本发明属于储热技术研究领域，具体涉及一种用于中高温储热的铁矿石热物性强化的配方和制备方法。
背景技术：
储能技术是能源科学技术中的重要部分，具有重要的经济和社会意义。储能一般分为储电和储热技术。储电技术一般是在工业革命尤其是电力革命后才出现的储能技术。相比于储电技术，储热技术发展较早，这一方面是由于在人类的活动中，绝大多数能量是需要经过热能的形式和环节被转化和利用的，尤其是在我国，这个比例达到90％以上；另一方面取决于储热技术的简单和普遍应用，如我国北方地区的取暖即是利用储热技术解决热能供求在时间上的不匹配。储热技术能够提高能源利用率，解决能量转换和利用时，供求时间、空间上的不匹配矛盾问题，如储热技术可以解决电力系统中电网的“移峰填谷”，同时也是利用电力改善城市环境的有效途径。目前储热技术主要应用于太阳能利用、建筑节能、采暖、现代农业温室、医疗仪器控温、服装保暖、工业加热、热泵干燥机组的节能、军事红外伪装等诸多领域。近些年来，为解决环保和电能充分利用等问题，储热式电采暖在我国，尤其是北方得到关注。
储热式电采暖是在用电低谷时段将电锅炉产生的热量存储在储热装置中，等到用电高峰时段，停止电锅炉运行，利用储热装置中存储的热量向建筑物供暖。储热式电采暖充分利用峰谷电价政策，将高电价时段的采暖用电负荷转移到低电价时段，在用电总量基本不变的前提下，实现了采暖电费的节约。对于采暖用户来说，储热式电采暖显著降低了采暖电费；对于电网公司来说，储热式电采暖削减了高峰负荷，转移了高峰电量，缓解了电网峰谷差，提高了整个电力系统的能效；对于社会来说，储热式电采暖无任何污染物排放，具有良好的环境效益。
储热式电采暖适用的储热技术涉及显热，潜热和热化学储热三种，其中热化学储热目前是实验室技术，尚不具备推广应用基础。相变潜热和显热比较，相变潜热具有高储热密度和热导，技术也相对成熟，和显热材料比较，市场上存在明显竞争优势，得到普遍关注。但是考虑到相变储热材料诸多问题，典型的如腐蚀性，热传导低等，尽管可以采用多种技术，如陶瓷成型封装技术等，来进行有效封装，利用微孔浸润原理将相变材料封装在多孔陶瓷材料中加以使用以解决相变材料的腐蚀和高温流失问题，但是封装效果有限，在使用过程中存在诸多问题，如吸潮、熔盐泄露、循环开裂等，而且循环使用寿命有限，成本高，面临生产应用前无法避免的技术缺憾，市场普遍应用尚存在核心技术突破。因此，在国内市场上尚无稳定的应用产品出现。
目前国内外的储热市场已经投入应用的主流产品是显热材料，如氧化镁，氧化铁，硅砖等。显热材料和相变材料相比较有很多优势，如储热系统简单，容易操作，成本低，而且显热材料高温性能稳定，循环使用寿命满足应用要求，但是显热材料普遍存在热导低，比热容低的问题。本发明基于该实践研究背景，采用陶瓷掺杂手段，对目前市场主流显热储热材料之一的铁矿石储热材料进行有效成分掺杂调整，制备出新型的高储热密度的铁矿石储热材料，具备广泛的工业应用基础。
技术实现要素：
为了克服目前市场流通的显热材料储热性能的不足，本发明基于陶瓷性能改进的掺杂技术基础之上，提供了一种用于优化铁矿石储热材料的配方及其制备方法。经过掺杂改性的铁矿石的储热密度可以和相变储热材料储热密度相当，从而有效提高显热材料的性能，同时使其兼具中温、高温的性能稳定的特点，可以有效延长热循环使用寿命，而且制备方法简单实用，就目前国内外文献显示，系首次研究结果，具有工业化基础。本发明的技术方案如下。
一种用于中高温储热的铁矿石热物性强化的配方，包括以下质量百分比计组分：
铁矿石52-75％
助烧剂3-10％
改性剂15-40％。
具体地，所述的铁矿石按质量百分数计包括：氧化铁72-88％、二氧化硅4-20％、氧化镁1-5％和氧化铝1-5％；所述的助烧剂包括三氧化二铋、三氧化二硼等，助烧剂有助于降低铁矿石的烧结温度，提高样品致密度，进而提高产品储热密度；所述的改性剂，包括纯金属(铝、铜)和/或氧化物(二氧化硅、氧化铝)等，所述的改性剂有助于强化铁矿石的热学性能等。
所述的一种用于中高温储热的热物性强化的铁矿石储热材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)粉碎、研磨铁矿石，并过筛；
(2)将步骤(1)过筛后的铁矿石和助烧剂、改性剂按配方量均匀混合；
(3)将步骤(2)得到的混合粉体压制成型、烧结，得到一种用于中高温储热的-热物性强化的铁矿石储热材料。
具体地，根据上述配方制备铁矿石储热材料的方法，所述的研磨、过筛后铁矿石的粒径＜300μm。
具体地，根据上述配方制备铁矿石储热材料的方法，所述的压制成型压力为200～1000mpa，保压时间为10s～10min。
具体地，根据上述配方制备热物性强化的铁矿石储热材料的方法，所述的烧结工艺参数为：30～50min内升温至100℃并保温30min，随后30～50min内升温至300℃并保温30min，最后以5～15℃/min的速率升温至目标温度，保温2h后，随炉冷却。
本发明的效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的铁矿石储热材料组分合理，改性后的铁矿石产品热性能有很大提高，比热容可以提高25～50％，达到0.93j/(g·k)，热导率可以提高110％～160％，达到7.2w/(m·k)，储能密度可达4.2j/cm3·k，和相变储热材料储热密度相当。
(2)本发明制备的产品在中、高温下性能稳定性好，热循环使用寿命长，可达5000次。
(3)本发明的制备方法简单实用，烧结温度低，降低能耗，且因为产品热性能优异，较传统铁矿石而言，所需储热装置体积较小，具有工业化应用推广价值。
具体实施方式
本发明提供了一种用于中高温储热的铁矿石热物性强化的配方和制备铁矿石储热材料的方法，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但这些实施例并不是对本发明的进一步限定。对比例和实施例制备的样品热性能数据列于表1。对比例1
以铁矿石为原料，经过粉碎、研磨、过筛得到粒径＜300μm的铁矿石粉。将一定量的粉体加入到模具中，在400mpa的压力下保压30s，然后进行烧结，烧结程序为：40min从室温升到100℃，并保温30min，随后40min内再升至300℃，并保温30min，最后以10℃/min升温至1000℃，保温2h后随炉冷却。得到传统铁矿石砖“对比例-1”。
实施例1
本实施例提供了一种用于中高温储热的改性铁矿石的配方，可制备出烧结温度低、致密度良好的改性铁矿石产品，按质量百分比计，配方包括以下组分：
上述的一种用于中高温储热的改性铁矿石的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉碎、研磨后的铁矿石过筛，得到粒径＜300μm的铁矿石粉；
(2)将步骤(1)过筛后的铁矿石和三氧化二硼、二氧化硅、三氧化二铝按配方量均匀混合；
(3)将步骤(2)得到的混合粉体在400mpa的压力下保压30s，然后进行烧结，烧结程序为：40min从室温升到100℃，并保温30min，随后40min内再升至300℃，并保温30min，最后以10℃/min升温至800℃，保温2h后随炉冷却。得到用于中高温储热的改性铁矿石砖“实施例-1”。
实施例2
本实施例提供了一种用于中高温储热的改性铁矿石的配方，可制备出热性能优异的改性铁矿石产品，按质量百分比计，配方包括以下组分：
上述的一种用于中高温储热的改性铁矿石砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉碎、研磨后的铁矿石过筛，得到粒径＜300μm的铁矿石粉；
(2)将步骤(1)过筛后的铁矿石和三氧化二铋、纯铝、二氧化硅、三氧化二铝按配方量均匀混合；
(3)将步骤(2)得到的混合粉体在400mpa的压力下保压30s，然后进行烧结，烧结程序为：40min从室温升到100℃，并保温30min，随后40min内再升至300℃，并保温30min，最后以10℃/min升温至850℃，保温2h后随炉冷却。得到用于中高温储热的改性铁矿石砖“实施例-2”。
实施例3
本实施例提供了一种用于中高温储热的改性铁矿石的配方，可制备出热性能优异的改性铁矿石产品，按质量百分比计，配方包括以下组分：
上述的一种用于中高温储热的改性铁矿石砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粉碎、研磨后的铁矿石过筛，得到粒径＜300μm的铁矿石粉；
(2)将步骤(1)过筛后的铁矿石和三氧化二硼、纯铝、二氧化硅、三氧化二铝按配方量均匀混合；
(3)将步骤(2)得到的混合粉体在400mpa的压力下保压30s，然后进行烧结，烧结程序为：40min从室温升到100℃，并保温30min，随后40min内再升至300℃，并保温30min，最后以10℃/min升温至850℃，保温2h后随炉冷却。得到用于中高温储热的改性铁矿石砖“实施例-3”。
表1
由表1可见，本发明制备的样品与传统的铁矿石砖相比，热性能有了明显提高，热循环寿命更长。且通过实施例可以看出，本发明制备样品的方法简单实用，具有工业推广和应用价值。
基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。