构件如传导性触点或连接端且尤其是导电触点或连接端和/或导热触点或连接端。

在一个实施方式中，蓄热器可以是电流-热储蓄器，其还包括用于将电流转化为热的机构例如热火花塞或电阻丝或加热丝。由此可以实现将电能转化为热能。该机构在此可以间接或直接接触储蓄介质，例如可被嵌入其中。

在一个实施方式中，该蓄热器可以是热-电流储蓄器，其包含用于将热转化为电流的机构如用于产生水蒸汽或热空气的机构、透平和发电机。由此将可以实现热转化为电流。

本发明的蓄热器可以不仅设计用于电-热耦合(KW耦合)，也设计用于电-热-电耦合(KWK耦合)。换言之，本发明的蓄热器可被用于电-热耦合(或者说电流(力)-热耦合)还有电-热-电耦合(或者说电流(力)-热-电流(力)耦合)。所有为此所需的性能和特点如密度p、比导热能力Cp、工作温度区间ΔΤ、物质内的导热能力λ、在蓄热器中的热能固有导热能力(热扩散)、多孔性、晶粒或颗粒尺寸分布、硬度和同时高韧性以及化学稳定性可以通过本发明的改性赤泥因其化学组成或由制造决定的其改性来满足。

即，蓄热器的工作方式可被分为两步：

1.步骤：电-热(KW)耦合，

2.步骤：热-电(WK)耦合。

这两步分别可以单独地或组合作为电-热-电耦合来使用。

电-热耦合以95-100％效率工作。本发明的蓄热器为此是一种用于传热至需要热的***的理想介质，换言之，它是一种类型理想的传热体。例如其包含建筑物(地暖和壁暖)，还有所有类型的技术设备如锅炉、转管式炉、蒸馏装置、管道、咖啡机等等。这种传热(电-热耦合)至所有***是极其吸引人的，因为采用了具有95-100％效率的方法。现今所用的传热***以通常25-35％的效率工作。电-热-热耦合因此将能量需求、进而能量成本减少至约1/3。因此，可以在世界范围内节约非常大量的来自化石载能体燃烧的CO₂。用于电-热耦合的蓄热器可以被设计成：除了传热侧外将所有其它表面绝热。这适用于空间，就像用于所有类型的技术设备的金属面。

本发明还涉及将根据本发明的改性赤泥用作尤其是蓄热器中的储蓄介质的用途。

在一个实施方式中，改性赤泥可以被用于在高达1000℃、尤其是在高于100℃直到1000℃的温度下蓄热。但也可行的是用来在高于80℃、尤其高于90℃的温度下蓄热。

在一个实施方式中，改性赤泥能被用作可同时加热和冷却的储蓄介质。由此近似提供如下调整，例如可以借此调整达成：“该储蓄介质在工作中不被加热超过500℃，由此可以避免(三方)α-石英逆转为(六方)β-石英”。即，通过同时交付相应热量至其它介质并由此相应冷却来抑制储蓄介质杯加热超过预定阈值如500℃。

此事实情况是迄今储蓄器技术的革命性改进。迄今，所有储蓄器可以被(先后地)充能或放能，例如电池或抽水蓄能厂或电热蓄能器，其中首先借助电流产生热风，随后热风加热石头(充能过程)。热石头在第二步(放能过程)中把冷空气加热成热空气，其随后由水产生水蒸汽以驱动透平和发电机。在充能过程及放能过程中，将经历约100℃至如1000℃的温度区间或其部分。

所述两步法中的主要问题是储蓄器物质所含的晶体物质在充放能时所经历的温度区间中出现立方膨胀或收缩能力。因为所有所含物质在各温度区间具有不同的膨胀系数，故该物质(如天然石头)被***性破碎、进而毁坏，即未以所需程度出现耐热冲击性和耐热循环性。

因为可以同时充放能，就不再需要经历较大温度区间。储蓄器的运行可以正好在所期望的任意温度或者在窄的温度范围内进行。充能过程输入的能量在放能过程中以相同程度又被散走。换言之，在近乎恒定的温度，膨胀系数保持稳定而不变。为此回避了在每种所含物质中特定变化的膨胀系数的毁坏力。存在耐热冲击性和耐热循环性，即，蓄热器可以长时间运行。如果未超过例如500℃，则没有发生分解(除了氢氧化物、氧化物水合物和碳酸盐外)，也没有发生烧结过程。储蓄器物质的所有参数保持稳定，回避了改变，如分解、相变、烧结。通过排除游离的氢氧化钠或因碳酸盐化而由此出现的碳酸钠，防止了碱金属氧化物或碱土金属氧化物影响到在所经历的温度范围内形成化学矿物学种类。唯有如此才可形成清楚限定的、其参数在各方面都得以限定的物质。例如在本发明的储蓄器物质中仅包含如下材料：赤铁矿、α-Al₂O₃、锐钛矿、金红石、钙钛矿、钙霞石和石英。

如果出现应得以储蓄的尖峰电流量且储蓄器的工作温度范围例如必须被扩展到1000℃，那么储蓄材料的化学矿物学组成(见表1“矿物相铝土矿残余”)出现改变，但还是保持有耐热循环性和耐热冲击性，这是因为充放能过程在如下温度或窄的温度范围发生，即，不会发生由膨胀系数致使的储蓄器自毁。

在一个实施方式中，改性赤泥能被用作电流-热储蓄器中的储蓄介质。

在一个实施方式中，该储蓄介质可借助电流被加热和/或在产生电流情况下被冷却。

在一个实施方式中，该改性赤泥能被用于储蓄自可再生能源获得的电流。本申请意义上的“可再生能源”尤其可以是指风力、水力、潮汐力、太阳能、地热和生物质，但优选下述的可再生能源，其时间性产生很大程度不受人类影响，因而此时的有效储蓄可能性是极其有意义的，尤其是风力、潮汐力和太阳能。

在一个实施方式中，该电流-热储蓄器可以包括电阻丝，其通过电流被加热且因而加热该储蓄介质。

在一个实施方式中，在储蓄介质中储存的热能可被传输给其它介质优选液体介质，因而储蓄介质被冷却(放能)，在这里，所述其它介质尤其是选自由水，(水蒸汽)、熔盐如离子液和导热油或气体组成的组。

该储蓄介质例如可以像换热器那样被其它介质或换热介质流过。因为储蓄介质至少一开始的自由可塑性，故可以将储蓄介质相应设计成换热器。在此，例如可以设置蜿蜒形管，用于在一个相应的储蓄介质部件/多个储蓄介质部件中的相应流体介质。但另一方面，也可以如下设置呈几何形状块形式形成的储蓄介质件，即，出现横截面为矩形、多边形或圆形的相应管系。或者，相应的储蓄介质块也可以被流过或被其它介质或者说换热器介质“扫过”(当其它介质或者说换热器介质以可预选的流速经储蓄介质表面流走时)。

储蓄介质的冷却(放能)调整此时例如可以通过其它介质或换热器介质的温度和流速来进行。由此可以避免储蓄介质被加热和/或冷却超过或低于预定阈值。

电流的产生在此例如可以借助水蒸汽透平或者气体透平来进行，其中在后者情况下，该储蓄介质例如可以担负用于加热工作气体的“燃烧室”的功能。此时空气可被用作工作气体。

在一个实施方式中，该储蓄介质和放能装置可以表现为是一体的或单独构件。在此例如可以想到如下设备，在此，储蓄介质部件、调整装置和流动产生单元形成一个***，该***例如在具有太阳能设备的房屋领域中作为一个封闭单元被集成和安装。

在一个实施方式中，该电流-热储蓄器可以被用于在完成电流-热耦合之后输送电能，而没有线路***。为此例如可以提供小质量如3到5公斤的储蓄介质部件，其随后可以在隔热箱内可靠且微弱热损失地被长途运送。到了目标地点后，于是又可从热能中获得电能。

在一个实施方式中，该电流-热储蓄器可以在热-电流耦合后又产生电流。但对此，气体透平或水蒸汽透平也可以采用基于热电效应或塞贝克效应的热电发电机。

在一个实施方式中，该电流-热储蓄器可以被用于给孤立的耗能装置供应能量。

在一个实施方式中，该孤立的耗能装置可被提供热能和电能。即，在此可以与电网连接无关地实现所谓的单机运行。

在一个实施方式中，该电流-热储蓄器可以被用于给机器或移动装置如车辆供应能量。它例如适用于具有气体涡轮机驱动装置的车辆，在此该工作介质可以通过储蓄介质部件来加热。

在电-热-电耦合意义上，可同时充放能的蓄热器总是热电厂，它由例如可再生能量(进而不含CO₂)的电流产生装置、储蓄器、透平和发电机构成。

但这种蓄热器也能在理想形式下作为热传递件被用在其它***上。在此情况下，它是例如在设备技术领域中的电-热-热耦合。锅炉、转管式炉或所有类型的技术装置的加热不必再例如以水蒸汽或灼热燃气进行，相反可行的是，储蓄器物质例如通过功率(来自可再生能源的电流)被加热并通过直接接触被传递至例如金属或陶瓷或其它物质。因为电-热耦合的效率为95-100％，故该***的加热能以类似效率实现。所述优点将来会明显降低能量成本，并且简化工程构造。在此例如包括通过含储蓄介质的可加热部件加热建筑物。

本发明实施方式的其它的任务和优点结合以下的详细说明和附图变得清楚明白。

图1示出了常见的干燥的铝土矿残渣的颗粒尺寸分布。

图2示出了在赤泥在氧气(O₂)气氛或在氮气(N₂)气氛中从100℃加热到1000℃时的试样的密度曲线。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施方式的在1000℃被加热的赤泥的颗粒尺寸分布。

图4示出了如表3所示的用于根据本发明的一个示例性实施例的的比热容的测试系列的曲线图。

以下将描述本发明的进一步细节和其它实施方式。但本发明并不局限于以下具体描述，而是它只用于说明本发明的教导。

要指出的是，关于一个示例性实施方式或示例性主题所描述的特征可以与每个其它的示例性实施方式或每个其它的示例性主题相组合。尤其是，关于本发明改性赤泥的一个示例性实施方式所描述的特征可以与本发明改性赤泥的每个其它的示例性实施方式以及与改性赤泥制造方法、储蓄介质、蓄热器和改性赤泥用途的每个示例性实施方式相组合，反之亦然，除非另有明确的注明。

当用不定冠词或定冠词如“一个”、“一”和“该”、“所述”以单数称呼一个术语时，它也包含包含多数的术语，反之亦然，除非上下文另有明确限定。如本文所用的词语“包括”或“具有”不仅包括“包含”或“含有”的含义，也可以意味着“由…组成”和“基本由…组成”。

在本发明范围内执行的研究，首先，待研究物质在室温下表征，尤其是在室温下确定化学组成以及矿物学组成。此外，该物质被缓慢加热到1000℃，在这种情况下，每100℃测定该物质的矿物学相、密度和比热容。

待研究物质的特征是：

1.化学组成(典型用于铝土矿残渣)

·10-50重量百分比的铁化合物

·12-35重量百分比的铝化合物

·5-17重量百分比的硅化合物

·2-10重量百分比的二氧化钛

·0.5-6重量百分比的钙化合物

2.矿物学组成

在试验的最初状态下确定用X光照相得出的矿物相：

·赤铁矿

·针铁矿(Goethit)

·锐钛矿(Anatas)

·金红石(Rutil)

·钙钛矿(Perowskit)

·勃姆石

·水铝矿(Gibbsit)

·钙霞石(Cancrint)

·石英

3.颗粒尺寸

颗粒直径(μm)如图1所示。对此，该物质很细小且具有3个极值。在分散良好情况下预期该物质具有高密度，因为它可以将细小晶体加入中等细小的晶体的空隙和粗大晶体的空隙中。测定密度3.63(g/cm³)证实了这种估计。

通过加入热稳定的且化学惰性的具有任意晶粒尺寸分布的物质，仍旧存在的空腔可被减小，此时影响到机械性能、电气性能和热学性能。这在本发明意义上是储蓄器机构的进一步优化。

4.试验实施

试验物质样品在氧气和氮气条件下被逐步加热到1000℃。分别在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃取出样品并确定矿物学组成的以及密度的变化。

比热容在从室温(30.26℃)至584.20℃的温度范围内被测量。

5.结果解读

5.1.矿物相

根据温度，该物质的矿物学组成变化(见下表1)。

水铝矿在约300℃分解，针铁矿在约400℃分解，勃姆石在500℃分解。在573℃，α-石英转变为β-石英。

高于600℃，进行钙霞石Na₆Ca₂[(AlSiO₄)₆(CO₃)₂]的CO₂释放。密度的第一最大值存在于600℃。该物质在此主要由赤铁矿(Fe₂O₃)和刚玉(Al₂O₃)和少量的TiO₂、钙霞石和钙钛矿组成。

在1000℃，钙霞石和两个TiO₂相即锐钛矿和金红石转变为矿物铁板钛矿[(Fe³⁺)₂Ti]O₅和霞石[(Na,K)[AlSiO₄]。

表1：矿物相铝土矿残渣(散料密度0.944g/cm³)

5.2.密度

如图2所示，所述密度作为温度的函数从100℃的3.63(g/cm³)发展至1000℃的3.93(g/cm³)。伴随水和CO₂消除的矿物相分解以及烧结过程在600℃和700℃之间依序减小密度，直至达到1000℃又增大至数值3.93(g/cm³)。

对于在热学领域的应用，只能采用以下物质，其作为物体是稳定的并且在各自任意的温度范围内不消除其它气体如H₂O或CO₂，并且也不进行进一步烧结过程。氧化物如Fe₂O₃、Al₂O₃、TiO₂或者SiO₂在温度升高时几乎无显著变化。该物质加热至1000℃时密度保持恒定，冷却过程中密度仍然保持恒定的事实揭示出该物质的重要特点，例如未发生再水合。

5.3.颗粒尺寸

将本发明的物质加热到1000℃温度例如因分解氢氧化物、氧化物水合物或碳酸盐且以烧结过程而使颗粒直径移至明显更大的值(见图3)。因此例如

·d₁₀值从0.074μm增大至1.341μm，

·d₅₀值从0.261μm增大至6.743μm，

·d₉₀值从1.692μm增大至28.17μm。

5.4.比热容

该物质的比热容是温度的函数。随着温度升高，比热容也增大。下表2示出了相应的例子。

表2：在各不同温度时的比热容

		20℃	726.8℃
				Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	(kJ/(kg*K))	0.650	0.944
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	(kJ/(kg*K))	0.775	1.223
				SiO<sub>2</sub>	(kJ/(kg*K))	0.732	1.148
TiO<sub>2</sub>金红石	(kJ/(kg*K))	0.689	0.937
				TiO<sub>2</sub>锐钛矿	(kJ/(kg*K))	0.691	0.943

在混合物中，比热容是混合物的各自组成的比热容之和。

可供使用的物质的特征表明由各种不同的矿物物质组成的混合物。在加热时，这些物质部分分解，例如水或CO₂裂解，形成氧化物或其它化学稳定的矿物相。另外发生烧结过程。

该物质的测量结果在30℃表明数值0.791(kJ/kg*K)并在584℃表明数值1.037(kJ/kg*K)。在1000℃，可以通过外推取数值1.14-1.18(kJ/kg*K)(见图4)。

表3：测试系列比热容

当被加热到1000℃的物质冷却时，c_p值退回至对应于各自温度的值。但因为初始物质因矿物相分解和其它物质形成而已改变并且另外已发生烧结过程，故该物质在冷却后已经具有不同于初始物质的其它比热容值。重要的是要确定，在加热之后提供下述稳定物质，其可以被任意频繁加热和冷却且同时不经历混合物中的单独物质的进一步变化。如上所述，这也适用于密度。

5.5.比热导率

一个***的热导率尤其是取决于许多参数如压力、温度、矿物学组成、孔隙率、密度等。

通过加热可供使用的物质，如所示，所有的非热稳组成部分被分解。在加热之后存在这样的物质，其由刚玉(Al₂O₃)、赤铁矿(Fe₂O₃)、金红石和锐钛矿(TiO₂)以及耐火物质如铁板钛矿[(Fe³⁺)₂Ti]O₅或者霞石[(Na,K)[AlSiO₄]构成。

在下表4中，说明了下述物质的热导率的值和密度，其表明被加热的物质的最重要组成部分。

表4：一些组成部分的热导率和密度

在加热过程中，所产生的物质的颗粒直径明显增大，同时表面缩小。为此，在初级晶体内，传导性也增大至表4所示的值。原则上，在晶体混合物中在晶界处反射声子，导热能力同时降低，即，物质的晶体结构和导热能力处于因果关系。

在混和物质中还含有空气，所述空气作为弱导热体降低测定的导热率。为了避免该作用而建议各种不同方法，例如就包含了压力使用，即将物体压制成固体。

另外可以添加以下物质，其阻止在晶体之间的或晶体表面上的空气夹杂，进而实现坚硬物质块的制造。

例如以下就属于此：

·金属胶体

·金属粉末

·石墨

·基于硅的可烧结热解物质

除了添加所述物质外，还可以采用压力和热能。

能制造良好导热的物质块是非常重要的。为了将在加热后获得的物质用作蓄热器，良好的热导率尤其是避免空气夹杂，对于充能过程(物质加热)和放能过程(将储蓄热传递至***，产生例如蒸汽)非常重要。

例子

由未被加热的物质和一直加热到1000℃的物质按照比例1:1组成的可供使用物质的混合物利用5％PDMS(聚二甲基硅氧烷预聚合物)被表面改性并且被加入BUSS揉塑机中或并行的双螺杆挤出机。复合机具有135℃机体温度和最大真空脱气。转矩被调节至最大值的65-85％。该材料通过冷却输送机被取下。

如此形成的无水和无空气产物被加入隔离容器且被压实。随后缓慢加热到1000℃，进而使蓄热器准备好运行。代替PDMS，也可以采用其它物质如金属粉尘、石墨或盐溶液。

6.总结

作为原材料，采用在清洗或中和后尽量不含碱金属和碱土金属的铝土矿残余/赤泥。目的是获得简单且清晰限定的物质结构，其即便在退火至达到例如1000℃或更高温度后也具有清楚的参数。

在加热到1000℃温度时，混合物内的在此温度区间区内不稳定的所有成分分解。水铝矿、针铁矿、勃姆石以及钙霞石和二氧化钛相就属于此，它们在合适情况下在1000℃形成铁板钛矿[(Fe³⁺)₂Ti]O₅和霞石[(Na,K)(AlSiO₄)]。

在冷却后形成下述混合物，其由氧化物如Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂、SiO₂和或许耐高温物质如铁板钛矿和霞石组成，其在重新加热到1000℃时未显示出进一步变化。

伴随物质组成的上述变化，密度也从室温时的3.63(g/cm³)变化至1000℃的3.93(g/cm³)。预期过程还伴随烧结作用。当被加热到1000℃的混合物冷却时，在1000℃时所获得的密度保持不变，因为氧化物如Al₂O₃、Fe₂O₃以及TiO₂和SiO₂在25℃至1000℃的温度范围内未改变其密度。

该烧结作用和矿物相分解在混合物中使颗粒直径移向值增大方向。在加热之前例如存在d₅₀＝0.261μm和d₉₀＝1.692μm，而在加热之后可以测得以下值：d₅₀＝6.743μm和d₉₀＝28.17μm。颗粒增大意味着表面缩小和更高的热导率。在很小晶体之间的空气含量(弱导热体)被减小。

表征物质的比热容的研究表明比热容从25℃的0.79(kJ/kg*K)增大至600℃的1.037(kJ/kg*K)。在1000℃时，通过外推预期数值1.14-1.18(kJ/kg*K)。

如已经描述地，密度也增大，密度和比热容的乘积作为用作蓄热器的重要标准达到了高于水的值。水具有在20℃时的998.2的密度(kg/m³)并且突出的比热容4.182(kJ/kg*K)。为此得到体积热容4175(kJ/m³K)。而可供使用的物质具有密度3890(kg/m³)和比热容1037(kJ/kg*K)和进而约600℃时的体积热容4.034(kJ/m³K)。在1000℃时得到3930的密度值(Kg/m³)和c_p＝1.16(kJ/kg*K)。为此，体积热容达到数值4559(kJ/m³K)。该值明显高于水的值。

水与具体所述物质之间的主要区别是储蓄介质可工作的温度。水理想地在40℃和90℃之间的温度范围内工作，即具有50℃的ΔΤ，而所提供的物质可以在高达1000℃的温度范围内工作，即该物质可从100℃温度起蒸发水，因此以900℃的ΔΤ工作。因此缘故，所提供的物质可以相比于水储蓄15到20倍热量(体积相关)。

在储蓄介质中，热导率在储蓄介质中对充能过程(储蓄器加热)以及放能过程极其有意义。该物质主要所含的氧化物的热导率在3至35(W/m K)之间。对于蓄热器重要的是必须能将用作储蓄介质的物质压实至坚硬块体，热能流动可以在其中最佳进行，即从散热体进入储蓄介质、在储蓄介质内并从储蓄介质进入热能接收***。就此而言有利的是，在物质内或在物质表面消除导热差的气体。除了压力采用之后，也可加入“粘合”初级晶体的物质，其包含例如金属胶体、金属粉末、石墨、可烧结的含硅热解物质。重要的尤其也是以下事实，在可供使用的物质加热至1000℃过程中所有不稳定的物质分解，因此提供主要是氧化性的热稳储蓄介质，其可以被任意频繁地加热和冷却，此时不会有气体如H₂O或CO₂产生，其可能破坏储蓄块。

同时，蓄热器的充放能在任意温度或窄的温度范围内发生。由此，防止热膨胀系数的永久改变并且在蓄能器的长预计寿命意义上稳定热冲击行为和热循环行为。

可供使用物质用作储蓄材料，用于高温蓄热器

储蓄***

水和固态物质如迄今所述的物质属于敏感蓄热器***(敏感是因为储蓄物质的热是可感觉到的)。

蓄热器可以通过由来自风力发电场或太阳能设备的电能引起的电-热耦合被加热。在无风或昏暗的情况下，该蓄热器可以产生例如用于驱动涡轮的蒸汽，涡轮转而通过后置的发电机产生电能(热-电耦合)。蓄热器因此担负起应急电流机组的角色或者大多是“备用发电站”的角色。如果该过程成功，则也可以简单有效地设计输电线***。

对蓄能器的要求如下所述：

·高能量密度

·高功率密度

·低蓄积能耗

·低损耗

·低自动放能

·长循环寿命

·长使用寿命

·低投资成本

·低运行成本

可供使用的物质很好地满足了所提出的要求。

所述物质是

·无机的，

·无害的，

·耐用的，

·可回收的，

·大量可供使用的，

·非常经济的，

·在高达1000℃的温度范围内工作，

·可以同时充能和放能，

·可以简单制造。

尤其是可供使用的物质能作为敏感高温储蓄器同时充能和放能的事实情况允许运转可控的永久运行的蓄能发电站。为此，可以弥补供能空缺或者满足较高的需求要求。

此外，蓄热器尤其可被用于风力发电场或太阳能发电场，因而在那里产生的能量以“叠组方案”形式能作为基本负荷电力。

另外，小型蓄热器单元例如可以被用于例如居室的全部能量供应。这些小型单元例如通过可再生能源被加热，随后被用作完整的能量供应的常规替代，即用于居室的热能和电力供应。

另外，小型蓄热器单元可被用在所有类型的机器中以用于供能。

另外，电能可以在电-热耦合之后以无线路***的蓄热器形式变为可运送。

通过这种方式，也可以为车辆供能。可像电池那样定期更换的蓄热器可以在成功的热-电耦合之后驱动电动机，类似于锂电池。

用于将热转化为电能的装置可以作为储蓄器的整体组成部分实现，或者在与之独立的单元中实现。

例子

可供使用的物质是滤饼，其首先必须经受热处理，即须被缓慢加热到1000℃。此时，首先将滤饼的水含量蒸发掉，接着升温至1000℃，将在高温范围内不稳定的所有矿物质煅烧。于是，所述物质只还由氧化物以及稳定无机相如霞石或其它组成。该物质被冷却且形成储蓄物质。

储蓄物质的充能(即加热)直接通过所加入的电阻丝或加热元件实现，即在陶瓷套或其它***中的电阻丝。通过相应的控制机构，储蓄物质可以被持续调节到任何温度。

放能通过水循环回路实现，该水循环回路在合适的最佳(温度范围/蒸汽压)位置经过储蓄物质。水被蒸发，蒸汽驱动涡轮，产生电流。多余蒸汽通过冷却装置("冷却塔")又被送回到水循环回路。

在供热(最热部位)与耗热之间可以通过蓄热器介质的比热导率来调节出最佳比例。

蓄热物质与用于供热的加热装置和用于耗热的管路***(水)联合成一个单元。该单元对外绝热。

重要的是以下描述，如此表征的蓄热器***可以被同时充能和放能。一般，蓄能水电站被设计成被充电或放电，为此参见泵蓄能水电站。而凭借可由再生能源同时进行充放电的可能性，可以构建稳定的、能作为基本负荷的蓄能发电站。

用于敏感蓄热器的当前最重要的蓄热器***是水。该***的特征是用水理想地在40-90℃的温度区间区内工作，这是因为超过100℃的水以蒸汽形式存在。即，水具有50℃的ΔΤ。

与此不同，用由可供使用物质制造的储蓄物质工作的蓄热器***一直高达1000℃温度都能工作，即，该物质可以从100℃温度以上蒸发水，因此以900℃的ΔΤ工作。即，该***属于高温储蓄器***。

例子：

敏感水/ 蓄热器的对比

可以储蓄的热量的计算

储蓄物质可储蓄的热量Q按照以下公式：

Q＝m*cp*ΔT＝ρ*cp*V*ΔT[J]

m＝质量[kg]

c_p＝比热容[kJ/kgK]

ρ＝密度[kg/m³]

V＝体积[m³]

ρ^*c_p＝体积热容[kJ/m³K]

ΔT＝温度区间[K]

Q_(1m3)＝体积热容^*ΔΤ[J]

1.水(用于1立方米)

ρ＝998.2(kg/m³)

c_p＝4.182(kJ/kgK)

ρ^*c_p＝4175(kJ/m³K)

ΔT＝50K

Q＝4175(kJ/m³K)*50K^*1m³

Q＝208.7^*10³kJ

换算成Wh：

Q_水＝57.88kWh

2. (对于1立方米)

ρ＝3930(kg/m³)

c_p＝1.16(kJ/kgK)

ρ^*c_p＝4588.8(kJ/m³K)

ΔT＝900K

Q＝4588.8(kJ/m³K)*900K^*1m³

Q＝4102.9^*10³(kJ/m³)

换算为Wh：

3.对比 /水

Q_ALFERROCK/Q_水＝1.1397MWh/57.88kWh＝19.7

可以在高达1000℃的运行温度储蓄19.7倍热量。

高温蓄热介质也可以出色地用作低温时的蓄热器、换热器和热量调节器。以下事实值得注意，在可供使用物质加热时，密度从100℃的3.63g/cm³增大至1000℃的3.93g/cm³不是可逆的，而是作为常数停留在3.93g/cm³。参数ρ^*c_p为此提高了9％。

在以下的表5中说明了在约200℃、300℃、400℃、500℃和600℃范围内的可储蓄热量且示出有吸引力的值。

表5:对蓄能器的要求

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种改性赤泥，包含以下组成：

-赤铁矿(Fe₂O₃)，

-刚玉(Al₂O₃)，

-金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)，

-石英(SiO₂)，

-可选的钙钛矿(CaTiO₃)，和

-可选的铁板钛矿((Fe³⁺,Fe²⁺)₂(Ti,Fe³⁺)O₅)、霞石((Na,K)[AlSiO₄])和/或蓝方石((Na,Ca)_4-8[A1₆Si₆O₂₄(SO₄)])，

其中，该改性赤泥含有小于0.5重量百分比的Na₂O和/或玻璃。

2.根据权利要求1的改性赤泥，包含：

-48-55重量百分比的赤铁矿(Fe₂O₃)，

-13-18重量百分比的刚玉(Al₂O₃)，

-8-12重量百分比的金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)，

-2-5重量百分比的石英(SiO₂)，和

-小于0.03重量百分比的Na₂O和/或小于0.1重量百分比的玻璃。

3.根据权利要求1或2的改性赤泥，其中，该改性赤泥含有小于0.5重量百分比的钛酸铝(A1₂TiO₅)、铁(Fe)、钙铝石(Ca₁₂A1₁₄O₃₃)、钛尖晶石(Fe₂TiO₄)和/或钙铁榴石(Ca₃Fe₂(SO₄)₃)。

4.一种改性赤泥，其通过将具有以下矿物组成的经过清洗的赤泥加热到至少800℃、最好是至少1000℃的温度来获得：

-10-55重量百分比的铁化合物，

-12-35重量百分比的铝化合物，

-3-17重量百分比的硅化合物，

-2-12重量百分比的二氧化钛，

-0.5-6重量百分比的钙化合物，

-小于0.5重量百分比的Na₂O，和

-或许有的其它不可避免的杂质。

5.根据前述权利要求之一所述的改性赤泥，其中，该改性赤泥具有小于15％、尤其在5-12％范围内的多孔性。

6.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥具有在3.90-4.0g/cm³范围内的、尤其约为3.93g/cm³的密度。

7.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的平均颗粒尺寸d50在3-10微米之间，尤其在5-8微米之间。

8.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的颗粒尺寸d10在0.5-2.5微米之间，尤其在1.0-2.0微米之间，和/或该改性赤泥所具有的颗粒尺寸d90在15-50微米之间，尤其在20-40微米之间。

9.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的20℃时的比热容在0.6-0.8kJ/(kg^*K)范围内，尤其在0.65-0.75kJ/(kg^*K)范围内，和/或该改性赤泥所具有的726.8℃时的比热容在0.9-1.3kJ/(kg^*K)范围内，尤其在0.95-1.2kJ/(kg^*K)范围内。

10.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的比热导率在3-35W/(m^*K)范围内，尤其在5-20W/(m^*K)范围内，尤其在8-12W/(m*K)范围内。

11.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥以压制固体形式存在。

12.一种制造改性赤泥、尤其是根据前述权利要求之一的改性赤泥的方法，包括以下方法步骤：

清洗并干燥具有如下矿物组成的赤泥：

-10-55重量百分比的铁化合物，

-12-35重量百分比的铝化合物，

-3-17重量百分比的硅化合物，

-2-12重量百分比的二氧化钛，

-0.5-6重量百分比的钙化合物，和

-或许有的其它不可避免的杂质，并且

随后将经过清洗的赤泥加热到至少800℃、优选至少1000℃或1150℃的温度。

13.根据权利要求12的制造改性赤泥的方法，其中，赤泥的清洗借助含氯化铁(二价)的水进行。

14.根据权利要求12或13的制造改性赤泥的方法，其中，经过清洗和干燥的赤泥的加热在非还原性气氛中进行。

15.根据权利要求12至14之一的制造改性赤泥的方法，还包括以下步骤：

在加热后将赤泥制成颗粒，和

随后压制该颗粒。

16.一种储蓄介质，包括根据权利要求1至11之一的改性赤泥。

17.根据权利要求16的储蓄介质，还包括以下组成当中的一种或多种：

-用于避免空气夹杂和空气吸附的物质，

-用于改善热导率的物质，其尤其选自由金属胶体、金属粉末、石墨和含硅物质组成的组，

-用于形成触变性组成物的物质。

18.根据权利要求16或17的储蓄介质，其中，该储蓄介质基本不含增塑剂。

19.一种蓄热器，包括根据权利要求16至18之一的储蓄介质。

20.根据权利要求19的蓄热器，还包括用于该蓄热器的充能和放能的装置。

21.根据权利要求19或20的蓄热器，尤其是电流-热储蓄器，还包括用于将电流转化为热或将热转化为电流的机构。

22.根据权利要求19至21之一的蓄热器，其设计用于力-热耦合(KW耦合)或者力-热-力耦合(KWK耦合)。

23.将根据权利要求1至11之一的改性赤泥用作尤其是蓄热器中的储蓄介质的用途。

24.根据权利要求23的用途，用于在至多1000℃的温度、尤其在从大于100℃直至1000℃的温度蓄热。

25.根据权利要求23或24的用途，用作可重复地加热冷却的储蓄介质。

26.根据权利要求23至25之一的用途，用作可同时地加热冷却的储蓄介质。

27.根据权利要求23至26之一的用途，用作电流-热储蓄器中的储蓄介质。

28.根据权利要求23至27之一的用途，用作对建筑物中的供暖设备以及所有类型的技术设备的热传递件。

29.根据权利要求27的用途，其中，该储蓄介质借助电流被加热和/或在产生电流情况下被冷却。

30.根据权利要求27或28的用途，用于储蓄自可再生能源获得的电流。

31.根据权利要求27至29之一的用途，其中，该电流-热储蓄器包括电阻丝，该电阻丝通过电流被加热且因而加热该储蓄介质。

32.根据权利要求24至30之一的用途，其中，储蓄在该储蓄介质中的热能被传输给其它的优选流态的物质，因而该储蓄介质被冷却，其中，所述其它物质尤其选自由水、蒸汽、熔盐、导热油或气体组成的组。

33.根据权利要求23至31之一的用途，其中，该储蓄介质和放能装置以集成方式或是作为单独部件提供。

34.根据权利要求27至32之一的用途，其中，该电流-热储蓄器被用于在完成电流-热耦合之后输送电能，在没有线路***的情况下。

35.根据权利要求27至33之一的用途，其中，该电流-热储蓄器在热-电流耦合之后又产生电流。

36.根据权利要求27至34之一的用途，其中，该电流-热储蓄器被用于给孤立的耗能装置供应能量。

37.根据权利要求35的用途，其中，该孤立的耗能装置被供应热能和电能。

38.根据权利要求27至34之一的用途，其中，该电流-热储蓄器被用于给机器或移动装置如车辆供应能量。

Claims (38)

1.一种改性赤泥，包含以下组成：

-赤铁矿(Fe₂O₃)，

-刚玉(Al₂O₃)，

-金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)，

-石英(SiO₂)，

-可选的钙钛矿(CaTiO₃)，和

-可选的铁板钛矿((Fe³⁺,Fe²⁺)₂(Ti,Fe³⁺)O₅)、霞石((Na,K)[AlSiO₄])和/或蓝方石((Na,Ca)_4-8[A1₆Si₆O₂₄(SO₄)])，

其中，该改性赤泥基本不含Na₂O和/或玻璃。

2.根据权利要求1的改性赤泥，包含：

-48-55重量百分比的赤铁矿(Fe₂O₃)，

-13-18重量百分比的刚玉(Al₂O₃)，

-8-12重量百分比的金红石(TiO₂)和/或锐钛矿(TiO₂)，

-2-5重量百分比的石英(SiO₂)，和

-小于0.03重量百分比的Na₂O和/或小于0.1重量百分比的玻璃。

3.根据权利要求1或2的改性赤泥，其中，该改性赤泥基本不含钛酸铝(A1₂TiO₅)、铁(Fe)、钙铝石(Ca₁₂A1₁₄O₃₃)、钛尖晶石(Fe₂TiO₄)和/或钙铁榴石(Ca₃Fe₂(SO₄)₃)。

4.一种改性赤泥，其通过将具有以下矿物组成的基本不含Na₂O的经过清洗的赤泥加热到至少800℃、最好是至少1000℃的温度来获得：

-10-55重量百分比的铁化合物，

-12-35重量百分比的铝化合物，

-3-17重量百分比的硅化合物，

-2-12重量百分比的二氧化钛，

-0.5-6重量百分比的钙化合物，和

-或许有的其它不可避免的杂质。

5.根据前述权利要求之一所述的改性赤泥，其中，该改性赤泥具有小于15％、尤其在5-12％范围内的多孔性。

6.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥具有在3.90-4.0g/cm³范围内的、尤其约为3.93g/cm³的密度。

7.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的平均颗粒尺寸d50在3-10微米之间，尤其在5-8微米之间。

8.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的颗粒尺寸d10在0.5-2.5微米之间，尤其在1.0-2.0微米之间，和/或该改性赤泥所具有的颗粒尺寸d90在15-50微米之间，尤其在20-40微米之间。

9.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的20℃时的比热容在0.6-0.8kJ/(kg^*K)范围内，尤其在0.65-0.75kJ/(kg^*K)范围内，和/或该改性赤泥所具有的726.8℃时的比热容在0.9-1.3kJ/(kg^*K)范围内，尤其在0.95-1.2kJ/(kg^*K)范围内。

10.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥所具有的比热导率在3-35W/(m^*K)范围内，尤其在5-20W/(m^*K)范围内，尤其在8-12W/(m*K)范围内。

11.根据前述权利要求之一的改性赤泥，其中，该改性赤泥以压制固体形式存在。

12.一种制造改性赤泥、尤其是根据前述权利要求之一的改性赤泥的方法，包括以下方法步骤：

清洗并干燥具有如下矿物组成的赤泥：

-10-55重量百分比的铁化合物，

-12-35重量百分比的铝化合物，

-3-17重量百分比的硅化合物，

-2-12重量百分比的二氧化钛，

-0.5-6重量百分比的钙化合物，和

-或许有的其它不可避免的杂质，并且

随后将经过清洗的赤泥加热到至少800℃、优选至少1000℃或1150℃的温度。

13.根据权利要求12的制造改性赤泥的方法，其中，赤泥的清洗借助含氯化铁(二价)的水进行。

14.根据权利要求12或13的制造改性赤泥的方法，其中，经过清洗和干燥的赤泥的加热在非还原性气氛中进行。

15.根据权利要求12至14之一的制造改性赤泥的方法，还包括以下步骤：

在加热后将赤泥制成颗粒，和

随后压制该颗粒。

16.一种储蓄介质，包括根据权利要求1至11之一的改性赤泥。

17.根据权利要求16的储蓄介质，还包括以下组成当中的一种或多种：

-用于避免空气夹杂和空气吸附的物质，

-用于改善热导率的物质，其尤其选自由金属胶体、金属粉末、石墨和含硅物质组成的组，

-用于形成触变性组成物的物质。

18.根据权利要求16或17的储蓄介质，其中，该储蓄介质基本不含增塑剂。

19.一种蓄热器，包括根据权利要求16至18之一的储蓄介质。

20.根据权利要求19的蓄热器，还包括用于该蓄热器的充能和放能的装置。

21.根据权利要求19或20的蓄热器，尤其是电流-热储蓄器，还包括用于将电流转化为热或将热转化为电流的机构。

22.根据权利要求19至21之一的蓄热器，其设计用于电-热耦合(KW耦合)或者电-热-电耦合(KWK耦合)。

23.将根据权利要求1至11之一的改性赤泥用作尤其是蓄热器中的储蓄介质的用途。

24.根据权利要求23的用途，用于在至多1000℃的温度、尤其在从大于100℃直至1000℃的温度蓄热。

25.根据权利要求23或24的用途，用作可重复地加热冷却的储蓄介质。

26.根据权利要求23至25之一的用途，用作可同时地加热冷却的储蓄介质。

27.根据权利要求23至26之一的用途，用作电流-热储蓄器中的储蓄介质。

28.根据权利要求23至27之一的用途，用作对建筑物中的供暖设备以及所有类型的技术设备的热传递件。

29.根据权利要求27的用途，其中，该储蓄介质借助电流被加热和/或在产生电流情况下被冷却。

30.根据权利要求27或28的用途，用于储蓄自可再生能源获得的电流。

31.根据权利要求27至29之一的用途，其中，该电流-热储蓄器包括电阻丝，该电阻丝通过电流被加热且因而加热该储蓄介质。

32.根据权利要求24至30之一的用途，其中，储蓄在该储蓄介质中的热能被传输给其它的优选流态的物质，因而该储蓄介质被冷却，其中，所述其它物质尤其选自由水、蒸汽、熔盐、导热油或气体组成的组。

33.根据权利要求23至31之一的用途，其中，该储蓄介质和放能装置以集成方式或是作为单独部件提供。

34.根据权利要求27至32之一的用途，其中，该电流-热储蓄器被用于在完成电流-热耦合之后输送电能，在没有线路***的情况下。

35.根据权利要求27至33之一的用途，其中，该电流-热储蓄器在热-电流耦合之后又产生电流。

36.根据权利要求27至34之一的用途，其中，该电流-热储蓄器被用于给孤立的耗能装置供应能量。

37.根据权利要求35的用途，其中，该孤立的耗能装置被供应热能和电能。

38.根据权利要求27至34之一的用途，其中，该电流-热储蓄器被用于给机器或移动装置如车辆供应能量。