双碳背景下提钒弃渣制备集热涂层及其性能.pdf
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1、37工业科技2023年(总第153期)攀枝花科技与信息第2 期第48 卷双碳背景下提钒弃渣制备集热涂层及其性能侯静,徐众,吴恩辉,李军,蒋燕,黄平攀枝花学院钒钛资源综合利用四川省重点实验室摘要冶金矿产固废综合利用是构建绿色低碳循环经济体系的重要组成部分,本文以提钒弃渣为原料,经除铁、球磨、打浆、喷涂制备提钒弃渣太阳集热涂层,以水为介质,研究了不同倾角下的集热板的集热性能,结果表明在倾角为30 时,提钒弃渣涂层集热板的集热效率最好,可达到8 4.6 9%,同条件下仅比蓝钛膜涂层集热板集热效率低6.8 1%。关键词提钒弃渣;集热涂层;低碳;冶金固废矿产资源综合利用是全面加强生态文明建设的重要环节,
2、随着我国生态文明建设的深入推进和环境保护要求的不断提高,冶金矿产固废综合利用已是我国构建绿色低碳循环经济体系的重要组成部分,既是全面提高矿产资源综合利用效率的本质要求,也是助力实现国家双碳目标,建设美丽中国的重要支撑门O提钒弃渣是钒渣经钠化培烧和水浸提钒后的冶金固体废弃物,近年来由于我国对钒的需求量越来越大,提钒弃渣也越来越多,仅鞍钢、承钢等企业每年排放的提钒弃渣就接近50 万t,大量提钒弃渣被堆弃,不仅占用场地,并且其中可溶性Cr+、V 5+会严重污染周围的环境2-4。提钒弃渣中含有大量铁、铬、锰、硅、钛的金属氧化物,可用于制备远红外涂料和防脱碳涂料5,而且由于大量黑色氧化物的存在使其对太阳
3、光吸收率超过9 0%,具有很好的光吸收性能,是良好的集热和蓄热功能材料6-8 ,笔者采用提钒弃渣作为原料制备太阳集热涂层,综合性能优异,工艺技术可行,而且具有价格优越性和冶金固废再利用意义,可以推广应用到平板热水器和其它集热设备上,在双碳目标背景下为提钒弃渣的综合利用提供了一条新的利用途径。1实验原料性能及研究方法1.1提钒弃渣的化学成分及粒度组成本实验提钒弃渣由四川省攀枝花市某企业提供,其化学成分见表1。粒度组成见表2,由表2 可以看出,粒度-0.0 7 4mm93.54%,-0.023mm64.41%,有助于涂层的制备。1.2提钒弃渣的物相组成与形貌提钒弃渣X射线衍射分析见图1,由图1可知
4、,提钒弃渣的主要物相组成为Fe203、Fe,TiOi5、Fe Cr,0 4以及硅酸盐相。图2 为提钒弃渣的SEM图,由图2 可以看出,提钒弃渣颗粒形貌呈条状和黏合状,其中黏合状颗粒较大,直径约为2 3 7 4m,条状颗粒尺寸38PZNZHIHUASCI-TECH&IFORMATION较小,横向尺寸小于10 m表1提钒弃渣主要化学成分/%Fe20;TiO2Si02MgOA1203CaoMnoCr.03Na,0V,0s其他41.8412.9014.403.573.202.507.842.248.122.081.31表2提钒弃渣的粒度组成/%粒径范围mm+0.154-0.154+0.074-0.07
5、4+0.038-0.038+0.023-0.023比例/%1.345.1210.3918.7464.411200一1-Fe,O;100032-Fe,TiO1s3-FeCr,O41328006001121400331200212010 203040506070809020/()图1提钒弃渣的X射线衍射分析1.3提钒弃渣太阳集热涂层的制备(1)集热板预处理。先对集热板表面蓝钛膜用砂纸进行打磨,磨除原装蓝钛膜涂层,再用氢氟酸清洗集热板表面,然后用稀盐酸对集热板表面进行刻蚀,最后再用细砂纸进一步对集热板表面进行打磨,得到无集热涂层的集热壁板。Sum20um图2提钒弃渣的SEM(2)提钒弃渣预处理。由于
6、提钒弃渣中铁含量较高,密度较大,在制备提钒弃渣浆料时容易分层,分散性不好,所以先对提钒弃渣碳热还原除铁处理,得到除铁后的提钒弃渣。除铁处理后的提钒弃渣成分见表3所示,然后将其球磨得到粒度细小的细粉颗粒(-0.074mm的颗粒大于9 0%)备用。表3除铁后的提钒弃渣主要化学成分/%Fe203Ti02Si02MgOA1,0;CaoMnoCr,03Na,0V,0s其他3.2921.4322.465.855.244.1012.843.6713.303.514.31(3)提钒弃渣浆料的制备。称取一定量的提钒弃渣细粉颗粒加入8%浓度的PVA溶剂中,加热的同时不断搅拌使提钒弃渣颗粒均匀分散在PVA溶剂中,分
7、别制备浓度为0.3g/mL和0.35g/mL的提钒弃渣浆料,待用。(4)提钒弃渣太阳集热涂层的制备。将制备的提钒弃渣浆料在热态的时候均匀喷涂在集热空板上,自然晾干,得到提钒弃渣太阳集热涂层集热板1.4提钒弃渣太阳集热涂层的集热效率测试以水为介质,来计算集热板的集热效率,集热效率计算公式为:=Q,(A G)9)。其中:m-集热效率,单位为%;Qn-集热板吸收的太阳辐射能,单位为w;A-集热器的面积,3920233年攀枝花科技与信息(总第153期)第48 卷第2 期单位为m;G-辐照度,单位为W/m集热板吸收的太阳辐射能计算公式为:Q,=(W,+W,)。其中:Qn-集热器吸收的太阳辐射能,单位为W
8、;W,-水升温的热量,单位为kJ;Wz-水的气化热量,单位为kJ。水升温的热量计算公式为:W,=cXm(T,-T。))。其中:W,-水升温的热量,单位为kJ;c-水的比热容,单位为KJ/(k g.);m-水的质量,单位为kg;T,-升温温度,单位为.;T。-初始温度,单位为。除升温以外,在集热板加热过程中,气化的水的热量计算公式为:W,=Xxm所示。其中:W,-水的气化热量,单位为kJ;x-水的汽化潜热,单位为kJ/kg;m-水的质量,单位为kg。2结果与讨论2.1提钒弃渣光吸收率的理论计算提钒弃渣中含有大量的金属氧化物,其主要金属氧化物的光吸收率见表4,结合表3计算其光吸收率为8 3.2 5
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