專利名稱：在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能利用領(lǐng)域太陽(yáng)光吸收層的制造方法，具體說(shuō)是在陶瓷太陽(yáng)板上復(fù)合陽(yáng)光吸收層的方 法，進(jìn)一步說(shuō)是在陶瓷太陽(yáng)板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法。
技術(shù)背景太陽(yáng)能利用主要分為光電利用、光熱利用方式，目前光熱利用主要是太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能熱水器分 為悶曬式和循環(huán)式，循環(huán)式效率較高，其集熱體主要采用金屬管板式集熱體和真空玻璃管式集熱體，金屬 管板式集熱體也稱作平板式集熱體。兩者均存在以下不足l.金屬管板式集熱體主要采用銅、鋁等材料， 真空玻璃管集熱體結(jié)構(gòu)和制造工藝相對(duì)復(fù)雜，以每平方米吸熱面積計(jì)算兩者的價(jià)格都比較高。2.兩者均采 用低溫涂覆的黑色陽(yáng)光吸收涂料，在長(zhǎng)期的陽(yáng)光作用下會(huì)有一定程度的老化使陽(yáng)光吸收率衰減，是導(dǎo)致效 率和壽命問(wèn)題的原因之一。3.由于材料、結(jié)構(gòu)和成本等原因難與建筑物結(jié)合為一體。均質(zhì)陶瓷太陽(yáng)板是指以提釩尾渣或(和)其他富含過(guò)渡元素的工業(yè)廢棄物、天然礦物與普通陶瓷原料 混合后制造的整體黑色或黑灰色的陶瓷中空太陽(yáng)能集熱板，復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板是指以普通陶瓷為基體，與以 提釩尾渣或(和)其他富含過(guò)渡元素的工業(yè)廢棄物、天然礦物與普通陶瓷原料混合后制造的黑色或黑灰色 的陶瓷表面層相復(fù)合的陶瓷中空太陽(yáng)能集熱體。復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板、均質(zhì)陶瓷太陽(yáng)板可統(tǒng)稱為陶瓷太陽(yáng)板。通常太陽(yáng)能熱水器由支架、太陽(yáng)能集熱器、儲(chǔ)水箱、管道組成，或由支架、真空玻璃管、儲(chǔ)水箱、管 道組成，所述集熱器一般由外殼、保溫隔熱材料、具有黑色表面的金屬太陽(yáng)能集熱體、透明蓋板組成。以前生產(chǎn)黑色陶瓷必須加入Co、 Cr、 Ni、 Mn、 Fe等第四周期過(guò)渡元素，價(jià)格十分昂貴，本發(fā)明人申 報(bào)并取得的中國(guó)發(fā)明專利CN85102464 "黑色陶瓷制品原料的生產(chǎn)方法及其制品"、CN86104984 "—種陶粉 末"敘述了以提釩尾渣為原料之一生產(chǎn)各種黑色陶瓷制品的方法，這種黑色陶瓷稱作釩鈦黑瓷。此發(fā)明又 以"陶瓷粉末及其制品"(Ceramrc powder and drticles)為名稱申報(bào)并已取得九國(guó)外國(guó)發(fā)明專利證書(shū)， 分別是美國(guó)專利4737477、日本專利1736801、英、法、德、奧地利專利(歐洲專利局)0201179、澳大利 亞專利578815、新加坡專利1009/91、芬蘭專利81336和香港專利1077/1991。 80年代后期本發(fā)明人申報(bào) 了 "黑色陶瓷太陽(yáng)瓦"、"黑色陶瓷攔板式太陽(yáng)能集熱器"、"黑色陶瓷太陽(yáng)能房頂"、"黑色瓷質(zhì)太陽(yáng)能集熱 板成型方法"等專利，本世紀(jì)初本發(fā)明人申報(bào)了"陶瓷太陽(yáng)板"、"復(fù)合陶瓷中空太陽(yáng)能集熱板的制造方法"、 "一種新型太陽(yáng)能房頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和材料"、"陶瓷太陽(yáng)板集熱器的制造和安裝方法"等專利。軌鈦磁鐵礦經(jīng)熔煉得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)吹煉得到釩渣，釩渣加入輔料進(jìn)行焙燒，將焙燒料進(jìn)行 濕法浸取提釩，提取釩后所剩余的作為廢棄物的殘?jiān)礊樘徕C尾渣。目前我國(guó)年產(chǎn)出提釩尾渣約30萬(wàn)噸，主要產(chǎn)地是四川、河北、遼寧等，代表性企業(yè)是攀枝花鋼鐵公 司、承德第二化工廠、錦州釩業(yè)公司等。提釩尾渣富含F(xiàn)e、 Cr、 Mn、 V、 Ti等第四周期元素復(fù)雜化合物， 占總重量的80%左右，是一種十分特殊的工業(yè)廢棄物，其中任何一種成分的提取和利用均遠(yuǎn)不如相應(yīng)天然 礦物的經(jīng)濟(jì)性，而他們的集合體卻是一種十分穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，長(zhǎng)期以來(lái)人工配制的Co系陶瓷黑 色著色劑的制造必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的配方，精細(xì)、復(fù)雜的加工才能得到呈色穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，通常每噸 售價(jià)20萬(wàn)元左右。提釩尾渣不僅是穩(wěn)定的陶瓷黑色著色劑，而且其本身也是優(yōu)良的黑色瓷器原料，百分 之百的提釩尾渣就可以生產(chǎn)理化性能優(yōu)良、光熱轉(zhuǎn)換性能突出的釩鈦黑瓷制品。釩鈦黑瓷發(fā)明于1984年，1985年4月1日開(kāi)始申報(bào)專利，1986年通過(guò)技術(shù)鑒定，釩鈦黑瓷可以制造 中空太陽(yáng)能集熱板、遠(yuǎn)紅外輻射元件、藝術(shù)品、建筑裝飾板等，其中目前產(chǎn)量最大的是釩鈦黑瓷建筑裝飾 板，目前主要產(chǎn)地是廣東、上海，代表性企業(yè)是佛山市東鴻陶瓷廠，上海宏基特種陶瓷公司等。我國(guó)陶瓷 建筑裝飾板(磚)產(chǎn)量居世界首位，年產(chǎn)量占世界產(chǎn)量50%左右，由于釩鈦黑瓷裝飾板使用大量提釩尾渣， 以前占用大量堆場(chǎng)，成為提釩廠沉重負(fù)擔(dān)的提釩尾渣目前售價(jià)已達(dá)160-300元/T。全國(guó)提釩尾渣產(chǎn)出廠因 此獲得年純收入數(shù)千萬(wàn)元，釩鈦黑瓷裝飾毛板年銷售額數(shù)億元，磨光后增值1至3倍。20世紀(jì)90年代初 以石膏模注漿成型方法試制300X300毫米釩鈦黑瓷中空太陽(yáng)板上萬(wàn)平方米，制造和使用釩鈦黑瓷太陽(yáng)能熱水器數(shù)百臺(tái)以上，直接建造于房頂上的釩鈦黑瓷太陽(yáng)能熱水器近千平方米，采用磚、水泥外框、菱苦土 外框、水缸儲(chǔ)水箱和專門制造的陶瓷儲(chǔ)水箱，目的是逐步發(fā)展成為釩鈦黑瓷太陽(yáng)能房頂。300X300毫米釩 鈦黑瓷太陽(yáng)板單板面積0. 09平方米，容水量0.9kg，單層玻璃單板悶曬時(shí)水溫可達(dá)10(TC，在1986年山 東省太陽(yáng)能熱水器全省評(píng)比中釩鈦黑瓷太陽(yáng)能熱水器獲一等獎(jiǎng)，釩鈦黑瓷太陽(yáng)能熱水器加熱前后的水質(zhì)經(jīng) 檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)的變化，使用10年以上的太陽(yáng)板無(wú)退色、腐蝕、老化等跡象，但是石膏模注漿成型釩鈦 黑瓷中空太陽(yáng)板方法，成型效率低、成型大尺寸太陽(yáng)板成品率低下，小尺寸板接頭過(guò)多，安裝繁瑣，難以 發(fā)展成為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)方法，難以實(shí)現(xiàn)火規(guī)模推廣使用。發(fā)明人近期開(kāi)發(fā)的以真空擠出法試制的大尺 寸太陽(yáng)板，成型效率比石膏模注漿法高出數(shù)十倍，單板尺寸可放大幾倍至十幾倍，可以發(fā)展形成大規(guī)模生 產(chǎn)和應(yīng)用。釩鈦黑瓷最重要的特性是光熱轉(zhuǎn)換特性，釩鈦黑瓷是典型的能源材料，為此發(fā)明人正在全力研究和開(kāi) 發(fā)更為實(shí)用的火尺寸釩鈦黑瓷太陽(yáng)板和以釩鈦黑瓷為表面層以普通陶瓷為基體的釩鈦黑瓷復(fù)合陶瓷太陽(yáng) 板，用于釩鈦黑瓷太陽(yáng)能房頂。全國(guó)提釩尾渣產(chǎn)出量可以年產(chǎn)實(shí)用型大尺寸釩鈦黑瓷太陽(yáng)板約1500萬(wàn)平 方米，而制造釩鈦黑瓷復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板其年產(chǎn)量可以超過(guò)10億平方米，光熱轉(zhuǎn)換過(guò)程發(fā)生于物體表面， 兩者性能可以做到并無(wú)重大差別。目前一噸普通瓷質(zhì)實(shí)心毛板的售價(jià)約600元，釩鈦黑瓷實(shí)心毛板約700元，鑄鐵約3000元，鋼材4500 元，鋁材24000元，銅材70000元，與鋼鐵相比其比重相差3倍，即相同貨幣所購(gòu)買的瓷板體積是鋼鐵10 倍以上，而瓷器耐蝕性壽命可以比鋼鐵長(zhǎng)10倍以上，可以認(rèn)為瓷質(zhì)材料比任何金屬更耐腐蝕，每平方米 釩鈦黑瓷或復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板重量可以小于40 kg。瓷質(zhì)材料價(jià)格低廉是由于原料儲(chǔ)量大、分布廣泛、運(yùn)距 短、加工溫度可低于1200°C、加工工藝簡(jiǎn)單，金屬材料價(jià)格昂貴是由于原料儲(chǔ)量少、有效含量低、運(yùn)距遠(yuǎn)、 加工溫度約160(TC、或需電解冶煉、加工工藝復(fù)雜，這些因素是難以改變的。所以普通陶瓷、釩鈦黑瓷或 以釩鈦黑瓷為表面以普通陶瓷材料為基體適合制造太陽(yáng)能集熱體用于太陽(yáng)能房頂，尤以后兩者更適合制造 太陽(yáng)能集熱體用于太陽(yáng)能房頂。釩鈦黑瓷被陽(yáng)光照射時(shí)會(huì)大量吸收陽(yáng)光中的能量，陽(yáng)光吸收率可達(dá)0.9,經(jīng)試驗(yàn)，在瑋度37度地區(qū)， 夏日晴天1平方米釩鈦黑瓷太陽(yáng)板可將10 kg水加熱至IOO'C。釩鈦黑瓷是優(yōu)良的光熱轉(zhuǎn)換材料，是新型的 能源材料。釩鈦黑瓷黑色純正，理化性能優(yōu)良，目前大量用于生產(chǎn)實(shí)心的表面磨光的建筑裝飾板，生產(chǎn)成 本低廉，釩鈦黑瓷裝飾板厚度約12毫米，不磨光的毛板售價(jià)每平方米20 30元，其銷售額己達(dá)到數(shù)億元， 釩鈦黑瓷裝飾板只是利用釩鈦黑瓷黑色純正、裝飾效果沉穩(wěn)、莊重這一特性，而其本身具有的光熱轉(zhuǎn)換特 性尚未得到充分的開(kāi)發(fā)和利用。釩鈦黑瓷強(qiáng)度高、抗折強(qiáng)度45 100MPa,比普通瓷質(zhì)磚幾乎高一倍，制造 成本低廉、不腐蝕、不老化、不退色、無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)放射性，經(jīng)上千度溫度燒制而成，經(jīng)加速老化，未 發(fā)現(xiàn)陽(yáng)光吸收率衰減問(wèn)題，可具有幾乎永久的使用壽命，非常適合制造太陽(yáng)能集熱體，易與建筑結(jié)合，用 于太陽(yáng)能房頂，其強(qiáng)度是普通瓦片十倍左右，使用時(shí)間可與建筑同壽命。中國(guó)現(xiàn)有建筑面積400億平方米，房頂面積約100億平方米，每年新建建筑20億平方米，房頂約5 億平方米，建筑用能數(shù)量巨大，主要用于夏季空調(diào)、冬季取暖和生活用熱水，化石能源緊缺，充分利用可 再生能源是總體趨勢(shì)，要想大規(guī)模利用太陽(yáng)能，必應(yīng)首先使離人類最近的房頂具備經(jīng)濟(jì)地吸收太陽(yáng)能的功 能，房頂吸收的太陽(yáng)能必然首先用于人類在居室和工作場(chǎng)所中的主要耗能項(xiàng)目空調(diào)、取暖、熱水，其次 是烹飪、家電、照明，已有的太陽(yáng)能房頂和太陽(yáng)房已經(jīng)可以做到由太陽(yáng)能供應(yīng)居室能源的50 80%，甚至 做到全部能源自給，然而這些試驗(yàn)性的太陽(yáng)能房頂和太陽(yáng)房是建立在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上的，建造和壽命期間 所耗費(fèi)的常規(guī)能源的數(shù)量有時(shí)超過(guò)其同期所獲取的太陽(yáng)能，釩鈦黑瓷太陽(yáng)能房頂可以改變這一狀況，主要 取決于兩點(diǎn)①提出并實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)釩鈦黑瓷太陽(yáng)板尤其是釩鈦黑瓷復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板的方法； ②提出并實(shí)現(xiàn)能夠在普通房屋上低成本建造和運(yùn)行、與建筑物同壽命的釩鈦黑瓷太陽(yáng)能房頂?shù)姆桨浮＝觊_(kāi)發(fā)的吸收式空調(diào)己可將溫度大于65"C的熱水的能量轉(zhuǎn)換制取溫度低于25"C的冷風(fēng)，用于夏季 空調(diào)，冬季陽(yáng)光可以將太陽(yáng)能集熱板內(nèi)的空氣加熱到30'C以上作為暖氣供應(yīng)建筑取暖。太陽(yáng)能是不穩(wěn)定的， 稀薄的能源，每平方米功率上限約1千瓦左右，中國(guó)城市居民戶均房頂面積約15平方米，農(nóng)村約100平 方米，目前仍在迅速發(fā)展，要利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)、冬季取暖，必須提供廉價(jià)、長(zhǎng)壽、高效、易與建 筑結(jié)合的太陽(yáng)能集熱體，釩鈦黑瓷太陽(yáng)板可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但是釩鈦黑瓷以提釩尾渣為主要原料，目前 釩的需求量和生產(chǎn)量都不大，導(dǎo)致提釩尾渣產(chǎn)出量有一定限度，所以開(kāi)發(fā)以釩鈦黑瓷為表面層、以常規(guī)陶瓷為基體的復(fù)合陶瓷中空太陽(yáng)能集熱板，以使提釩尾渣得到更有效的利用，是非常必要的。中國(guó)年產(chǎn)陶瓷 墻地磚約40億平方米，其中投影面積大于0. 2平方米的瓷質(zhì)磚約10億平方米，因此年產(chǎn)數(shù)億平方米以上， 表面為釩鈦黑瓷，基體為通常陶瓷的復(fù)合陶瓷中空太陽(yáng)能集熱板是可能做到的，也是非常需要和必要的。 近年來(lái)地?zé)岚l(fā)電已由采用90'C熱水發(fā)展到可采用7or左右熱水，發(fā)電成本可低于常規(guī)電力成本，低溫發(fā) 電技術(shù)已日趨成熟，以相對(duì)低廉成本、大量生產(chǎn)的陶瓷太陽(yáng)板也可用于低溫發(fā)電。地?zé)岚l(fā)電一般需向地下 數(shù)百米、上千米深處的干熱巖層注入或提取熱水， 一般地?zé)崴幸欢ǖ母g性，需采取防腐措施，陶瓷太 陽(yáng)板可以提供比較純凈的熱水，可能實(shí)現(xiàn)更低的發(fā)電成本。釩鈦黑瓷復(fù)合陶瓷中空太陽(yáng)能集熱板，也稱作 釩鈦黑瓷復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板，簡(jiǎn)稱復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板。復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板、均質(zhì)陶瓷太陽(yáng)板可統(tǒng)稱為陶瓷太陽(yáng)板。 通常房頂?shù)墓δ苁欠里L(fēng)、雨、日曬、保溫，形狀大致可分為"人"字形、平面型、 一面坡型，房頂建 筑在承重部分上，承重部分一般是墻體、混凝土構(gòu)件或房梁(房架)和檁條，房頂本身通常由結(jié)構(gòu)層、保 溫層、防水層構(gòu)成。在我國(guó)一般城市建筑房頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)層是預(yù)制混凝土板或現(xiàn)澆混凝土，保溫層是膨脹珍珠巖、蛭石粉或爐 渣等輕質(zhì)保溫材料，防水層是各種油氈，為保持保溫層的整體性和便于施工通常保溫層與防水層之間還有一層水泥。一般農(nóng)村或鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房頂材料具有多樣性，結(jié)構(gòu)層多采用薄的大尺寸玻璃纖維水泥瓦、木板條、柳條、 戸葦?shù)?，保溫層常采用鋸末與粘土、石灰等的混合物，防水層多用粘土瓦，隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房 頂材料也在不斷向城市化方向發(fā)展。目前太陽(yáng)能熱利用裝置主要是平板太陽(yáng)能熱水器和真空玻璃管熱水器，平板太陽(yáng)能熱水器主要由承重 支架、集熱器和水箱構(gòu)成，集熱器由結(jié)構(gòu)層或稱作集熱器外殼、保溫材料、平板集熱體、透明蓋板組成，平板集熱體一般由金屬制造，與常溫水相比，iocrc以下的熱水對(duì)金屬有較強(qiáng)的腐蝕性，為耐腐蝕延長(zhǎng)使用壽命一般采用銅鋁復(fù)合平板集熱體，以較粗的銅管為橫管、較細(xì)的銅管為豎管焊接形成水的通道，豎管間隔約10公分，鋁板占據(jù)間隔面積或整體面積與銅管經(jīng)擠壓等方法復(fù)合為一體，表面覆蓋選擇性或非選擇性太陽(yáng)能吸收涂料，從集熱器的斷面看，集熱器是由結(jié)構(gòu)層、保溫層、集熱體、防水層組成的，其中防 水層是透明蓋板， 一般是玻璃或透明塑料，同時(shí)起到防水、透過(guò)陽(yáng)光、形成封閉構(gòu)成溫室效應(yīng)的作用。選 擇性涂料和非選擇性涂料都會(huì)隨時(shí)間而老化，逐步降低陽(yáng)光吸收率。真空玻璃管熱水器主要由承重支架、真空玻璃管集熱體和水箱組成，真空玻璃管集熱體是一粗一細(xì)二 根同軸玻璃盲管組合而成， 一頭開(kāi)口， 一頭封閉，粗細(xì)管之間為真空，內(nèi)管表面覆蓋選擇性太陽(yáng)能吸收涂 層，水在內(nèi)管中加熱，向水箱輸送熱水。太陽(yáng)能是可再生、取之不盡、不危害環(huán)境的綠色能源，又是不穩(wěn)定、稀薄、低密度的能源。房頂是最 容易被陽(yáng)光照射、離人類最近、面積最大，目前綜合利用率最低、最容易采集、利用陽(yáng)光的場(chǎng)所和空間。制造、建造太陽(yáng)能裝置包括太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能房頂、太陽(yáng)房是為了利用太陽(yáng)能從而節(jié)約常規(guī)能源， 是為了節(jié)能。其衡量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是一臺(tái)(座)太陽(yáng)能裝置在壽命期間所取得的全部能量減去制造、建造、維護(hù)、維修這臺(tái)(座)裝置所消耗的全部能量之差，這個(gè)差值可稱作Q值，Q是正值說(shuō)明是節(jié)能的，負(fù)值是 耗能的，是得不償失的。所取得的能量比較容易計(jì)算，所消耗的能量應(yīng)包括制造材料、將材料加工成另部 件所消耗的能量及制造、維修人員和相關(guān)人員每天生活所消耗的能源，如冶煉1噸鋼材所耗常規(guī)能量折合 約700升石油，從業(yè)人員家庭耗費(fèi)的煤氣、電力能源等，這些能源消耗比較難以計(jì)算。 一種比較簡(jiǎn)單的辦 法是以貨幣量進(jìn)行與采用常規(guī)能源的相應(yīng)裝置的對(duì)比，因?yàn)樨泿帕吭诤艽蟪潭壬戏从沉四茉吹南牧?，?是社會(huì)公認(rèn)的是否經(jīng)濟(jì)的核算依據(jù)，如一臺(tái)太陽(yáng)能熱水器只用于提供洗浴熱水，購(gòu)入價(jià)3000元，平均10 年后報(bào)廢，10年中維修費(fèi)折合耗資500元，3000元的10年利息設(shè)為1000元，則總支出為4500元，使用 一臺(tái)煤氣熱水器，如也只用于提供洗浴熱水，購(gòu)入價(jià)300元，平均10年后報(bào)廢，10年中購(gòu)置費(fèi)、維修費(fèi)、 煤氣費(fèi)和利息總計(jì)為a元，則對(duì)比值為(a-4500)元。因此任何一臺(tái)(座)太陽(yáng)能裝置都應(yīng)該使對(duì)比值為 正值才會(huì)有長(zhǎng)期存在價(jià)值和發(fā)展前景。通常建筑要求50年至上百年使用壽命， 一般防水層使用壽命為3 20年，現(xiàn)代建筑防水層維修間隔 可以達(dá)到15年以上，目前包括結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層在內(nèi)的房頂每平方米造價(jià)大致為幾十元至二百元 之間。盡管太陽(yáng)能利用最應(yīng)該首先采用太陽(yáng)能房頂，但目前太陽(yáng)能房頂十分罕見(jiàn)，而且多數(shù)是將金屬太陽(yáng)能集熱器或真空玻璃太陽(yáng)能集熱器直接安裝在已建造好的房頂上，并不是真正意義的太陽(yáng)能房頂。目前太陽(yáng) 能房頂沒(méi)有普遍使用，我們認(rèn)為根本原因是其Q值很難實(shí)現(xiàn)大數(shù)值的正值，有的甚至為負(fù)值，具體原因分 析如下1. 價(jià)格高——金屬管板式和真空玻璃集熱體每平方米售價(jià)為數(shù)百元，僅集熱體價(jià)格就是普通房頂造價(jià)的 幾倍甚至十幾倍。2. 壽命短——金屬和真空玻璃管集熱體一般采用低溫太陽(yáng)能涂料，陽(yáng)光吸收率容易衰減，金屬管板式的 銅管焊接口多，焊接口容易腐蝕，涂層性能衰減和焊口腐蝕導(dǎo)致金屬太陽(yáng)能集熱器平均壽命約IO年左右， 真空玻^管除涂層老化外，還存在真空壽命、玻璃管漏氣、破碎等因素，我國(guó)水源多為硬水，Ca、 Mg離子 多，容易產(chǎn)生水堿，水堿絮狀沉淀堵塞玻璃盲管等問(wèn)題，各種原因?qū)е抡婵詹ＡЧ芗療崞髌骄鶋勖苍?0 年左右。在10年左右時(shí)間中一般還需經(jīng)過(guò)多次維修和零件更換，平均壽命10年左右是指采光面積1 2 平方米的單臺(tái)太陽(yáng)能熱水器而言，如大面積用于房頂則意味需要經(jīng)常修理房頂，這點(diǎn)對(duì)于使用壽命50年 至100年以上的建筑物來(lái)說(shuō)是難以接受的。3. 平均效率不高一①低溫涂層幾年內(nèi)開(kāi)始老化，陽(yáng)光吸收率逐步下降，整個(gè)壽命期間平均效率不高； ②銅材昂貴，管間距離大，鋁板吸收太陽(yáng)能后橫向傳遞給銅管中的介質(zhì)，平均傳熱距離30毫米左右。由 于結(jié)構(gòu)限制，真空玻璃管管間空隙大，黑色吸收層只占結(jié)構(gòu)面積50%左右，中午陽(yáng)光強(qiáng)烈，但是中午陽(yáng)光 直射時(shí)大量陽(yáng)光從管間空隙中穿過(guò)，影響了集熱效率。4. 難與建筑結(jié)合——房頂由結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層構(gòu)成，太陽(yáng)能集熱器由結(jié)構(gòu)層、保溫層、集熱層、 防水層(透明層)構(gòu)成，所謂太陽(yáng)能房頂勢(shì)必要求將兩者有機(jī)結(jié)合，盡可能共用兩者的功能層，才能起到 既保持原有房頂?shù)墓δ苡帜軓闹腥〉锰?yáng)能用于建筑物的各種用能需要，并降低建造成本，如前所述，由 于上述兩種集熱體具有各種不足，當(dāng)形成大面積使用時(shí)其可靠性進(jìn)一步下降，難以設(shè)計(jì)出一種合理的太陽(yáng) 能房頂結(jié)構(gòu)，即使設(shè)計(jì)出來(lái)也會(huì)出現(xiàn)下述結(jié)果①房頂造價(jià)提高幾倍至十幾倍；②房頂使用可靠性下降， 導(dǎo)致這種太陽(yáng)能房頂?shù)腝值很難成為較大的正值。因此，在現(xiàn)有的金屬太陽(yáng)能集熱體、真空玻璃管太陽(yáng)能 集熱體的基礎(chǔ)上很難建造能被用戶普遍接受、火量使用的太陽(yáng)能房頂。陶瓷太陽(yáng)能房頂?shù)幕A(chǔ)是陶瓷太陽(yáng)板和陶瓷太陽(yáng)能集熱器，簡(jiǎn)化在房頂上的安裝工序，將陶瓷太陽(yáng)能 集熱器的組裝、安裝實(shí)現(xiàn)工廠化、模塊化是十分重要的。太陽(yáng)能集熱體依靠表面層吸收太陽(yáng)能，表面層對(duì)太陽(yáng)能的吸收能力對(duì)太陽(yáng)能利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能影響 很大，為提高太陽(yáng)能裝置的效率、降低成本，各國(guó)太陽(yáng)能和材料科技工作者對(duì)研究、開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能吸收表面 層十分重視，由于以前普遍采用電鍍、真空鍍膜、陽(yáng)極氧化、涂料等方法，所以一般將太陽(yáng)能吸收表面層 稱作太陽(yáng)能吸收涂層，基本特點(diǎn)是多為黑色、表面力爭(zhēng)粗糙多孔。現(xiàn)已研制和使用的涂層至少數(shù)百種以上，可以按照吸收原理、構(gòu)造和制造工藝進(jìn)行分類。按原理、構(gòu)造分類1. 半導(dǎo)體涂層——利用電子躍遷吸收能量，多為過(guò)渡金屬氧化物，如黑鉻、黑鎳、氧化銅黑、四氧化三 鐵等。2. 光干涉涂層——利用多層膜對(duì)光的干涉原理，降低光的反射率，增加吸收率，AIA-Mox-AIA (AM) 三層膜，A/N-A1/A1八層膜等。3. 米氏散射涂層——利用母體中細(xì)分散的金屬粒子對(duì)光進(jìn)行多次散射和內(nèi)反射將其吸收，如Co-A1A、 A1-A1203、 Au-Ah03涂層等。4. 多孔涂層——利用粗糙表面對(duì)光起到陷阱作用，使表面不連續(xù)性尺寸與可見(jiàn)光譜峰值相當(dāng)，在短波側(cè) 以黑洞形式集光，長(zhǎng)波側(cè)以平面形式輻射光，如以化學(xué)腐蝕在銅表面形成的Cu-CuO涂層，鎢的化學(xué)蒸鍍 涂層和粗糙黑鉻形成蜂窩狀鍍層、鋁陽(yáng)極氧化涂層的孔隙率達(dá)22%等。按制造工藝分類 ，1. 電鍍涂層——如黑鎳、黑鉻、黑鈷、黑色鎳一錫合金鍍層等。2. 電化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層——如鋁陽(yáng)極氧化涂層、Cu0轉(zhuǎn)化涂層、Mo黑化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層等。3. 真空鍍膜涂層——利用真空蒸發(fā)和磁控濺射技術(shù)制取，如pbs/Al/Al、 A1CN、 Ni-Cr,多層漸變鋁氮鋁 Al-N/A1涂層等。4. 涂料涂層——如以Mn02、 Fe304、 Cr203、 PbS、 Fe3Cu05等為黑色顏料，以有機(jī)硅改性丙稀酸樹(shù)脂、乙丙橡膠、氟樹(shù)脂等為粘結(jié)劑的各種涂層。涂層種類很多，但普遍存在下述問(wèn)題1. 在陽(yáng)光長(zhǎng)期照射下， 一般涂層的光學(xué)性能、陽(yáng)光吸收率有衰減現(xiàn)象?？赡艿脑蚴洽偻繉釉谥?、低溫 中形成，有些涂層即使可以高溫處理，其基體也難以承受高溫。②涂層在很短時(shí)間內(nèi)甚至瞬間形成。③涂 層中包含有機(jī)化合物等，上述條件難以形成高鍵能的穩(wěn)定礦物結(jié)構(gòu)， 一般涂層所能承受的溫度為150 350 'C，難以突破400'C，而高鍵能礦物可以在100(TC左右甚至更高溫度保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定。2. 涂層制造工藝比較復(fù)雜或原材料價(jià)格昂貴導(dǎo)致涂層制造成本較高。上述問(wèn)題使通常涂層價(jià)格高、有效使用壽命短，若以10年為使用壽命的話，由于性能衰減，平均陽(yáng) 光吸收率不高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是在陶瓷中空板基體上覆蓋以工業(yè)廢棄物或(和)金屬礦物為主要原料 的黑瓷泥漿層與陶瓷中空板一起經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成為立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層，此陽(yáng)光吸收層整體黑色、不腐 蝕、不老化、不退色、無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)放射性、生產(chǎn)成本低廉，陽(yáng)光吸收率穩(wěn)定不隨時(shí)間衰減，使用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的將普通陶瓷泥料經(jīng)真空練泥以多孔模具擠制成為多孔通孔板，經(jīng)加工成為端頭相通的中空板，用同種 泥料板封堵兩頭并接進(jìn)出口，成為具有進(jìn)出口的中空陶瓷太陽(yáng)板素坯，以提釩尾渣或(和)其他富含第四 周期過(guò)渡金屬元素的工業(yè)廢渣或(和)富含第四周期過(guò)渡金屬元素的金屬礦物為原料或主要原料磨制成泥 漿，以壓縮空氣將泥漿噴涂在干燥的中空陶瓷太陽(yáng)板素坯表面上，采用單支噴槍或多支噴槍噴涂，控制壓 縮空氣的壓力、流量和泥漿的比例使初期與干燥的陶瓷太陽(yáng)板素坯表面相接觸的霧滴由于干燥素坯的快速 吸水和霧滴的表面張力形成具有一定強(qiáng)度、相對(duì)干燥、粘附于素坯板表面的泥粒，后續(xù)噴落的霧滴首先遇 到這些具有一定吸濕能力的突出于表面的、泥粒，粘附在泥粒上，依次堆積成柱狀、尖塔狀、立壁狀、蜂窩 狀、多孔狀的非均勻、不連續(xù)、被吸濕而具有一定強(qiáng)度的霧滴泥料堆積體，當(dāng)這些立體堆積體達(dá)到一定高 度失去吸濕能力前停止噴霧，從而在中空陶瓷太陽(yáng)素坯板表面得到立體網(wǎng)狀黑瓷的素坯層，將此具有立體 網(wǎng)狀黑瓷素坯層的中空陶瓷素坯板經(jīng)干燥后進(jìn)行高溫?zé)疲刂茻蓽囟群蜁r(shí)間使立體網(wǎng)狀黑瓷素坯層與 中空陶瓷太陽(yáng)板素坯同時(shí)燒結(jié)為立體網(wǎng)狀黑瓷層和瓷質(zhì)中空陶瓷太陽(yáng)板基體，高溫?zé)Y(jié)使立體網(wǎng)狀黑瓷層 與瓷質(zhì)中空陶瓷太陽(yáng)板基體燒結(jié)復(fù)合為一體，或采用二次燒成的方法將兩者燒結(jié)復(fù)合為一體，其燒成溫度 使立體網(wǎng)狀黑瓷泥漿霧滴堆積層成為瓷質(zhì)材料，噴涂時(shí)噴槍以一定角度與中空陶瓷太陽(yáng)板素坯表面作相對(duì) 運(yùn)動(dòng)，單槍噴涂時(shí)，單槍在素坯板表面上方作規(guī)則性移動(dòng)掃描，使運(yùn)動(dòng)速度、泥漿噴出速度與素坯吸濕速 度相對(duì)應(yīng)，確保霧滴堆積體始終具有相應(yīng)的吸濕能力，使粘附在堆積體上的霧滴中的大量水分通過(guò)相對(duì)干 燥的堆積體傳遞至干燥的素坯中，使新粘附的霧滴迅速失去部分水分而具有一定形狀和強(qiáng)度，不要使霧滴 聚為流動(dòng)的泥漿從而使堆積物倒塌成為平面層，多槍噴涂時(shí)，中空陶瓷太陽(yáng)板素坯在噴槍下方運(yùn)動(dòng)，使運(yùn) 動(dòng)速度、噴槍間隔距離與泥漿噴出速度和素坯吸濕速度相對(duì)應(yīng)，以達(dá)到上述目的，調(diào)整泥漿配方和水分決 定泥漿中顆粒之間的內(nèi)聚力，控制壓縮空氣的壓力、流量和泥漿的比例決定噴出霧滴的速度和大小，霧滴 是泥漿與空氣的混合物是中空的泥漿球，粘附在堆積物上時(shí)，失去部分水分而硬化成中空硬殼，部分球體 破碎，形成立體網(wǎng)狀多孔的堆積體，泥漿的配方、內(nèi)聚力、失去水分的速度決定堆積體的平均直徑和高度， 堆積體高度為0. 1~3毫米，堆積體中充滿的毛細(xì)孔是干燥素坯吸收水分時(shí)造成的水分運(yùn)動(dòng)通道，燒成時(shí) 形成微細(xì)孔穴，燒成后堆積體的每一個(gè)立柱、尖塔、立壁、蜂窩壁上布滿孔穴，孔徑為0.1 50微米，立 體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層呈黑色。所述的提釩尾渣是釩鈦磁鐵礦經(jīng)熔煉得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)吹煉得到釩渣，釩渣加入輔料進(jìn)行焙 燒，將焙燒料進(jìn)行濕法浸取提釩，提取釩后所剩余的作為廢棄物的殘?jiān)礊樘徕C尾渣。提釩尾渣富含第四周期過(guò)渡金屬元素，如(Fe203+Fe0) 50-70、 TiO 5-9、 MnO 4-7、 Cr03 0.002-3、 V205 0 . 2-2 Si02 12-26、 A1203 2-4、 CuO 0.9-2、 MgO 0.6-2、 Na20 2—6、 K2O 0.012-0.12，提釩尾渣經(jīng)不同 溫度的高溫焙燒直至經(jīng)熔融過(guò)程，始終為黑色。所述富含過(guò)渡元素的工業(yè)廢渣是指以第四周期過(guò)渡元素為主的Fe、 Mn、 Ti、 V、 Cr、 Ni、 Cu、 Co、 Zn、 Zr、 Nb、 Mo、 W的氧化物或化合物總量超過(guò)5%或含有大量SiC、單質(zhì)硅的工業(yè)廢棄物，這些廢棄物或稱作廢渣通常是深色和黑色的，包括鐵合金工業(yè)廢渣、鋼鐵業(yè)廢澄、有色冶金業(yè)廢渣、化工業(yè)廢渣。鐵合金工 業(yè)廢渣中各種錳鐵渣含Mn0 5-50%、 Fe0 0. 2-2. 5%，硅鉻合金渣含Cr203 0. 1-5%、 Cr 2-10. 5%、 SiC 4-22%、 Si 7-8%,中、低、微碳鉻鐵渣含Cr203 2-7%、 Fe0 1_3%，硅鐵渣含F(xiàn)eO 3-7%、 SiC 20-29%、 Si 7-10%,灣 鐵渣含Mn0 20-25%、 Fe0 3-9%,鉬鐵渣含F(xiàn)eO 13-15%，金屬鉻浸出渣含Cr203 2-7%、 Fe2038-13%,金屬鉻 冶煉渣含&"203 11-14%,電解錳渣含MnS04約15%、 Fe (003約30%，硅錳渣含Mn0 8-18%、 FeO 0.2-2%， 硅錳煙塵含Mn02 20-24%,鎳鐵爐渣含F(xiàn)eO 40%、 Cr203 40%。鋼鐵業(yè)廢渣中轉(zhuǎn)爐鋼渣含F(xiàn)e203 1.4-11%、 FeO 7-21%、 MnO 0. 9-4. 5%，平爐鋼渣含F(xiàn)e203 1. 7-7. 4%、 FeO 7-36%, MnO 0. 6-3. 9%,軋鋼氧化鐵皮含F(xiàn)e203接 近100%，釩鈦磁鐵礦煉鐵渣含Ti0210-17%、 Fe晶約4W，釩鈦磁鐵礦煉鋼渣含氧化鐵11-13%、 MnO 1-1.2%、 VA 2.3-2.9%、 Ti02 2-2.9%。有色冶金業(yè)廢渣中電爐銅渣含F(xiàn)eO 26-34%，銅鼓風(fēng)爐水淬渣(俗稱黑砂) 含F(xiàn)eO十Fe203 40-50%,濕法煉銅浸出渣含F(xiàn)e 50%、 Cu 1. 13%、 Pb 1.05%、 Zn 0.2%、 Bi 0. 15%、 Mn 0. 0 , 鉛煙化爐水淬渣是將煉鉛產(chǎn)出的鼓風(fēng)爐爐渣再經(jīng)煙化爐回收鉛、鋅后的棄渣內(nèi)含F(xiàn)e203 38. 6-38. 7%、 Pb 0. 06-0. 37%、 Zn 0. 8-1. 3%，煉鋁廠制造A1203時(shí)排出棄渣赤泥含F(xiàn)eA 8-10%、 Ti02 2. 5%,化工業(yè)廢渣中 以硫鐵礦制造硫酸時(shí)產(chǎn)出的硫鐵礦燒渣含F(xiàn)e203 41-49%, FeO 10-10. 、 TiO 0.4-0.5%、 MnO 0.1-0.5%、 CuO 2-4%。金屬礦物是指含有第四周期過(guò)渡元素的礦物如普通鐵礦，褐紅色，含F(xiàn)e20330-70呢，鉻鐵礦，暗紅色， 含Cr203 30-54%、 FeO 12-17%,鈦鐵礦，黑紫色，含TiO 50-60%、 FeO 22-35%、 Fe203 7-15%、 MnO 0. 5-4%, 錳礦，黑揭色，Mn02 40-78%、 MnA 4-32%、 Fe 1-18%,含鎳褐鐵礦，褐色，含Nil. 2-1. 4%、 Co 0. 1-0. 2%、 Cr203 3%、 Fe 35-50%，釩鈦磁鐵礦，黑色，含V Q. 4-1. 8%、 Ti02 9-34%、 Fe20315-50%、 FeO 9_34%、 MnO 0. 2-6%、 CrA 0. 1-0. 7%，鈮鐵礦，黑色，含NbA9-68%、 Ta2051_15%、 TiO 1-3%、 MnO 1-3%、 SnO 2-5%、 FeO 12-20%， 黑鎢礦、黑褐色，含W03 65-67%、 FeO 12-15%、 MnO 8_12%、 Sn 0. 17-0. 8%。選用這些富含過(guò)渡元素的工 業(yè)廢棄物和金屬礦物的目的是為陶瓷太陽(yáng)板坯體或表面層提供著色的成分，使坯體或表面層呈現(xiàn)深色或黑 色，使其吸收更多的陽(yáng)光。所述的以提釩尾渣或(和)其他富含第四周期過(guò)渡金屬元素的工業(yè)廢棄物或(和)富含第四周期過(guò)渡 金屬元素的金屬礦物為原料磨制成泥漿是指如提釩尾渣中加入0.2%的油酸為分散劑，加入3%的甲基纖 維素為粘結(jié)劑和懸浮劑，加水共同球磨48小時(shí)成為泥漿，過(guò)400目篩，篩余小于O. 1%;或?yàn)橹饕鲜?指如提釩尾渣50 90%,其余為普通陶瓷原料，以傳統(tǒng)陶瓷工藝，加水球磨為泥漿，其他富含第四周期 過(guò)渡金屬元素的工業(yè)廢棄物或金屬礦物可替代上述提釩尾渣磨制所述泥漿。所述的噴涂時(shí)的壓縮空氣的壓力是0.4 1.2MPa,當(dāng)太陽(yáng)板素坯水平放置時(shí)，噴槍噴霧方向與垂直面 成20 100度角，中空陶瓷太陽(yáng)板素坯與立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收素坯層一起共同燒成的溫度是1100 1300 °C，復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的厚度是0.1 3毫米。所述在陶瓷太陽(yáng)板上復(fù)合的立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層及其形成方法與通常陶瓷業(yè)在陶瓷制品或陶瓷 平板、磚上的釉及施釉方法有本質(zhì)的區(qū)別。釉料是氧化硅(Si02)或硼酸酐(B203)與堿性氧化物如氧化鉀、 氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鋇、氧化鉛、氧化鋅等的混合物，陶瓷制品在高溫?zé)Y(jié)時(shí)，釉料熔為液態(tài)， 具有良好的流動(dòng)性，填補(bǔ)凸凹、排出氣泡，使表面平滑、圓潤(rùn)，冷卻過(guò)程中逐漸凝固，最后硬化為玻璃態(tài) 的硅酸鹽或硼酸鹽，釉層是玻璃體，與一般玻璃一樣具有各向同性、沒(méi)有固定熔點(diǎn)，表面平滑、具有光澤 等玻璃通性，而立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層與陶瓷太陽(yáng)板基體一樣是瓷質(zhì)材料，是多晶材料，釉料中的Si02 占60 75%，而提釩尾渣中Fe、 Cr、 Mn、 V 、 Ti的復(fù)雜氧化物總量接近80%。 一般瓷器的釉層厚度為0.1~ 0. 5毫米，而上述黑瓷層的厚度為0. 1 3毫米，在陶瓷素坯上施釉方法要求施釉層盡量均勻、平滑、致密、 等厚，而立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的噴涂方法正好與此相反，通常施釉時(shí)，噴槍噴霧方向通常與施釉面垂 直，而噴涂立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層時(shí)，當(dāng)太陽(yáng)板素坯水平放置時(shí)，噴槍噴霧方向與垂直面成20 100度 角。立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能吸收涂層相比較，兩者有一些共同之處，也有很大區(qū)別。 兩者共同之處在于①黑色，黑瓷為黑色，太陽(yáng)能吸收涂層也多為黑色。②過(guò)渡金屬氧化物，黑瓷吸 收陽(yáng)光原理之一是依靠大量第四周期過(guò)渡金屬元素以激發(fā)電子躍遷的方式吸收太陽(yáng)能，有相當(dāng)部分太陽(yáng)能 吸收涂層也是依靠此原理吸收太陽(yáng)能。③粗糙表面，幾乎所有太陽(yáng)能吸收涂層都希望形成粗糙表面以形成 陽(yáng)光陷阱，但受到原料、設(shè)備、工藝的限制，其粗糙程度各不相同，有的以化學(xué)方法形成微米級(jí)孔洞吸收陽(yáng)光，其孔隙率達(dá)到22%左右，黑瓷層可以形成很高的粗糙度，孔隙率可達(dá)到50%以上，表面高度差可以 達(dá)到毫米級(jí)，在各個(gè)堆積體上由水分毛細(xì)管所形成孔穴可以是微米級(jí)的。 陽(yáng)光吸收率， 一般工業(yè)化采用 的太陽(yáng)能吸收涂料的陽(yáng)光吸收率大多在0.88 0.93之間，經(jīng)測(cè)定無(wú)粗糙表面的釩鈦黑瓷太陽(yáng)板的陽(yáng)光吸 收率為0.9左右，立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層構(gòu)成粗糙表面和微米孔洞，其提釩尾渣比例也高于以往釩鈦黑 瓷太陽(yáng)板，可以具有更高的陽(yáng)光吸收率。⑤選擇性吸收，陽(yáng)光能量主要集中在波長(zhǎng)0.3 2.1微米范圍內(nèi)， 紅外能量主要集中在2. 5 25微米范圍內(nèi)，太陽(yáng)能吸收涂料利用各種原理增加短波吸收，減少長(zhǎng)波輻射， 稱為選擇性吸收涂層，立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層利用其立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和微米孔洞可以實(shí)現(xiàn)短波側(cè)以黑洞、 陷阱的形式集光，長(zhǎng)波側(cè)以平面的形式輻射光，從而在一定程度上實(shí)現(xiàn)選擇性吸收。兩者區(qū)別之處在于①生產(chǎn)成本，太陽(yáng)能吸收涂層多采用要求一定純度的過(guò)渡金屬氧化物，其生產(chǎn)設(shè) 備和工藝相對(duì)比較昂貴和復(fù)雜，立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層采用工業(yè)廢物或含有大量過(guò)渡金屬氧化物的金屬 礦物，其制造設(shè)備和工藝比較廉價(jià)和簡(jiǎn)單，并在基體的燒成過(guò)程中一并燒成，其所占用的燒成能量很少， 導(dǎo)致其生產(chǎn)成本可能比目前普遍采用的任何一種太陽(yáng)能涂料更為低廉。②使用壽命，通常太陽(yáng)能吸收涂料 在中、低溫中形成，或在短時(shí)間內(nèi)甚至在瞬間形成，有的由有機(jī)材料組成，其形成的陽(yáng)光吸收礦物的鍵能 較低，成礦反應(yīng)不夠充分、徹底，結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，導(dǎo)致在長(zhǎng)期陽(yáng)光照射下產(chǎn)生性能隨時(shí)間衰減的現(xiàn)象，所 能承受的溫度也有一定限度，通常太陽(yáng)能吸收涂料最高承受溫度為35(TC，難以突破400'C。 一般太陽(yáng)能 吸收涂料的陽(yáng)光吸收率在數(shù)年內(nèi)開(kāi)始下降，其經(jīng)濟(jì)壽命可能在10年左右，甚至更低。立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光 吸收層是陶瓷材料中的瓷質(zhì)材料，是經(jīng)U00 1300'C高溫煅燒而成，具有瓷質(zhì)材料的通性，所形成的陽(yáng)光 吸收黑色礦物由原子鍵或離子鍵結(jié)合，是高鍵能礦物，除非將其置于上千度以上高溫并附其他極端條件， 否則這些礦物難以破壞和解離，在通常條件下黑瓷吸收層可以承受100(TC以上的溫度，在強(qiáng)烈陽(yáng)光空曬的 數(shù)百度溫度條件下，黑瓷結(jié)構(gòu)和性能都不會(huì)發(fā)生變化，釩鈦黑瓷曾經(jīng)在60(TC中使用數(shù)年，事后檢測(cè)未發(fā) 現(xiàn)性能變化，石膏模注漿成型的300X300 mm小尺寸太陽(yáng)板作為太陽(yáng)能集熱體也曾使用10年以上，也未發(fā) 現(xiàn)性能的變化。立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層與以往黑瓷相比，形狀有所變化，材質(zhì)并無(wú)變化，所以立體網(wǎng)狀 黑瓷陽(yáng)光吸收層會(huì)有相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命。③平均陽(yáng)光吸收率，通常太陽(yáng)能吸收涂料，由于原料、制造工藝 等原因，陽(yáng)光吸收率會(huì)隨時(shí)間衰減，在10年左右的使用期間里其平均陽(yáng)光吸收率不高，立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng) 光吸收層，在10年或更長(zhǎng)時(shí)間里陽(yáng)光吸收率不會(huì)衰減，其平均陽(yáng)光吸收率較高。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的特點(diǎn)

圖1表示噴槍與中空陶瓷太陽(yáng)素坯板表面成一定角度噴出霧化的泥漿。圖2表示單槍噴涂時(shí)，單槍在素坯板表面上方作移動(dòng)掃描，逐行噴涂霧化的泥漿，逐步形成立體網(wǎng)狀黑瓷 陽(yáng)光吸收層的素坯層。圖3表示復(fù)合在中空陶瓷太陽(yáng)板表面的立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層。圖4表示復(fù)合在中空陶瓷太陽(yáng)板表面的立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層和吸收層與太陽(yáng)板基體之間的過(guò)渡結(jié)合層。圖中1——噴槍2——霧化的泥漿3——中空陶瓷太陽(yáng)板素坯4——立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的素坯層 5——經(jīng)燒成的立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層 6——燒成時(shí)立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層與中空陶瓷太陽(yáng)板之 間形成的過(guò)渡結(jié)合層7——微細(xì)孔穴 具體實(shí)施方案 實(shí)施例1. 提釩尾渣65%，蘇州土20%,焦寶石15% (重量百分比，下同)加水球磨24小時(shí)，泥漿含水率40%,以 壓縮空氣將泥漿噴涂在干燥的長(zhǎng)X寬為1000X500毫米的中空陶瓷太陽(yáng)板素坯表面上，空氣壓力0.6Mpa、 噴槍與垂直面成70'角向下噴霧，噴槍距素坯表面300毫米，單槍逐行掃描噴涂2分鐘，使初期噴出的霧 滴被板面吸濕固化，后續(xù)噴在堆積體上的霧滴被已經(jīng)固化的堆積體吸濕固化，最終形成所述的立體網(wǎng)狀黑 瓷陽(yáng)光吸收素坯層，將整件太陽(yáng)板素坯經(jīng)干燥、124(TC燒制，堆積體高度0.9毫米，成為具有立體網(wǎng)狀黑 瓷陽(yáng)光吸收層的釩鈦黑瓷復(fù)合陶瓷太陽(yáng)能集熱板，可稱作黑瓷復(fù)合陶瓷太陽(yáng)板，簡(jiǎn)稱陶瓷太陽(yáng)板。2. 如實(shí)施例l所述的方法，采用多噴槍噴涂，共用12支噴槍，4支一排列成3排，排間距離1米，太陽(yáng)板素坯從下方通過(guò)，速度每分鐘行進(jìn)2米，此方法每小時(shí)噴涂陶瓷太陽(yáng)板素坯60平方米。3. 如實(shí)施例l所述的方法，泥漿采用提釩尾渣70%，大青土17%、鉀長(zhǎng)石10%、坊子土3%,在中空陶瓷太 陽(yáng)板素坯配方中增加長(zhǎng)石和滑石含量，燒成溫度116(TC,制造陶瓷太陽(yáng)板。4. 如實(shí)施例l所述的方法，噴槍與垂直面成3(TC角向下噴霧，噴涂陶瓷太陽(yáng)板素坯。5. 如實(shí)施例l所述的方法，噴槍以水平方向噴霧，霧滴沿拋物線落向水平放置的陶瓷太陽(yáng)板素坯。6. 如實(shí)施例1所述的方法，空氣壓力10 kg/cm2 ，噴槍距素坯表面400毫米，噴涂時(shí)間4分鐘，堆積體高 度為2. 1毫米。7. 如實(shí)施例l所述的方法，泥漿采用提釩尾渣96.8%、甲基纖維素3%、油酸0.2%。8. 如實(shí)施例1所述的方法，泥漿采用提釩尾渣50%、紫木節(jié)土 20%、大同土 15%、鉀長(zhǎng)石7. 5%、滑石7. 5%。9. 如實(shí)施例l所述的方法，泥漿采用電解錳渣40%、硫鐵礦燒渣40%、萊蕪?fù)?5%、鉀長(zhǎng)石5%。10. 如實(shí)施例l所述的方法，泥漿采用黑鎢礦35%、鉻鐵礦20%、釩鈦磁鐵礦15%、蒙陰土20%、滑石6%、 章丘土 4t
權(quán)利要求
1.在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是在陶瓷中空板基體上覆蓋以工業(yè)廢棄物或金屬礦物為主要原料的黑瓷泥漿層與陶瓷中空板一起經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成為立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層，以工業(yè)廢棄物或金屬礦物為原料或主要原料磨制成泥漿，以壓縮空氣將泥漿噴涂在干燥的陶瓷中空板基體素坯表面上，采用單支噴槍或多支噴槍噴涂，控制壓縮空氣的壓力、流量和泥漿的比例使初期與干燥的陶瓷中空板基體素坯表面相接觸的霧滴由于干燥素坯的快速吸水和霧滴的表面張力形成具有一定強(qiáng)度、相對(duì)干燥、粘附于陶瓷中空板基體素坯表面的泥粒，后續(xù)噴落的霧滴首先遇到這些具有一定吸濕能力的突出于表面的泥粒，粘附在泥粒上，依次堆積成柱狀、尖塔狀、立壁狀、蜂窩狀、多孔狀的非均勻、不連續(xù)、被吸濕而具有一定強(qiáng)度的立體網(wǎng)狀黑瓷泥漿霧滴堆積層，當(dāng)這些立體堆積體達(dá)到一定高度失去吸濕能力前停止噴霧，從而在陶瓷中空板基體素坯表面得到立體網(wǎng)狀黑瓷的素坯層，將此具有立體網(wǎng)狀黑瓷素坯層的陶瓷中空板基體素坯經(jīng)干燥后進(jìn)行高溫?zé)?，控制燒成溫度和時(shí)間使立體網(wǎng)狀黑瓷素坯層與陶瓷中空板基體素坯同時(shí)燒結(jié)為立體網(wǎng)狀黑瓷層和瓷質(zhì)中空陶瓷太陽(yáng)板基體，高溫?zé)Y(jié)使立體網(wǎng)狀黑瓷層與瓷質(zhì)中空陶瓷太陽(yáng)板基體燒結(jié)復(fù)合為一體，或采用二次燒成的方法將兩者燒結(jié)復(fù)合為一體，其燒成溫度使立體網(wǎng)狀黑瓷泥漿霧滴堆積層成為瓷質(zhì)材料，噴涂時(shí)噴槍以一定角度與陶瓷中空板素坯表面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，單槍噴涂時(shí)，單槍在陶瓷中空板基體素坯表面上方作規(guī)則性移動(dòng)掃描，使運(yùn)動(dòng)速度、泥漿噴出速度與素坯吸濕速度相對(duì)應(yīng)，確保霧滴堆積體始終具有相應(yīng)的吸濕能力，使粘附在堆積體上的霧滴中的大量水分通過(guò)相對(duì)干燥的堆積體傳遞至干燥的素坯中，使新粘附的霧滴迅速失去部分水分而具有一定形狀和強(qiáng)度，不要使霧滴聚為流動(dòng)的泥漿從而使堆積物倒塌成為平面層，多槍噴涂時(shí)，陶瓷中空板基體素坯在噴槍下方運(yùn)動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)速度、噴槍間隔距離與泥漿噴出速度和素坯吸濕速度相對(duì)應(yīng)，以達(dá)到上述目的，調(diào)整泥漿配方和水分決定泥漿中顆粒之間的內(nèi)聚力，控制壓縮空氣的壓力、流量和泥漿的比例決定噴出霧滴的速度和大小，霧滴是泥漿與空氣的混合物是中空的泥漿球，粘附在堆積物上時(shí)，失去部分水分而硬化成中空硬殼，部分球體破碎，形成立體網(wǎng)狀多孔的堆積體，泥漿的配方、內(nèi)聚力、失去水分的速度決定堆積體的平均直徑和高度，堆積體中充滿的毛細(xì)孔是干燥素坯吸收水分時(shí)造成的水分運(yùn)動(dòng)通道，燒成時(shí)形成微細(xì)孔穴，燒成后堆積體的每一個(gè)立柱、尖塔、立壁、蜂窩壁上布滿孔穴，孔徑為0.1～50微米，立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層呈黑色。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的工業(yè)廢棄 物是提釩尾渣，提釩尾渣是釩鈦磁鐵礦經(jīng)熔煉得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)吹煉得到釩渣，釩渣加入輔料進(jìn) 行焙燒，將焙燒料進(jìn)行濕法浸取提釩，提取釩后所剩余的作為廢棄物的廢渣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的工業(yè)廢棄 物是指除提釩尾渣以外的其他富含第四周期過(guò)渡金屬元素的工業(yè)廢渣，其他富含過(guò)渡元素的工業(yè)廢渣是指 以第四周期過(guò)渡元素為主的Fe、 Mn、 Ti、 V、 Cr、 Ni、 Cu、 Co、 Zn、 Zr、 Nb、 Mo、 W的氧化物或化合物總 量超過(guò)5W或含有大量SiC、單質(zhì)硅的工業(yè)廢棄物，這些廢棄物或稱作廢渣通常是深色和黑色的，包括鐵合 金工業(yè)廢渣、鋼鐵業(yè)廢渣、有色冶金業(yè)廢渣、化工業(yè)廢渣；鐵合金工業(yè)廢渣中各種錳鐵渣含Mn0 5-50%、 Fe0 0.2-2.5%，硅鉻合金渣含Cr203 0. 1_5%、 Cr 2-10.5%、 SiC 4-22%、 Si 7-8%,中、低、微碳鉻鐵渣含 Cr203 2-7%、 Fe0 1-3%,硅鐵渣含F(xiàn)e0 3-7%、 SiC 20-29%、 Si 7-10%，鉤鐵渣含Mn0 20-25%、 Fe0 3_9%， 鉬鐵渣含F(xiàn)e0 13-15%,金屬鉻浸出渣含(^203 2-7%、 Fe2038-13%,金屬鉻冶煉渣含Cr203 11-14%，電解錳渣 含MnS04約15呢、Fe (003約30%，硅錳渣含MnO 8-18%、 FeO 0. 2-2%,硅錳煙塵含Mn02 20-24%,鎳鐵爐渣 含F(xiàn)ed 40%、 Cr203 40% ;鋼鐵業(yè)廢渣中轉(zhuǎn)爐鋼渣含F(xiàn)e203 1. 4-11%、 FeO 7_21%、 MnO 0. 9-4. 5%,平爐鋼渣 含F(xiàn)e203 1. 7- 7. 4%、 FeO 7-36%, MnO 0. 6-3. 9%，軋鋼氧化鐵皮含F(xiàn)e203接近100%，釩鈦磁鐵礦煉鐵渣含Ti02 10-17%、 FeA約4%,釩鈦磁鐵礦煉鋼渣含氧化鐵11-13%、 MnO 1-1.2%、 V205 2.3-2 . 9%、 Ti02 2-2.9% ; 有色冶金業(yè)廢渣中電爐銅渣含F(xiàn)eO 26-34%,銅鼓風(fēng)爐水淬渣含F(xiàn)eO+ Fe203 40-50%,濕法煉銅浸出渣含F(xiàn)e 50%、 Cu 1.13%、 Pb 1.05%、 Zn 0.2%、 Bi 0.15%、 Mn 0.04%,鉛煙化爐水淬渣是將煉鉛產(chǎn)出的鼓風(fēng)爐爐渣 再經(jīng)煙化爐回收鉛、鋅后的棄渣內(nèi)含F(xiàn)e203 38 . 6-38. 79L Pb 0.06-0.37%、 Zn 0.8-1.3%,煉鋁廠制造A1203 時(shí)排出棄渣赤泥含F(xiàn)e203 8-10%、 Ti02 2.5%,化工業(yè)廢渣中以硫鐵礦制造硫酸時(shí)產(chǎn)出的硫鐵礦。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的金屬礦物 是指含有第四周期過(guò)渡元素的礦物，其中普通鐵礦，褐紅色，含F(xiàn)e203 30-70%，鉻鐵礦，暗紅色，含Cr203 30-54%、 FeO 12-17%，鈦鐵礦，黑紫色，含TiO 50-60%、 FeO 22-35%、 Fe203 7-15%、 MnO 0.5-4%,錳礦， 黑褐色，Mn02 40-78%、 Mn304 4_32%、 Fe 1-18%,含鎳褐鐵礦，褐色，含Ni 1. 2 1. 4%、 Co 0. 1-0. 2%、 Cr2033%、 Fe 35-50%，釩鈦磁鐵礦，黑色，含V 0.4-1.8%、 Ti02 9-34%、 Fe203 1 5-50%、 Ft0 9-3氛MnO 0. 2_696、 Cr203 0. 1-0. 7%，鈮鐵礦，黑色，含他205 9-68%、 Ta205 1-15%、 TiO 1-3%、 Mn(Hi Sn0 2i Fe02-20%， 黑鉤礦，黑褐色，含W0a 65-67%、 FeO 12-15%、 Mn0 8_12%、 Sn 0. 17-0.挑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的陶瓷中空板 基體是將普通陶瓷泥料經(jīng)真空練泥以多孔模具擠制成型的多孔通孔板素坯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的泥漿中所 述工業(yè)廢棄物或金屬礦物為50 90%,其余為普通陶瓷原料，加水球磨為泥漿。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的壓縮空氣 的壓力是O. 4 1. 2MPa。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層的方法，其特征是所述的陶瓷中空 板素坯與立體網(wǎng)狀黑瓷素坯層一起共同燒成的溫度是1100 130(TC。
全文摘要
“在陶瓷中空板上復(fù)合立體網(wǎng)狀黑瓷陽(yáng)光吸收層”是以富含第四周期過(guò)渡元素的工業(yè)廢渣、金屬礦物為主要原料磨成泥漿，以壓縮空氣將泥漿噴涂在干燥的中空陶瓷太陽(yáng)板素坯表面上，采用單支噴槍或多支噴槍噴涂，控制壓縮空氣的壓力、流量和泥漿的比例使初期與干燥的陶瓷太陽(yáng)板素坯表面相接觸的霧滴由于干燥素坯的快速吸水和霧滴的表面張力形成具有一定強(qiáng)度、相對(duì)干燥、粘附于素坯板表面的泥粒，后續(xù)噴落的霧滴首先遇到這些具有一定吸濕能力的突出于表面的泥粒，粘附在泥粒上，依次堆積成柱狀、尖塔狀、立壁狀、蜂窩狀、多孔狀的非均勻、不連續(xù)、被吸濕而具有一定強(qiáng)度的霧滴泥料堆積體，當(dāng)這些立體堆積體達(dá)到一定高度失去吸濕能力前停止噴霧，從而在中空陶瓷太陽(yáng)素坯板表面得到立體網(wǎng)狀黑瓷的素坯層，將此具有立體網(wǎng)狀黑瓷素坯層的中空陶瓷素坯板經(jīng)干燥后進(jìn)行高溫?zé)?，控制燒成溫度和時(shí)間使立體網(wǎng)狀黑瓷素坯層與中空陶瓷太陽(yáng)板素坯同時(shí)燒結(jié)為立體網(wǎng)狀黑瓷層和瓷質(zhì)中空陶瓷太陽(yáng)板基體，高溫?zé)Y(jié)使立體網(wǎng)狀黑瓷層與瓷質(zhì)中空陶瓷太陽(yáng)板基體燒結(jié)復(fù)合為一體。與傳統(tǒng)的太陽(yáng)能吸收涂料相比，具有成本低、使用壽命長(zhǎng)，在壽命期間平均陽(yáng)光吸收率較高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B41/85GK101551173SQ20091013542
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者曹樹(shù)梁, 王啟春, 石延嶺, 濱 蔡, 許建麗, 許建華 申請(qǐng)人:山東天虹弧板有限公司