一种高导热的金属-氯化物熔盐材料及制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业节能和可再生能源规模化利用领域，特别涉及一种高导热的金 属-氯化物熔盐材料及制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 工业是我国最大的终端用能消费部门，占全国能源消费总量的70%左右。其中大 规模原材料工业占全国工业总产值的43%，但能耗占工业总能耗的72%，占全国能源总量 的52%。余热平均回收利用率远低于国际先进水平，是导致工业能源利用效率低的主要原 因。以高温工业余热回收为例，据不完全统计，我国已经投产和在建的1000 m 3级以上的大 型高炉约有169座，估算综合生铁产能在3. 2亿吨左右，因此每年我国大型高炉产渣量接近 1亿吨，高温炉渣的出炉温度在700~1600°C之间，携带热量折合标煤600万吨。而实际生 铁产量和渣铁比都高于理论值，因此高温炉渣所携带的热量更为巨大。实现高温炉渣热能 回收利用的一种方法是利用介质与高温炉渣接触或辐射进行热交换，然后将高温介质携带 巨大能量转化为其他形式的能量加以利用。因此研制一种在高温（3 800°C )下传热性能 好、性质稳定的换热介质就成为关键性问题。实现高温炉渣热能的回收利用，不仅符合现阶 段国家倡导的节能减排政策和可持续发展战略，而且可以节约企业生产成本，降低能耗，实 现自身效益的最大化。
[0003] 另一方面，太阳能高温热利用包括太阳能热发电和太阳能热化学反应蓄能。由于 太阳能具有间歇性、能量密度低和稳定性差等缺点，难以满足连续用能的需求，且太阳光聚 焦后会产生很高的温度。故选择性能可靠的高温传热蓄热材料将是提高太阳能热发电和太 阳能热化学反应蓄能效率的关键技术之一。
[0004] 熔融盐作为一种无机化合物，粘度小、导热性能好、腐蚀性弱、蒸汽压低、使用温度 范围广、价格便宜，成为中高温传热蓄热材料的首选。研宄表明，与高温导热油相比，运用熔 融盐（硝酸熔盐）可以使太阳能电站最高工作温度提高到500°c左右，使得蒸汽轮机发电效 率提高到40%。此外，运用熔融盐还可以使储热效率提高2. 5倍，增强了蓄热能力，减小了 蓄热成本。
[0005] 目前用于太阳能热发电领域比较成熟的传热蓄热材料是二元混合硝酸熔盐 (60% KN03-40wt% NaNO3, Solar Salt)和三元混合硝酸熔盐（53% KN03-7% NaN03-40wt% NaN02，Hitec)。中国专利 00111406. 9、200710027954· 1、201110287684· 4和 201110425668. 7 和美国专利US007588694B1也分别公开了五种硝酸熔盐体系。这两种硝酸熔盐的上限使 用温度一般不超过600°C，在温度较低的槽式太阳能热发电下运行是可以的，而在运行温度 更高的塔式太阳能超临界热发电和聚光太阳能热化学利用如热解制氢等会出现分解和失 效的问题。而且硝酸熔盐（特别是多元硝酸熔盐）的导热系数很低，一般在0.5~0.55W/ (m · K)之间，对于这些高温下运行的电站，要求传热介质具有更大的导热性能，能够迅速把 聚光得到的高温热能传输出去，防止局部过热情况出现。
[0006] 申请号为 201310733403. 2、201310731924· 4 和 201310731910. 2 的专利申请分别 提供了水玻璃、石英砂和金属氧化物（或非金属氧化物）纳米粒子与碳酸熔盐形成复合体 系，这三种体系的碳酸熔盐可以在800°C高温下使用，可以很好地满足太阳能高温热发电的 要求，但是碳酸盐体系仍存在导热系数（特别是高温下的导热系数）不高的问题，不能满足 传热介质快速蓄/放热的需要，而且这些添加剂的熔点高，在液态熔盐中以固体颗粒形式 存在，由于密度差异，在长期运行环境下难以稳定存在，出现分层等问题，而且使固体颗粒 的存在使得整个体系粘度增大，不适合作为长期稳定运行条件下的高温传热蓄热材料。
[0007] 特别是对于我国来说，我国拥有充足可供利用的盐湖资源。青海是我国盐湖分布 的最主要地区，仅柴达木盆地就有32个盐湖，蕴含着丰富的钾、镁、锂、钙等盐类资源，潜在 经济价值巨大。以青海盐湖废弃卤水镁资源利用为例，氯化镁储量为40. 6亿吨，氯化钠储 量为555. 4亿吨，亟待解决的是尾矿堆放一水氯镁石MgCl2 · 6H20(年排放约2000万m3)和 NaCl，高钠盐矿及生产氯化钾所产生的废盐约2000万吨。若利用盐湖在生产钾肥过程中产 生的尾矿废弃盐制备镁钠钙基氯化物熔盐作为热量储存与转换材料应用于工业节能和可 再生能源规模化利用领域，不仅可以使尾矿资源化，解决废弃卤水污染，而且还能实现其规 模化高值利用。尤为重要的是，可以提高太阳能高温热利用和工业余热回收的蓄热系统效 率，大幅度降低高企的蓄热成本，对盐湖资源高值利用和钾肥产业可持续发展都具有意义 重大。申请号为200510110315. 2的专利申请开发了一种使用六水氯化钙作为储热介质，六 水氯化镁作为成核剂应用在低温蓄热方面的储热体系，但是氯化物熔盐作为高温传热蓄热 材料的应用研宄目前还比较少。
【发明内容】
[0008] 为了克服现有的熔融盐传热蓄热材料在长期高温环境运行条件下存在的缺点与 不足，本发明以实现盐湖钾肥生产尾矿高值资源化，促进其在工业节能和可再生能源规模 化利用等能源技术中的应用为目标。本发明的首要目的在于提供一种高导热的金属-氯化 物熔盐材料。
[0009] 本发明的另一目的在于提供所述高导热的金属-氯化物熔盐材料的制备方法。
[0010] 本发明的再一目的在于提供所述高导热的金属-氯化物熔盐材料的应用。
[0011] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种高导热的金属-氯化物熔盐材料，由 以下按质量百分比计的成分组成：金属镁粉〇. 05~2%、氯化钙98~99. 95%。
[0012] 为了能有更高的导热系数和更大的传热能力，确保熔盐能快速将高温热能吸收和 传输，提高热能的存储效率，避免装置的局部过热，上述高导热的金属-氯化物熔盐材料， 优选由以下按质量百分比计的成分组成：金属镁粉0. 1~0. 5%、氯化钙99. 5~99. 9%。
[0013] 上述高导热的金属-氯化物熔盐材料的制备方法，包括以下步骤：将金属镁粉与 氯化钙混合，搅拌均匀，在惰性气体保护氛围中加热至全部固体变成液体，保温，然后冷却、 粉碎、干燥，得到高导热的金属-氯化物熔盐材料；
[0014] 其中，金属镁粉与氯化钙按质量比（0.05~2) : (98~99. 95)配比，优选按（0. 1~ 0· 5) : (99. 5 ~99. 9)配比。
[0015] 所述的惰性气体优选为氩气。
[0016] 所述的加热的温度优选为800~900°C。
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