CN102515554B - 一种利用工业尾矿的无机纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机纤维材料领域，特别涉及一种利用铁尾矿或铜尾矿等工业废弃物在高温下熔化制备的无机纤维及其制备方法。按重量百分比计，其原料组成为：工业尾矿30-80％，辅助组分0-20％，焦炭或煤20-40％，助剂为工业尾矿的0.2-10％，表面处理剂为工业尾矿的0.1-5％。利用工业尾矿，加入必要的辅助组分以及焦炭或煤，并加入必要的助剂，经充分混合并造粒后，在冲天炉或池炉中高温熔制，在控制高温熔体粘度的条件下，利用离心甩丝设备形成纤维，并喷洒表面处理剂，冷却，获得本发明无机纤维；本发明的纤维具有良好功能性，实现了工业尾矿的高附加值综合利用，可以广泛应用于隔热、隔音、保温绝缘材料、沥青改性等领域，具有良好的应用前景，尤其适用于建筑保温材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及无机纤维材料领域，特别涉及一种利用铁尾矿或铜尾矿等工业废弃物在高温下熔化制备的无机纤维及其制备方法。
背景技术
无机纤维材料被广泛应用于许多领域，如：用于隔热或隔音层，用作建筑材料的增强纤维，用作造纸原料，用作车辆刹车片等摩擦材料。用于制备无机纤维的原料来源较广泛，其产品包括玻璃纤维、岩棉、矿棉、玻璃棉等等。
利用粉煤灰、赤泥、玄武岩、钢渣、矿渣等为原料制备无机纤维已有较多应用，并有专利报道，但利用铁尾矿或铜尾矿制备无机纤维材料未见之专利报道。
尾矿资源巨大，有大量的堆积，近年的排放量也不断增长，如果不加以利用，实现资源化，会造成巨大的环境问题和安全问题，也浪费了宝贵的资源。以往的填埋、覆盖等处理方法不能从根本上解决尾矿所带来的环境和社会问题，在筑路、建材、陶瓷等领域的利用，也不能实现尾矿价值的理想发挥，如何实现尾矿的综合利用，实现尾矿产品的高附加值倍受关注。工业尾矿，如铁尾矿(铁尾矿的主要化学成分可参见：鞍本地区选铁尾矿资源现状与利用前景，岳铁兵，矿产保护与利用，2011年12月第6期)、铜尾矿(铜尾矿多元素的主要化学成分可参见：赤峰铜矿尾矿的综合利用，王苹，董风芝，金属矿山，2010年第3期)等的主要成分为SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、MgO、Fe2O3、B2O3等，利用工业尾矿为主要原料，将其制备成纤维材料是实现尾矿高附加值综合利用的有效途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用工业尾矿的无机纤维及其制备方法，以使尾矿获得高附加值的利用，同时实现扩大无机纤维制备原料来源的目的，解决尾矿所带来的环境和社会问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种利用工业尾矿的无机纤维，按重量百分比计，其原料组成为：
工业尾矿30-80wt％，辅助组分0-20wt％，焦炭或煤20-40wt％，助剂为工业尾矿的0.2-10wt％，表面处理剂为工业尾矿的0.1-5wt％。
所述利用工业尾矿的无机纤维，按重量百分比计，其原料组成优选为：
工业尾矿50-70wt％，辅助组分1-10wt％，焦炭或煤25-35wt％，助剂为工业尾矿的0.5-5wt％，表面处理剂为工业尾矿的0.2-2wt％。
本发明中，各组成部分的作用如下：
(1)工业尾矿
铁尾矿、铜尾矿等工业尾矿中含有较多的SiO2、Al2O3等成分，是玻璃纤维的主要组成成分，通过高温熔化，可以在微观结构中形成连续的网络，是纤维形成的基本组成。
(2)辅助组分
辅助组分主要用来调整成分中的氧化硅、氧化铝、氧化钙等组分的百分含量，使之具有良好的成纤条件，或者调整熔融体的粘度，也可以起到调整纤维的强度等性能的作用。
(3)焦炭或煤
焦炭或煤主要作用是提供尾矿熔融所需热量。
(4)助剂
助剂主要是起到降低熔融温度，或者是调整熔融体粘度，或者是改善尾矿纤维的韧性，或者是降低纤维的脆性，或者是改善纤维强度等作用。
(5)表面处理剂
表面处理剂主要作用是改变纤维的表面性质，防止水或水汽渗入，或者是冷却纤维，或者是增加纤维的韧性，或者是降低其脆性，或者是促进矿物质从纤维表面的溶解，或者是促进纤维表面的软化，或者是使纤维相互有一定的胶结能力等。
所述的工业尾矿为铁尾矿、铜尾矿中的一种或两种。
所述的辅助组分选自可以提供SiO2、CaO、MgO、Na2O、K2O、Al2O3、B2O3、P2O5中的一种或一种以上氧化物成分的组分；
所述的辅助组分选自石英砂、砂岩、石英岩、石灰石、石灰、方解石、白垩、白云石、菱镁石、纯碱、氢氧化钠、硫酸钠、硝酸钠、碳酸钾、硝酸钾、磷酸钠、磷酸钙、磷酸铝、长石、腊石、氧化铝、氢氧化铝、硼酸、硼砂、硼镁石、硅钙硼石中的一种或一种以上；
所述的助剂为无机助剂和/或有机助剂；无机助剂为萤石、氟硅酸钠、磷酸铝、碳酸钡、硫酸钡、硫酸铵、氧化锆中的一种或一种以上；有机助剂为烷基酸钡、烷基酸钙、烷基酸锌、烷基酸钠、烷基酸镁中的一种或一种以上。
所述的表面处理剂为含硅表面活性剂、离子型表面活性剂、醇类聚合物的水溶液、酰胺或酰胺类聚合物、酸溶液、水溶性聚氨酯、纤维素醚中的一种或一种以上；
所述的含硅表面活性剂选自硅油、乳化甲基硅油、烷基改性硅油、苯基改性硅油、聚醚改性硅油、含氧硅油乳液中的一种或一种以上；
所述的离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酰氨基酸钠、磷酸钠中的一种或一种以上；
所述的醇类聚合物水溶液选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或一种以上；
所述的酰胺或酰胺类聚合物水溶液选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、聚丙烯酰胺中的一种或一种以上；
所述的酸溶液选自盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、柠檬酸、水杨酸、聚丙烯酸水溶液中的一种或一种以上；
上述利用工业尾矿的无机纤维的制备方法，将工业尾矿中加入必要的辅助组分以及焦炭或煤，并加入必要的助剂，经充分混合并造粒后，造粒粒径为1-15cm，优选2-10cm；在冲天炉或池炉中高温熔制，熔制的温度为1000℃-1600℃，优选1300℃-1550℃，在控制高温熔体粘度为100-1000泊(优选110-600泊)的条件下，利用离心甩丝设备形成纤维，喷洒表面处理剂，冷却，获得无机纤维。所制得的尾矿无机纤维直径为1-15μm，长度为0.9-20mm，湿纤维表面pH值8-9，纤维收率80-95％。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用工业尾矿，加入必要的辅助组分以及焦炭或煤，并加入必要的助剂，经充分混合并造粒后，在冲天炉或池炉中高温熔制，在控制高温熔体粘度的条件下，利用离心甩丝设备形成纤维，并喷洒表面处理剂，冷却，获得本发明无机纤维；本发明的纤维具有良好功能性，实现了工业尾矿的高附加值综合利用，可以广泛应用于隔热、隔音、保温绝缘材料、沥青改性、摩擦材料等领域，具有良好的应用前景。
2、本发明利用工业尾矿制备的无机纤维具有阻燃防火、耐腐蚀等优点，经过表面改性处理，可以用于制备摩擦材料、造纸原料，尤其适用于建筑保温材料领域。
3、本发明变废为宝，减少了工业尾矿对环境的污染，生产的无机纤维杂质少、质量好，生产成本低，具有重要的经济、社会与生态环保意义。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，按重量百分比计，利用工业尾矿无机纤维的原料组成为：铁尾矿63.5％，石灰石10％，焦炭22％，烷基酸锌2％，氧化锆2％，烷基改性硅油0.3％，十二烷基硫酸钠0.1％，聚乙二醇0.1％；将铁尾矿、石灰石、焦炭、烷基酸锌、氧化锆与水混合，水占铁尾矿、石灰石、焦炭、烷基酸锌、氧化锆重量和的15％，利用双辊造粒机造粒，粒径为3-5cm，在冲天炉内经过1520℃下充分熔制，熔融后的熔体流向四辊离心机，在粘度为450泊时，形成纤维，向形成的纤维上迅速均匀喷洒烷基改性硅油、十二烷基硫酸钠和聚乙二醇混合水溶液(烷基改性硅油、十二烷基硫酸钠和聚乙二醇的浓度为30wt％)，获得铁尾矿无机纤维。
本实施例中，纤维直径2-8.5μm，长度1.0-3.0mm，湿纤维表面pH值8.5，纤维收率88％。
实施例2
本实施例中，按重量百分比计，利用工业尾矿无机纤维的原料组成为：铜尾矿59.5％，石灰5％，萤石3％，焦炭28％，烷基酸钠2％，硫酸钡2％，聚醚改性硅油0.2％，十二烷基苯磺酸钠0.1％，聚乙烯醇0.2％；将铜尾矿、石灰、萤石、焦炭、烷基酸钠、硫酸钡与水混合，水占铜尾矿、石灰、萤石、焦炭、烷基酸钠、硫酸钡重量和的12％，利用双辊造粒机造粒，粒径为2-4cm，在冲天炉内1500℃下熔制，熔融后的熔体流向四辊离心机，在粘度为350泊时，形成纤维，向纤维上迅速均匀喷洒聚醚改性硅油、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇混合水溶液(聚醚改性硅油、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇的浓度为20wt％)，获得铜尾矿无机纤维。
本实施例中，纤维直径1.5-7μm，长度0.9-2.0mm，湿纤维表面pH值8.8，纤维收率92％。
实施例3
本实施例中，按重量百分比计，利用工业尾矿无机纤维的原料组成为：铁尾矿31％，铜尾矿31％，白垩10％，焦炭26.5％，烷基酸镁0.5％，含氧硅油乳液0.2％，磷酸0.7％，柠檬酸0.1％；将铁尾矿、铜尾矿、白垩、焦炭、烷基酸镁与水混合，水占铁尾矿、铜尾矿、白垩、焦炭、烷基酸镁重量和的14％，利用双辊造粒机造粒，粒径为3-4cm，在冲天炉内1550℃下熔制，熔融后的熔体流向四辊离心机，在粘度为400泊时，形成纤维，向纤维上迅速均匀喷洒含氧硅油乳液、磷酸和柠檬酸的混合水溶液(含氧硅油乳液、磷酸和柠檬酸的浓度为25wt％)，获得尾矿无机纤维。
本实施例中，纤维直径1.0-6μm，长度0.9-1.5mm，湿纤维比表面pH值8.2，纤维收率94％。
实施例4
与实施例1不同之处在于，本实施例中，按重量百分比计，利用工业尾矿无机纤维的原料组成为：铁尾矿68％，石灰5％，焦炭25％，磷酸铝1％，苯基改性硅油0.5％，聚丙烯酰胺0.25％，聚丙烯酸0.25％；将铁尾矿、石灰石、焦炭、磷酸铝与水混合，水占铁尾矿、石灰石、焦炭、磷酸铝重量和的13％，利用双辊造粒机造粒，粒径4-6cm，在冲天炉内1600℃下熔制，熔融后的熔体流向四辊离心机，在粘度为350泊时，形成纤维，向纤维上迅速均匀喷洒苯基改性硅油、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的混合水溶液(苯基改性硅油、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的浓度为25wt％)，获得尾矿无机纤维。
本实施例中，纤维直径1.0-5.0μm，长度1.2-2.5mm，湿纤维表面pH值8.0，纤维收率91％。
实施例5
与实施例2不同之处在于，本实施例中，按重量百分比计，利用工业尾矿无机纤维的原料组成为：
铜尾矿66％，石灰石4％，磷酸钙0.5％，氟硅酸钠3.5％，焦炭25％，烷基酸镁0.5％，纤维素醚0.1％，聚醚改性硅油0.2％，聚乙二醇0.1％，柠檬酸0.1％；将铜尾矿、石灰石、磷酸钙、氟硅酸钠、焦炭、烷基酸镁与水混合，水占铜尾矿、石灰石、磷酸钙、氟硅酸钠、焦炭、烷基酸镁重量和的15％，利用双辊造粒机造粒，粒径为3-4cm，在冲天炉内1550℃下熔制，熔融后的熔体流向四辊离心机，在粘度为350泊时，形成纤维，向纤维上迅速均匀喷洒纤维素醚、聚醚改性硅油、聚乙二醇和柠檬酸混合水溶液(纤维素醚、聚醚改性硅油、聚乙二醇和柠檬酸的浓度为15wt％)，获得铜尾矿无机纤维。
本实施例中，纤维直径1.1-6μm，长度1.0-2.2mm，湿纤维表面pH值8.0，纤维收率89％。
实施例结果表明，本发明的纤维具有良好功能性，实现了工业尾矿的高附加值综合利用，可以广泛应用于隔热、隔音、保温绝缘材料、沥青改性等领域，具有良好的应用前景，尤其适用于建筑保温材料领域。
Claims (4)
1.一种利用工业尾矿的无机纤维，其特征在于，按重量百分比计，其原料组成为：
工业尾矿30-80wt%，辅助组分0-20 wt %，焦炭或煤20-40 wt %，助剂为工业尾矿的0.2-10 wt %，表面处理剂为工业尾矿的0.1-5 wt %；
工业尾矿为铁尾矿、铜尾矿中的一种或两种；
辅助组分选自可以提供SiO2、CaO、MgO、Na2O、K2O、Al2O3、B2O3、P2O5中的一种或一种以上氧化物成分的组分；
辅助组分选自石英砂、砂岩、石英岩、石灰石、石灰、方解石、白垩、白云石、菱镁石、纯碱、氢氧化钠、硫酸钠、硝酸钠、碳酸钾、硝酸钾、磷酸钠、磷酸钙、磷酸铝、长石、腊石、氧化铝、氢氧化铝硼酸、硼砂、硼镁石、硅钙硼石中的一种或一种以上；
助剂为无机助剂和/或有机助剂；无机助剂为萤石、氟硅酸钠、磷酸铝、碳酸钡、硫酸钡、硫酸铵、氧化锆中的一种或一种以上；有机助剂为烷基酸钡、烷基酸钙、烷基酸锌、烷基酸钠、烷基酸镁中的一种或一种以上；
表面处理剂为含硅表面活性剂、离子型表面活性剂、醇类聚合物的水溶液、酰胺或酰胺类聚合物、酸溶液、水溶性聚氨酯、纤维素醚中的一种或一种以上；
含硅表面活性剂选自硅油、乳化甲基硅油、烷基改性硅油、苯基改性硅油、聚醚改性硅油、含氧硅油乳液中的一种或一种以上；
离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酰氨基酸钠、磷酸钠中的一种或一种以上；
醇类聚合物水溶液选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或一种以上；
酰胺或酰胺类聚合物水溶液选自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、聚丙烯酰胺中的一种或一种以上；
酸溶液选自盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、柠檬酸、水杨酸、聚丙烯酸水溶液中的一种或一种以上。
2.按照权利要求1所述的利用工业尾矿的无机纤维，其特征在于，按重量百分比计，其原料组成优选为：
工业尾矿50-70 wt %，辅助组分1-10 wt %，焦炭或煤25-35 wt %，助剂为工业尾矿的0.5-5 wt %，表面处理剂为工业尾矿的0.2-2 wt %。
3.按照权利要求1所述的利用工业尾矿的无机纤维的制备方法，其特征在于，将工业尾矿中加入辅助组分以及焦炭或煤，并加入助剂，经充分混合并造粒后，造粒粒径为1-15cm；在冲天炉或池炉中高温熔制，熔制的温度为1000℃-1600℃，在控制高温熔体粘度为100-1000泊的条件下，利用离心甩丝设备形成纤维，喷洒表面处理剂，冷却，获得无机纤维；所制得的尾矿无机纤维直径为1-15μm，长度为0.9-20mm，湿纤维表面pH值8-9，纤维收率80-95%。
4.按照权利要求3所述的利用工业尾矿的无机纤维的制备方法，其特征在于，造粒粒径优选2-10cm，熔制的温度优选1300℃-1550℃，高温熔体粘度优选110-600泊。
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Granted publication date: 20140122 Termination date: 20141115 |
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