[發(fā)明專利]一種利用熱態(tài)高爐渣制造礦渣纖維的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910238030.5
• 申請日: 2009-11-13
• 公開（公告）號: CN101704631A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王習(xí)東;馮英杰;張梅;郭敏;張作泰;劉麗麗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: C03B37/00
• 分類號: C03B37/00
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 周政

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦渣纖維，尤其涉及一種直接利用工業(yè)熱態(tài)高爐渣并充分利用工業(yè)熱能的 礦渣纖維制造方法，屬于資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

礦渣纖維在廣義上又稱為無機(jī)玻璃纖維，具有耐高溫，抗腐蝕，強(qiáng)度高，比重輕，電 絕緣性好，吸濕低，延伸小等優(yōu)良特性，廣泛用于各種工業(yè)部門及生活領(lǐng)域。尤其是玻璃 纖維作為增強(qiáng)基材，是一種極具發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)和功能材料。

玻璃纖維是由硅酸鹽的熔體制成的，各種玻璃纖維的結(jié)構(gòu)組成基本相同，都是由無規(guī) 則的二氧化硅網(wǎng)絡(luò)所組成。熔融的二氧化硅冷至熔點(diǎn)以下時，因其粘度非常大，液體流動 性能很差，需加入氧化鈣，氧化鎂等降低其粘度，利于玻璃纖維的形成。此外，還可以加入 其他一些成分，以實(shí)現(xiàn)玻璃纖維的最終用途。

然而，玻璃纖維存在的一個重要問題就是價格較高，能耗較大，所以為了擴(kuò)大它的適 用性和使用范圍，如何降低成本已經(jīng)成為十分重要的研究課題。

國內(nèi)外，因玻璃纖維的種類、用途等不同，其生產(chǎn)的方法很多。制造長絲和短纖維玻 璃纖維的方法主要有三種，即機(jī)械拉絲法、離心力拉絲法和流動氣體吹絲法，這些方法也 可組合使用。

機(jī)械拉絲法廣泛地用于生產(chǎn)玻璃長絲，而生產(chǎn)玻璃短纖維則主要采用離心力拉絲法和 流動氣體拉絲法，不同方法對應(yīng)不同的成分及液體粘度。涉及到制造玻璃纖維所用的原料， 在其發(fā)展初期，較多采用坩鍋法拉絲爐，生產(chǎn)玻璃纖維的原料是玻璃球，制造玻璃球，首 先要將各種礦石進(jìn)行粉碎，以粉料的形式加入，然后根據(jù)玻璃成分，制成配合料，送入玻 璃溶窯進(jìn)行融化，形成玻璃液。合格的玻璃液流經(jīng)喂料池，并從喂料口流出形成料股。對 于料股的溫度，中堿玻璃球一般為1150～1170℃，無堿玻璃為1200～1220℃。后來發(fā)展較 多的池窯法拉絲，則以其自身的生產(chǎn)特點(diǎn)，直接用生產(chǎn)玻璃球的配合料作為原料。但不論 哪種方法，都需要將玻璃纖維原料進(jìn)行高溫再融化，不但耗費(fèi)時間，更重要的是浪費(fèi)了大 量能源。

熱態(tài)高爐渣指的是直接從高爐煉鐵中產(chǎn)生的高溫廢棄物，其溫度可高達(dá)1500℃左右， 其主要礦物組成有鈣黃長石、鎂黃長石、鈣長石、疆輝石、硅灰石、二硅酸三鈣等。從高 爐渣的化學(xué)成分和礦物組成來看，它屬于硅酸鹽范疇。組成高爐渣的四種主要氧化物，正 是普通鈉鈣硅玻璃的主要成分。而高爐渣作為原料應(yīng)用于玻璃制造工業(yè)從上世紀(jì)三四十年 代就已經(jīng)開始采用，其所占原料成分比例逐步提高，最高達(dá)到30％。然而高爐渣應(yīng)用于無 機(jī)玻璃纖維的制造研究則較少，其主要制約因素是由于高爐渣含有氧化鈣，鎂等堿性氧化 物，堿度較高，高溫液態(tài)粘度較大，不利于成絲。

因此，利用熱態(tài)高爐渣制備高性能無機(jī)纖維，通過鋼鐵與電力工業(yè)的聯(lián)產(chǎn)工業(yè)進(jìn)行連 續(xù)玻璃纖維的生產(chǎn)作業(yè)，達(dá)到工業(yè)原料以及廢棄能源的合理利用，具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種利用熱態(tài)高爐渣為原料通過適當(dāng)加入少量酸性氧化物或 含有酸性氧化物的礦物或工業(yè)廢棄物直接制造礦渣纖維的方法。該方法的優(yōu)勢在于，聯(lián)合 高爐煉鐵工業(yè)和熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電工業(yè)，充分利用熱態(tài)高爐渣的熱量和纖維冷卻余熱，提高能 源使用效率，減少能源損耗，有利于環(huán)境保護(hù)和成本降低。

該方法直接以熱態(tài)高爐渣為主要原料，通過添加少量含酸性氧化物(如二氧化硅和/ 或三氧化二鋁)的另一反應(yīng)物，例如純酸性氧化物或含有酸性氧化物的礦物或工業(yè)廢棄物， 進(jìn)行熔融反應(yīng)，并通過常用的成絲方法制成礦渣纖維。反應(yīng)物中可進(jìn)一步加入一定量的特 殊添加劑，從而制備具有一定直徑和長度以及一定柔性和強(qiáng)度并分別具有不同特征性能和 用途的玻璃無機(jī)纖維。

優(yōu)選地，所述熱態(tài)高爐渣的重量占所述熱態(tài)高爐渣和所述酸性氧化物的總重量的 40～95％，所述酸性氧化物的重量占所述熱態(tài)高爐渣和所述酸性氧化物的總重量的5～60％。

優(yōu)選地，所述熱態(tài)高爐渣和所述另一反應(yīng)物的熔融物中可包括添加劑，所述添加劑調(diào) 節(jié)制成的礦渣纖維的性能參數(shù)，所述添加劑的重量占所述熱態(tài)高爐渣、所述酸性氧化物 和所述添加劑的總重量的0.1～10％。所述添加劑包括堿金屬(比如Li、Na、K)、堿土金 屬(比如Mg、Ca)鋁、硼、鈦、鋯、鈹?shù)难趸镏械囊环N或多種。