CN101289274A - 一种利用高炉渣和粉煤灰制备无机纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用高炉渣和粉煤灰制备无机纤维的方法，属于非金属材料的制备领域。本发明方法以高炉渣和粉煤灰为主要原料制备具有一定直径和长度以及一定柔性和强度的无机纤维。概括来说，本发明方法包括：将高炉渣和粉煤灰的液态混合物制成丝，冷却所述丝得到无机纤维。所述液态混合物中的高炉渣的重量百分比优选在10％到90％的范围内，粉煤灰的重量百分比优选在90％到10％的范围内。另外，上述高炉渣和粉煤灰的混合物中还可加入添加剂。采用本发明方法制得的无机纤维可用于制备建筑保温材料，工业窑炉的隔热材料，部分精选的超细纤维还可用于造纸纤维，代替树木纤维，从而保护生态环境。

Description

一种利用高炉渣和粉煤灰制备无机纤维的方法

技术领域

本发明涉及一种无机纤维的制备方法，具体地说，本发明涉及利用工业废料高炉渣与粉煤灰制备无机纤维的方法，属于非金属材料的制备领域。

背景技术

高炉渣是高炉炼铁中由加入高炉矿石中的脉石、焦炭灰分同熔剂反应熔化形成的副产物，是含有多种氧化物的复杂硅酸盐，常含有少量硫化物、氟化物和碳化物等。它的成分和产量因高炉原料和燃料的成分不同而有所不同。通常高炉渣主要含有，28～42％SiO₂、6～17％Al₂O₃、38～49％CaO和1～13％氧化镁，冶炼每吨铁生成的渣量约为300～600公斤。

随着我国钢铁生产的迅速发展，所产生的固体废弃物总量也越来越多，其中高炉渣约占50％，2007年接近2亿吨。高炉渣是一种性能良好的硅酸盐材料，通过处理后可作为生产水泥的原料，由此可节约生产水泥的石灰石原料。

目前，我国大多数钢铁厂对高炉渣采用水冲方法处理，即让高炉熔渣在冲制箱内由多孔喷头喷出的高压水进行水淬，水淬渣流经粒化槽，进入沉渣池。沉渣池中的水渣由抓斗吊抓出堆放于渣场继续脱水。沉渣池内的水及悬浮物流入设有砾石过滤层的过滤池，经过滤后的水由泵加压后送入冷却塔冷却，循环使用。水量损失必须由新水补充。这种水冲渣系统存在很多问题，其中最大两个问题是耗水太多与能量损失严重。每冲渣1吨，需要循环用水量10吨，消耗新水1.2吨，如以2007年我国生铁生产计算，仅用于冲渣的新水消耗就接近2亿吨。其次，水冲渣过程浪费了大量热量。1400-1550℃的高炉渣被带走的热约占炼铁能耗的8％左右。全国各钢铁厂每年的高炉渣总热能损失超过1000万吨标准煤。

鉴于现行高炉水渣工艺的种种弊端，近年来已有研究者开始注重开发高炉渣干法粒化及其热能回收技术。其基本思路是：让液态高炉渣下落至高速旋转的转盘，利用转盘的机械力将高炉渣击碎。在炉渣的下落过程中，利用空气进行冷却，一方面，高炉渣逐渐被冷却，另一方面，空气则逐渐被加热。冷却的粒化渣可用作生产水泥的原料，而被加热了的热空气则可回收利用其热量。

高炉渣干法粒化及其热能回收技术是对高炉渣传统处理方法的创新性改造，其突出的优点是：耗水很少，无硫化氢、氧化硫等有害气体的排放，又便于回收利用炉渣显热与潜热，因此可望产生巨大的社会、经济和环境效益。但是，干法粒化存在一个明显的缺点，即干法粒化的渣粒活性差，且不易破碎，受到冷却条件的限制，渣中非晶相较少，不适宜生产优质矿渣水泥。这样，干法渣将可能重新成为废弃物，或仅作为铺路料。因此，寻找干法处理高炉渣资源高效利用的方法就非常重要。高炉渣喷吹后粒化的原因是由其组成与温度决定的，当改变组成与温度，并随之改变其黏度以及表面张力时，则可以喷吹或甩出矿渣纤维。高炉渣属于碱度大于1的炉渣，发明人研究发现，当在高炉渣加入适量的三氧化二铝以及二氧化硅，或加入含有三氧化二铝与二氧化硅的粉煤灰时，可以使高炉渣喷吹或甩出优质的矿渣纤维，此纤维可以制备建筑保温材料，工业窑炉的隔热材料，部分精选的超细纤维还可用于造纸纤维，代替树木纤维，从而保护生态环境。同时，热能通过尾气回收还可以得到充分利用。

通过在高炉渣中加入适量粉煤灰制备矿渣纤维，不仅开辟了高炉渣利用的新途径，提高了高炉渣利用的附加值，而且可以重新高附加值地利用粉煤灰。

粉煤灰是指燃煤(低热值燃料)锅炉在燃烧过程中产生的固体颗粒物，包括灰和渣，主要成分为二氧化硅与氧化铝。2005年我国燃煤电厂和低热值电厂产生的粉煤灰量达3.3亿吨，占全国工业固体废弃物的40％。

因此，高炉渣与粉煤灰制备矿渣纤维以及余热利用技术，是资源、能源循环与再生利用的新技术。这一技术和方法是一项开拓性的节能减排的新技术和新工艺，对提高废弃物利用效率、充分利用废弃能源，促进我国的经济与社会、人与自然的和谐发展，实现资源经济向循环经济的跨跃具有极其深远的意义。

本发明利用粉煤灰与冶金渣制备无机纤维，巧妙利用高炉渣与粉煤灰所含主要原料的不同，通过利用两种废弃物性能互补的特性，不仅可以充分利用高炉渣与粉煤灰，而且大幅度提高了利用产品的附加值，同时还可望利用熔融高炉渣所含的大量废弃热能。具有重要的经济、社会与生态环保意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用高炉渣与工业废料粉煤灰制备无机纤维的方法，不但具有较好的经济价值，同时符合当代社会的节能减排的主题，扩展了粉煤灰与冶金渣的利用价值。

本发明方法以高炉渣和粉煤灰为主要原料制备具有一定直径和长度以及一定柔性和强度的无机纤维。概括来说，本发明方法包括：将高炉渣和粉煤灰的液态混合物制成丝，冷却所述丝得到无机纤维。所述液态混合物中的高炉渣的重量百分比优选在10％到90％的范围内，粉煤灰的重量百分比优选在90％到10％的范围内。

具体来说，可先在高温熔融的高炉渣中加入适量的粉煤灰，通过控制温度与组成，从而控制熔融液的黏度与表面张力；所述温度优选在600℃到1700℃的范围内；

然后在加压下由多孔喷丝板将熔融液喷出成丝，然后将得到的丝冷却即制得无机纤维；

或者，由电阻炉熔融高炉渣和粉煤灰，使得到的液体流入甩丝机，在甩丝辊离心力的作用下，根据不同的线速度使该液体形成长短不同的丝，将这些丝冷却即得到无机纤维；

优选地，还可在高炉渣和粉煤灰的液态混合物中加入具有不同功能的添加剂，比如加入氮化硼或硼酸钠可以降低所述液态混合物的表面张力，从而降低该混合物的熔点等等。

所述高炉渣包括钢铁工业炼铁高炉渣等；所述粉煤灰包括煤炭燃烧时产生的飞灰、固态残留物、废弃物或它们的混合物。其中，粉煤灰的主要成分为二氧化硅与氧化铝；所述高炉渣的主要成为26～41％氧化硅、6～17％氧化铝、38～49％氧化钙和1～13％氧化镁。

可以理解，通过调节熔融液中各成分的种类和各成分之间的配比，制备所涉及的温度等参数，以及添加剂的种类和用量，可以获得不同性能与规格的无机纤维；同时由于工业废料粉煤灰与冶金渣的成分各有不同，除制备本发明所述无机纤维所涉及的主要原料外，其中还可能含有不同成分的氧化钙、氧化镁和氧化铁等成分从而影响无机纤维的形貌以及性能。制得的无机纤维的直径优选在0.01mm到100mm的范围内，长径比优选在4到2000的范围内。

本领域技术人员可在本发明方法的指导下，通过比较在不同条件下制备的无机纤维的长径比之间的区别而得到最优的工艺条件。

本发明制得的无机纤维可制备建筑保温材料，工业窑炉的隔热材料，部分精选的超细纤维还可用于造纸纤维，代替树木纤维，从而保护生态环境。同时，还可通过通过尾气回收使热能得到充分利用。

和现有技术相比，本发明方法具有下列优点：

工艺简单易行，实现了不同工业废料的综合利用，提高了粉煤灰和冶金渣利用的附加值，具有良好的经济和环境效益。

附图说明

图1是本发明实施例方法流程图；

图2是本发明实施例1制备得到的无机纤维的SEM照片；

图3是本发明实施例2制备得到的无机纤维的SEM照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。下述实施例的制备过程如附图1所示。

实施例1

在高炉渣中加入粉煤灰，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分比约为30％，然后放入温度约为1300℃的熔化电阻炉中，待完全熔化后，使熔融液流入甩丝机中，在甩丝辊离心力的作用下，根据不同的线速度得到长短不同的无机纤维丝，同时喷吹压缩空气冷却得到的无机纤维丝，最后得到的无机纤维如图2所示。

实施例2

采用和实施例1相同的制备方法，区别在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分比约为50％，最后得到的无机纤维如图3所示。

实施例3

采用和实施例1相同的制备方法，区别在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分比约为30％，并在混合物中加入适量的硼酸钠，在600℃熔化，最终得到无机纤维。

实施例4

采用和实施例1相同的制备方法，区别在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分比约为10％，熔化电阻炉的温度为1200℃，并使用多孔喷丝机喷制成丝，得到无机纤维。但此条件下得到的无机纤维存在一定的球化率，可采用后续处理对其作进一步筛选。

实施例5

采用和实施例4相同的制备方法，区别在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分比约为90％，熔化电阻炉的温度为1700℃，得到硅酸铝纤维。

Claims (10)

1.一种无机纤维的制造方法，其特征在于将高炉渣和粉煤灰的液态混合物制成丝，冷却所述丝得到无机纤维。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态混合物中还包含添加剂。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述添加剂为氮化硼、硼酸钠或它们的混合物。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态混合物来自于：

在熔融的高炉渣中加入粉煤灰得到液态混合物，或

在高炉渣中加入粉煤灰后加热熔融得到液态混合物。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态混合物来自于：

在高炉渣中加入粉煤灰后加热熔融到600℃到1700℃的温度范围内得到液态混合物。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉渣包括：钢铁工业炼铁高炉渣；所述粉煤灰包括：煤炭燃烧时产生的飞灰、固态残留物、废弃物或它们的混合物。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态混合物中所述高炉渣的重量百分比在10％到90％的范围内，所述粉煤灰的重量百分比在90％到10％的范围内。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将液态混合物制成丝的方法为：

使液态混合物流入甩丝机，在甩丝辊离心力的作用下制成丝；或

在加压下将液态混合物由多孔喷丝板喷出制成丝。

9.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述无机纤维的直径在0.01mm到100mm的范围内，长径比在4到2000的范围内。

10.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述丝通过空气冷却，所述空气经过热能回收装置回收热能。

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