本发明专利技术属于储热材料领域，涉及一种复合相变储热材料及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；其中，步骤1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4‑5):(5‑6)；步骤2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4‑6):(6‑4)。本发明专利技术通过依次进行烧结改性、压制成型再烧结的工艺步骤，得到化学稳定性优良的改性钢渣，通过调节碳酸钾与改性钢渣的质量比可使所得复合相变储热材料的潜热在91.8‑143.5kJ/kg内变化。
【技术实现步骤摘要】
一种复合相变储热材料及其制备方法
本专利技术属于储热材料领域，涉及一种复合相变储热材料及其制备方法，尤其涉及一种改性钢渣基碳酸钾定型相变复合储热材料及其制备方法。
技术介绍
我国钢渣产量大(2018年年产1.1-1.2亿t)，但利用率低(小于30％)，大部分被填埋，造成了环境污染。钢渣多为氧化物组成，成本低，导热性好，适宜作为相变储热材料的载体，如大规模利用在相变储热材料制备中，对提高钢渣利用率，保护生态环境及降低相变储热材料制作成本具有重大意义。方圆等(2018年，182:21-29“改性钢渣基相变储能型丁苯橡胶的制备及其性能研究”，硅酸盐通报，2018年37(11):3669–3673,3683)利用钢渣对石蜡定型封装制得改性钢渣然后与橡胶复合制得钢渣基相变储能型丁苯橡胶。研究表面，制备得到的钢渣基相变储能丁苯橡胶有优良的储能性能。Zhang等(“Preparationoflow-temperaturecompositephasechangematerials(C-PCMs)frommodifiedblastfurnaceslag(MBFS)”，ConstructionandBuildingMaterials,2020年，238:117717.)制备的复合材料可冷热循环使用100次，具有良好的热稳定性。张浩等(“改性钢渣基相变微粉的制备与性能”，过程工程学报,2017年，17(6):1304–1309.)所得到改性钢渣基相变微粉可使混凝土的水化温度降低5.6℃，具备良好的储热性能。CN102898106A公开了一种高密实蓄热混凝土及其制备方法。由硫铝酸盐水泥、钢渣和玄武岩组成的集料、石墨，矿渣粉、水和减水剂制备而成；经多次试验，通过提高混凝土密度，提升了混凝土的储热密度。以上研究大多以石蜡为相变储热材料，工作温区低，或者是钢渣直接利用，作为显热储热材料。为了提升钢渣的利用率和相变储热工作温区，需要进一步研究钢渣与中高温熔盐类相变储热材料复合的可能，如碳酸钾。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种复合相变储热材料及其制备方法。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种复合相变储热材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；(2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；(3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；其中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)；步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)。本专利技术的方法中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)，例如为4:6、4.2:5.8、4.5:5.5、4.6:5.4、4.8:5.2或5:5等。在上述范围内可以保证碳酸钾与钢渣中的二氧化硅、氧化钙等组分完全反应。本专利技术的方法中，步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)，例如为4:6、4.2:5.8、4.5:5.5、4.7:5.3、5:5、5.2:4.8、5.5:4.5、5.7:4.3或6:4等。在上述范围内有利于提升得到的复合相变储热材料的潜热，潜热可以在91.8-143.5kJ/kg范围内变化。钢渣可以直接应用作为碳酸钾的基体材料，但是钢渣会与碳酸钾反应，生成蜂窝状气孔，不利于工业应用。本专利技术在将钢渣作为基体材料之前，将钢渣与一定比例的碳酸钾混合烧结，碳酸钾加热至熔化状态与钢渣中的二氧化硅、氧化钙等组分进行充分反应，得到了化学性质稳定改性钢渣基体材料。将改性钢渣与一定比例的碳酸钾混合后压制成型再烧结，得到了形貌良好、化学性质稳定、储热密度高的复合相变储热材料，该复合相变储热材料不再与碳酸钾反应，提高了钢渣的利用率，减少钢渣的废弃量。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。优选地，步骤(1)和步骤(2)所述碳酸钾在使用之前进行预处理：将碳酸钾进行球磨处理和干燥处理。优选地，所述碳酸钾经球磨处理后的粒径D50为45-90μm，例如可以是5μm、50μm、60μm、70μm、80μm或90μm。若碳酸钾的粒径过大，加热时碳酸钾受热不均匀，不利于熔化后的碳酸钾与钢渣的反应，若碳酸钾的颗粒过小，则加工难度大，加工时间长，不利于提高所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备效率，更优选为45-60μm。优选地，对碳酸钾进行干燥处理的温度为100-130℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、120℃或130℃，优选为120℃。优选地，对碳酸钾进行干燥处理的时间为6-12h，例如可以是6h、8h、10h、11h或12h，更优选为10-12h。优选地，步骤(1)所述钢渣在使用之前进行预处理：将钢渣进行球磨处理和干燥处理。优选地，所述钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，例如可以是25μm、3μ0m、40μm、50μm、60μm或65μm，若钢渣的粒径过大，比表面积过小，不利于熔化后的碳酸钾与钢渣充分接触反应，若钢渣的颗粒过小，则加工难度大，加工时间长，不利于提高所述改性钢渣基碳酸钾定型复合相变储热材料的制备方法的制备效率，更优选为35-50μm。优选地，对钢渣进行干燥处理的温度为100-130℃，例如可以是100℃、105℃、110℃、120℃或130℃，更优选为120℃。优选地，对钢渣进行干燥处理的时间为6-12h，例如可以是6h、8h、10h、11h或12h，更优选为10-12h。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为5:5。优选地，步骤(1)所述一次烧结的温度为910-960℃，例如可以是910℃、920℃、925℃、930℃、935℃、940℃、950℃或955℃。在此温度范围内，熔化的碳酸钾与钢渣接触反应的效果更佳。优选地，步骤(1)所述一次烧结的时间为1-5h，例如可以是1、1.5h、2h、3h、3.5h、4h或5h，优选为3-5h。优选地，步骤(1)所述一次烧结的升温速率为1-20℃/min，例如可以是1℃/min、3℃/min、5℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min、18℃/min、或20℃/min，优选为5-10℃/min。本专利技术的方法中，一次烧结改性步骤的设置避免了再烧结过程中碳酸钾与钢渣中的二氧化硅、氧化钙等组分的反应，保证了碳酸钾的有效含量。优选地，步骤(1)之后步骤(2)之前，对改性钢渣进行球磨处理和干燥处理。优选地，所述改性钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，例如可以是25μm、30μm、40μm、50μm、60μm或65μm，若改性钢渣的粒径过大，比表面积过小，不利于改性钢渣吸附熔融的碳酸钾，若改性钢渣的颗粒过小，则本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n(1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；/n(2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；/n(3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；/n其中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)；步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)。/n
【技术特征摘要】
1.一种复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将碳酸钾与钢渣混合后进行一次烧结，得到改性钢渣；
(2)将碳酸钾与改性钢渣混合后进行压制成型，得到坯体；
(3)对所述坯体进行二次烧结，得到复合相变储热材料；
其中，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为(4-5):(5-6)；步骤(2)所述碳酸钾与改性钢渣的质量比为(4-6):(6-4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)所述碳酸钾在使用之前进行预处理：将碳酸钾进行球磨处理和干燥处理；
优选地，所述碳酸钾经球磨处理后的粒径D50为45-90μm，优选为45-60μm；
优选地，对碳酸钾进行干燥处理的温度为100-130℃，优选为120℃；
优选地，对碳酸钾进行干燥处理的时间为6-12h，优选为10-12h。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述钢渣在使用之前进行预处理：将钢渣进行球磨处理和干燥处理；
优选地，所述钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，优选为35-50μm；
优选地，对钢渣进行干燥处理的温度为100-130℃，优选为120℃；
优选地，对钢渣进行干燥处理的时间为6-12h，优选为10-12h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述碳酸钾与钢渣的质量比为5:5。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述一次烧结的温度为910-960℃；
优选地，步骤(1)所述一次烧结的时间为1-5h，优选为3-5h；
优选地，步骤(1)所述一次烧结的升温速率为1-20℃/min，优选为5-10℃/min。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)之后步骤(2)之前，对改性钢渣进行球磨处理和干燥处理；
优选地，所述改性钢渣经球磨处理后的粒径D50为20-65μm，优选为35-50μm；
优选地，对改性钢渣干燥处理的温度为100-130℃；
优选地，对改性钢渣进行干燥处理的时间为6-12h。
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄云，王君雷，许东东，孙通，刘文巍，靳星，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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