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1、(10)申请公布号 CN 103073312 A (43)申请公布日 2013.05.01 CN 103073312 A *CN103073312A* (21)申请号 201310033275.0 (22)申请日 2013.01.29 C04B 35/66(2006.01) (71)申请人 中国环境科学研究院 地址 100012 北京市朝阳区安外北苑大羊坊 8 号 (72)发明人 但智钢 徐夫元 杜兵 梁乾 康鹏 刘震 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 周长兴 (54) 发明名称 一种利用电解锰渣制备红外辐射基料的方法 (57) 摘要 一 种 利 用 电。
2、 解 锰 渣 制 备 的 红 外 辐 射 基 料， 其组成为 ： 质量百分比 30-90的 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO， 三 者 的 质 量 百 分 比 分 别 为 Fe2O350-80， MnO215-30， CuO3-20， 三种氧化 物之和为 100 ； 质量百分比 1-10的 B 组分 ： Co2O3和 CoO 中的一种或两种 ； 质量百分比 5-60 的C组分 ： 电解锰渣 ； 上述A组分、 B组分和C组分 之和为 100。本发明还公开了制备上述红外辐 射基料的方法。本发明通过利用工业废弃物锰渣 制备高发射率红外节能涂料基料， 提供高附加值 的清洁生产技术。 (5。
3、1)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103073312 A CN 103073312 A *CN103073312A* 1/1 页 2 1. 一种利用电解锰渣制备的红外辐射基料， 其组成为 ： 占总体质量百分比 30-90的 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO， 三者的质量百分比分别为 Fe2O350-80， MnO215-30， CuO3-20， 三种氧化物之和为 100 ； 占总体质量百分比 1-10的 B 组分 ： Co2O3和 CoO 中的一。
4、种或两种 ； 占总体质量百分比 5-60的 C 组分 ： 电解锰渣 ； 上述 A 组分、 B 组分和 C 组分之和为 100。 2. 根据权利要求 1 所述的红外辐射基料， 其中， B 组分中的 Co2O3和 CoO 的质量百分含 量分别为 0-60和 0-60。 3. 一种制备权利要求 1 所述红外辐射基料的方法， 主要步骤是 ： 1) 将 C 组分的电解锰渣于 600 -800煅烧预处理， 炉内冷至室温 ； 2) 将 A 组分、 B 组分和煅烧后的 C 组分研磨混均， 进行烧结处理， 烧结温度为 1000 -1400， 保温时间为 0.5h-4h。 4.根据权利要求3所述的方法， 其中， 。
5、步骤2的升温烧结过程， 在550-1150设置有 多个保温点， 保温时间 5-60min。 权 利 要 求 书 CN 103073312 A 2 1/4 页 3 一种利用电解锰渣制备红外辐射基料的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种涂料的制备方法， 更具体地涉及一种利用电解锰渣制备高发射率 节能基料的方法。 背景材料 0002 锰是重要的工业生产原料， 素有无锰不成钢之说， 主要作为炼铁和炼钢过程中的 脱氧剂和脱硫剂。 随着现代工业的发展， 锰的用途越来越广， 锰及锰合金已经应用在有色冶 金、 电子技术、 化学工业、 食品卫生、 航天工业等各个领域， 是国民经济中重要的基础物资。 经过近半。
6、个世纪的发展， 目前我国已成为全球最大的电解锰生产国、 消费国、 出口国。 0003 由于矿石品位的逐年贫化， 杂质含量高， 加上生产工艺的制约， 电解锰工业每年产 出并堆积大量废渣， 制约着电解锰工业的健康发展， 同时又危害着生态环境与周边居民的 身体健康， 电解锰废渣的处理和资源化利用问题就越发突出。 0004 锰渣中含有的 SiO2、 Al2O3、 MnO2等一些过渡金属氧化物是锰系高发射率涂料的主 要成分， 利用锰渣制备辐射基料试图为锰渣的再利用， 探索新的具有高附加值的锰渣资源 化利用清洁生产技术， 以解决锰渣污染和资源化利用等问题， 保证电解锰企业的健康发展， 具有重要的社会、 环。
7、境和经济意义。 0005 目前工业炉上为改善炉内的辐射传热， 达到提高热效率、 节能、 增产与提高产品质 量目的， 红外辐射节能涂料已实现广泛应用。红外辐射涂料主要由发射基料与载体粘结剂 组成， 其中研究更多的辐射基料主要由过渡金属氧化物经高温合成的一种具有尖晶石结构 的结晶物相。 0006 红外辐射涂料是指在红外波段具有高辐射率或特征辐射率的材料， 由辐射粉体基 料和载体粘结剂组成， 辐射粉体基料用于提供高辐射性能， 载体粘结剂可以使涂料牢固地 粘结在基体表面。随着红外材料技术的不断发展， 人们发现了很多红外光谱发射率较高的 物质， 并以这些物质为基料研制出了多种红外辐射涂料， 以改善物体表。
8、面的辐射特性， 达到 强化辐射传热的目的。 0007 早期的红外辐射涂料主要以碳化硅、 氧化锆、 锆英砂等单质或化合物为辐射成分， 以简单的无机盐为粘结剂。 现在红外辐射涂料的辐射成分是由多种物质或化合物通过特殊 的材料复合工艺复合而成的， 其粘结剂也由单一物质转化为多种微粉、 溶胶及化学粘结剂 组成的复合溶体。 0008 目前， 红外辐射涂料的粉体基料主要是金属氧化物的复合物和碳化物， 主要有 Cr2O3、 TiO2、 ZrO2、 Fe2O3、 MnO2、 NiO、 CoO、 CuO、 SiO2、 Al2O3、 MgO、 La2O3、 CeO 和 SiC 等。对于低 温干燥炉窑使用的红外辐射。
9、涂料， 常用的粘结剂为水玻璃和磷酸盐水溶液 ； 对于中高温红 外辐射涂料的粘结剂， 常用的为多种微粉或溶胶， 一般为 SiO2、 Al2O3、 Cr2O3微粉或溶胶。 0009 根据红外辐射涂料的成分不同， 可分为如下几个类别 ： 0010 氧化铁 - 氧化镁系、 氧化铁 - 氧化锰系、 氧化铝 - 氧化硅系、 氧化锆系、 氧化钴系、 氧化铬系、 堇青石系、 碳化硅系、 锆英砂系等。 说 明 书 CN 103073312 A 3 2/4 页 4 0011 红外辐射节能涂料的辐射机理 0012 一般材料都是由多原子组成的大分子结构的物质。多原子分子在振动时， 只有振 动过程中能改变分子的对称性而。
10、使偶极矩发生变化的振动方式， 才能吸收或产生红外辐 射， 振动过程中偶极矩变化越大， 相应的吸收带或辐射带越强。 组成分子的原子电负性相差 越大， 振动过程中的偶极矩变化也就越大， 红外吸收带就越强。振动粒子的电荷越多， 偶极 矩的变化越大， 红外辐射就越强。 由于偶极矩和晶体结构中存在的杂质及缺陷直接有关， 故 可通过控制晶体结构加入外来离子等措施来提高材料的红外辐射性能。刘晓芳等人通过 X 射线衍射、 红外光谱测试、 核磁共振和光电子能谱分析发现过渡氧化物固溶堇青石系红外 辐射涂料仍保持着堇青石结构。但是， 过渡金属离子 Zn2+、 Ti4+的固溶作用， 引起堇青石中 Al、 Si 等元素。
11、的化学环境发生变化， 造成了晶格畸变， 降低了晶格振动的对称性从而使材料 的红外辐射性能提高。从而说明外来离子的固溶使晶体振动的对称性降低， 偶极矩相应发 生变化， 影响着红外节能涂料的辐射。 0013 目前使用的绝大多数红外辐射材料在 8um 以上波段的辐射特性主要由于二声子 组合辐射或多声子组合辐射机制。而高温红外辐射材料则要求提高材料在波段为 2-5um 红外短波段的辐射能力。而这一波段的吸收主要来自自由载流子的带内跃迁或杂质能级 到导带的直接跃迁， 欧阳德刚等人对红外辐射材料在工业炉中的应用做了大量研究， 并研 究了高辐射材料的辐射机理， 认为单纯材料的强辐射机制是二声子或多声子组合频。
12、吸收， 所谓二声子或多声子辐射是指辐射一个光子， 同时湮灭两个或多个声子的过程， 它归因于 材料内晶格之间的非谐势或晶体内电偶极矩对位移的二阶、 三阶或多阶项， 强辐射波段为 5-10um、 1-5um 波段的强辐射机制是杂质能级的电子跃迁及自由载流子引起的辐射， 故化学 掺杂是改善材料红外短波区辐射性能的有效途径。 0014 随着工业和科技的高速发展， 能源危机日益加深。红外加热迅速发展成为一门新 兴技术领域， 由于其显著的节能效果， 世界各国均越来越重视， 红外辐射节能涂料得到了更 多研究应用， 如今， 红外辐射涂料的应用已经从单一的加热、 干燥等向医疗保健、 化工、 军 事、 航空等诸多。
13、领域延伸 ； 从高温应用向更多的低温应用转变， 并向功能化转变。 0015 其中， 红外干燥和加热是红外辐射材料最早、 最直接、 最广泛的应用， 特别在近 二十多年来， 许多技术先进的国家投入大量的人力、 物力进行红外辐射涂料的研制与应用 技术研究， 推出了许多在实际工业炉生产中应用效果优良的红外辐射涂料。 在美国， 甚至有 人把红外加热列为 120 种节能措施中的第三种。 0016 目前对电解锰渣的研究还比较少， 从已有文献资料介绍来看， 电解锰渣作为一种 含硫酸盐的硅铝质材料， 目前的研究主要集中在用作农用肥料和建筑材料等方面， 无论从 消纳容量还是从环保角度来看都在一定程度上有它积极的意。
14、义， 但这些研究结果只是对其 资源化的初步尝试， 应用在锰渣建材制品中且由于电解锰渣组成、 形态变化较大， 需要对其 进行深入系统研究方可实现其大规模资源化利用。 0017 再者， 当今世界矿物能源不断接近枯竭， 以我国的工业窑炉耗能为例， 约占总能耗 的 25 -40， 而窑炉的平均热效率仅为 30左右。红外辐射涂料作为工业炉上的一种节 能新材料， 在工业炉中应用可收到良好的节能效果， 同时对基体材料具有良好的保护作用， 可延长工业炉使用寿命、 减轻炉窑维护工作量。 此外， 通过强化炉内辐射传热改善炉内加热 的温度均匀性， 提高炉子的热效率及产品的加热质量。具有强大的生命力和广泛的应用前 说。
15、 明 书 CN 103073312 A 4 3/4 页 5 景。 发明内容 0018 本发明的目的在于提供一种利用电解锰渣制备的红外辐射基料。 0019 本发明的又一目的在于提供一种制备上述红外辐射基料的方法。 0020 为实现上述目的， 本发明提供的利用电解锰渣制备的红外辐射基料， 其组成为 ： 0021 质量百分比 30-90的 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO， 三者的质量百分比分别为 Fe2O350-80， MnO215-30， CuO3-20， 三种氧化物之和为 100 ； 0022 质量百分比 1-10的 B 组分 ： Co2O3和 CoO 中的一种或两种 ； 002。
16、3 质量百分比 5-60的 C 组分 ： 电解锰渣 ； 0024 上述 A 组分、 B 组分和 C 组分之和为 100。 0025 所述的红外辐射基料， 其中， B 组分中的 Co2O3和 CoO 的质量百分含量分别为 0-60和 0-60。 0026 本发明提供的制备上述红外辐射基料的方法， 主要步骤是 ： 0027 1) 将 C 组分的电解锰渣于 600 -800煅烧预处理， 炉内冷至室温 ； 0028 2) 将 A 组分、 B 组分和煅烧后的 C 组分研磨混均， 进行烧结处理， 烧结温度为 1000 -1400， 保温时间为 0.5h-4h。 0029 所述的方法， 其中， 步骤 2 的。
17、升温烧结过程， 在 550 -1150设置有多个保温点， 保温时间 5-60min。 0030 本发明提供的新的锰渣资源化利用技术， 利用工业废弃物锰渣制备高发射率红外 节能涂料基料， 从而提供一条高附加值的清洁生产技术。 具体实施方式 0031 实施例 1 0032 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO 的质量百分比分别为 60、 20、 5， B 组分 ： Co2O3的质量 百分比 5， C 组分 ： 锰渣的质量百分比 10。将电解锰渣于 600煅烧预处理并冷至室温， 然后按上述比例将物料研磨混均后， 烧结工艺为 ： 温度1150、 保温2小时， 其中在550和 920分别保温时。
18、间 30min， 制备的基料发射率 0.89。 0033 实施例 2 0034 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO 的质量百分比分别为 60、 20、 5， B 组分 ： CoO 的质量 百分比 5， C 组分 ： 锰渣的质量百分比 10。将电解锰渣于 600煅烧预处理并冷至室温， 然后将上述比例将物料研磨混均后， 烧结工艺为 ： 温度1150、 保温2小时， 其中在550和 920分别保温时间 30min， 制备的基料发射率 0.84。 0035 实施例 3 0036 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO 的质量百分比分别为 69、 15、 5， B 组分 ： Co2O。
19、3的质量 百分比 5、 CoO 的质量百分比 1， C 组分 ： 锰渣的质量百分比 5。将电解锰渣于 600 煅烧预处理并冷至室温， 然后将上述比例将物料研磨混均后， 烧结工艺为 ： 温度 1300、 保 温 2 小时， 其中在 550、 920和 1150分别保温时间 60min， 制备的基料发射率 0.96。 0037 实施例 4 说 明 书 CN 103073312 A 5 4/4 页 6 0038 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO 的质量百分比分别为 57、 15、 3， B 组分 ： Co2O3的质量 百分比10， C组分 ： 锰渣的质量百分比15。 将电解锰渣于600。
20、煅烧预处理并冷至室温， 然后将上述比例将物料研磨混均后， 烧结工艺为 ： 温度1210、 保温2小时， 其中在550和 920分别保温时间 30min， 制备的基料发射率 0.91。 0039 实施例 5 0040 A 组分 ： Fe2O3、 MnO2、 CuO 的质量百分比分别为 27、 7、 3， B 组分 ： Co2O3的质量 百分比 3， C 组分 ： 锰渣的质量百分比 60。将电解锰渣于 600煅烧预处理并冷至室温， 然后将上述比例将物料研磨混均后， 烧结工艺为 ： 温度1400、 保温4小时， 其中在550和 920分别保温时间 60min， 制备的基料发射率 0.90。 说 明 书 CN 103073312 A 6 。