CN104496190B - 一种热态高炉渣制矿棉用调质料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热态高炉渣制矿棉用调质料及其制备方法，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为30‑80%，粉煤灰为5‑40%，Cr₂O₃为2‑10%，NaNO₃为5‑20%。该热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，依次包括以下步骤：（1）依质量百分比称取霞石和粉煤灰，并充分混合，制成混合料A；依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，并充分混合，制成混合料B；（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，并充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。本发明具有成本低廉，原料易于获取、加工；且调质效果显著，制备的粒状棉高温熔体玻璃态良好，成纤率高，成纤品质佳，酸度系数可调等特点。

Description

一种热态高炉渣制矿棉用调质料及其制备方法

技术领域

本发明涉及矿棉生产技术领域，具体涉及一种热态高炉渣制矿棉用调质料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，能源紧缺的问题愈加严重，节能减排技术成为世界各国的研究热点。当前，我国能源形势严峻，产品能耗指标过高，主要用能产品的单位产品能耗比发达国家高25～90%（加权平均高40%左右）；其次产值能耗高，我国的产品产值能耗是世界上最高的国家之一，例如每千克油当量的能源，日本企业平均可以创造出10.2美元的产值，中国只能创造出0.7美元，仅为日本的1/15；我国单位能源使用产生的GDP，目前只有发达国家平均水平的1/5～1/16左右。与此同时，我国矿产资源和能源的利用率都很低，我国矿产资源总回收率仅为30～50%，比世界平均水平低10～20个百分点；单位产品产值能耗为世界平均水平的2.3倍。这些是造成我国产品生产成本高、企业经济效益差的重要原因之一。

作为“环境协调材料”的矿棉制品在传统工艺的制备过程中生产一吨制品平均需要消耗能源约550公斤标准煤（包括焦、电等），能耗费用占工厂成本的30%以上，致使矿棉制品的销售价格高居不下，一般都在2400-3500元/吨（矿棉）以上，成为矿棉制品难以进入建筑市场最为突出的瓶颈问题之一。欲降低矿棉制品的销售价格的关键之一是降低其能耗。虽然通过在传统工艺上采用一些新技术（如加热送风、富氧送风等）也能达到节能的目的，但降耗的幅度有限。而属于硅酸盐体系的高炉热态熔渣却具有很高的温度(1400～1600℃)，其平均热焓约为1670MJ/t，属于高品质的余热资源，具有很高的回收价值。由于高炉熔渣用途很广，因此熔渣能量的回收原则是不仅要回收其余热资源，而且要便于炉渣的再利用，同时不产生环境污染。但目前，国内外高炉熔渣多以水淬法为主，热量无法回收利用。因此，采用高炉热态熔渣制备矿棉有利于解决上述技术领域中各自存在的问题，实现了矿棉制备过程中的节能降耗和高炉热态熔渣热量再利用的有机统一，是当今研究的热点技术之一。

热态熔渣直接产品化是渣处理重心的前移，可以理解为一种“渣冶炼”工艺，其技术难度高于冷态渣处理，但综合利用效率及产品附加值远高于冷态渣，将成为冶金渣利用领域的全新课题。热态熔渣产品开发与应用研究是对传统渣处理技术的一次突破性尝试：传统的渣处理工艺是在常温状态下实现渣铁分离后，再将尾渣加工成建材等产品进行应用；热态熔渣产品化新工艺则是在高温状态下实现这一过程，其综合能耗降低，产品附加值大幅提升。新装备、新工艺的采用，在节约资源和能源的同时，可实现经济效益的最大化，使固废综合利用形成良性循环，符合当前国家节能减排政策，具有重要的现实意义。

热态高炉渣制矿棉的过程中，需要在热态高炉渣（1400-1600℃）中添加一定量的调质料改善其理化性能（调质料大致占矿棉组成质量百分比为10-20%），使高温熔体满足矿棉制备的品质要求，目前这方面的研究有限，现有的调质料通常由长石与硅砂、玄武岩、白云石中的一种或几种混合组成，但该调质料的调质效果一般，尤其是在改善矿棉高温熔体内部的气泡、条纹等缺陷，以及玻璃化的生成能力，熔体成纤率，成纤纤维品质，矿棉外观品质（矿棉纤维的色差大、成色复杂）等方面的调质效果不佳。因此本发明公布了一种热态高炉渣制矿棉用调质料及其制备方法，该调质料配比具有成本低廉、原料易于加工及获取，调质效果优异的特点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种热态高炉渣制矿棉用调质料及其制备方法，其不仅具有成本低廉，原料易于获取、加工，可有效降低调质料生产成本；而且调质效果显著，制备的矿棉高温熔体玻璃态良好，成纤率高，成纤品质佳，矿棉外观品质好，酸度系数可调等特点，可满足多样化的市场需求。

本发明的技术方案是：

一种热态高炉渣制矿棉用调质料，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为30-80%，粉煤灰为5-40%，Cr₂O₃为2-10%，NaNO₃为5-20%。

矿棉制备过程中，在热态高炉渣中加入调质料的目的之一是为了调整矿棉的酸度系数，高炉渣的酸度系数约为1.0，为了满足矿棉酸度系数的要求，需要加入酸性氧化物，主要是SiO₂和Al₂O₃来调节，使矿棉的酸度系数大于1.1，从而满足矿棉对酸度系数的要求。同时，调质料的引入有利于降低高炉渣的熔点、使其高温粘度和高温电阻降低，强化高炉渣的澄清和均化过程，促进其玻璃化的形成，有利于实现矿棉所需熔体的顺利熔化，且有效的降低了熔化过程中的能耗。

霞石化学成分为KNa₃[AlSiO₄]₄，晶体属六方晶系的架状结构硅酸盐矿物，通常晶体呈六方短柱状、厚板状，集合体呈粒状或致密块状。霞石是含钠和钾的铝硅酸盐，霞石的晶体一般呈六方柱状、短柱状或厚板状，晶体聚集在一起成粒状、块状。霞石中含Al₂O₃成分高，铁质含量低，且比氧化铝易熔，不但熔融温度低而且熔融范围宽，主要用来提高玻璃配料中的Al₂O₃含量，可以降低矿棉生产中的熔融温度和增加碱含量，以减少碱的用量，并有利于提高纤维的弹性和化学稳定性。

粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一，随着电力工业的发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加；大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，并且其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害；而粉煤灰的主要氧化物组成恰好为：SiO₂、Al₂O₃，其他为少量的FeO、CaO、TiO₂等，其中SiO₂、Al₂O₃组分有利于提高矿棉制品的酸度系数，因而本方案选用粉煤灰作为矿棉用调质料的主要原料之一，不仅有利于提高矿棉制品的酸度系数，而且有利于废渣（粉煤灰）利用，保护环境，实现了固废资源的可循环利用，且达到了粉煤灰高附加值利用的目的；相对于粉煤灰作为混凝土的掺合料，矿棉的价格是混凝土20-30倍，具有积极的意义，将引领相关固废产业的升级、转型。

NaNO₃相对分子质量为85.01，熔点为306.8℃，密度为2.257克/立方厘米（20℃时），为无色透明或白微带黄色菱形晶体。NaNO₃的引入有利于增强高炉渣热态熔体的玻璃形成能力以及增大矿棉成纤的温度区间，消除矿棉纤维内部的条纹、结石等内部缺陷；同时起到促进熔融和消色作用，制取的样品玻璃态良好。因而本方案的矿棉用调质料对矿棉高温熔体内部的气泡、条纹等缺陷，以及玻璃化的生成能力，熔体成纤率，成纤纤维品质的调质效果显著，制备的矿棉高温熔体玻璃态良好，矿棉成纤率高；高温熔体内部的气泡、条纹等缺陷，成纤品质好。

本方案的Cr₂O₃（三氧化二铬）在矿棉制备过程中主要起到改善矿棉外观品质的作用（目前的矿棉纤维的色差大、成色复杂），通过Cr的均匀分布于矿棉纤维中，使得制备的矿棉纤维色泽纯净，消除矿棉纤维的色差，有效提高矿棉外观品质。

作为优选，所述的粉煤灰，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为46-48%，Al₂O₃为27-28%，TiO₂为1-1.5%，FeO为5-6%，CaO为4-4.5%，MgO为0.5-1%，K₂O为1-1.5%，Na₂O为0.3-0.6%，MnO为0.01-0.1%，P₂O₃为0.1-0.5%，SO₃为1-1.5%。

作为优选，所述的霞石，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为42-43%，Al₂O₃为28-30%，Fe₂O₃为3-3.5%，CaO为2-2.5%，K₂O+Na₂O为17-19%，P₂O₃为0.2-0.3%。

作为优选，所述Cr₂O₃的粒度为200-300目。Cr₂O₃粒度过大则不利于调制料的熔化，粒度过小则调制料在添加的过程中易于结团并漂浮在热态高炉渣表面，同时会产生扬尘污染；本方案Cr₂O₃的粒度为200～300目，有利于Cr的均匀分布于矿棉纤维中，使得矿棉的着色效果最佳，有效提高矿棉外观品质。

作为优选，霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为40-100目。霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度过大则不利于调制料的熔化，粒度过小则调制料在添加的过程中易于结团并漂浮在热态高炉渣表面，同时会产生扬尘污染；因而本方案的霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为40-100目，这样不仅有利于霞石、粉煤灰及NaNO₃的熔化，而且霞石、粉煤灰及NaNO₃在添加的过程中不会结团并漂浮在热态高炉渣表面，避免产生扬尘污染。

作为优选，热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为50%，粉煤灰为30%，Cr₂O₃为5%，NaNO₃为15%。

一种热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）依质量百分比称取霞石和粉煤灰，然后将霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A；

依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，然后将Cr₂O₃和NaNO₃充分混合，制成混合料B；

（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，然后将混合料A和混合料B充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。

本方案的制备方法先将调质料中含量大的霞石和粉煤灰混合均匀、制成混合料A；并将含量小的Cr₂O₃和NaNO₃混合均匀、制成混合料B，然后在后将混合料A和混合料B充分混合，制成粒状棉用调质料；这样不仅可以有效提高调质料的制备效率，而且制得的调质料中的各组分混合均匀性好。

本发明的有益效果是：

其一，本发明的矿棉用调质料的各组分原料易于获取、加工，且成本低廉，有利于废渣利用，保护环境，实现了固废资源的可循环利用。

其二，调质效果显著，制备的矿棉高温熔体玻璃态良好，成纤率高，成纤品质佳，矿棉外观品质好，酸度系数可调等特点，可满足多样化的市场需求。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1：一种热态高炉渣制矿棉用调质料，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为50%，粉煤灰为30%，Cr₂O₃为5%，NaNO₃为15%。

Cr₂O₃的粒度为200-250目。霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为40-60目。

所述的粉煤灰，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为46-48%，Al₂O₃为27-28%，TiO₂为1-1.5%，FeO为5-6%，CaO为4-4.5%，MgO为0.5-1%，K₂O为1-1.5%，Na₂O为0.3-0.6%，MnO为0.01-0.1%，P₂O₃为0.1-0.5%，SO₃为1-1.5%。

所述的霞石，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为42-43%，Al₂O₃为28-30%，Fe₂O₃为3-3.5%，CaO为2-2.5%，K₂O+Na₂O为17-19%，P₂O₃为0.2-0.3%。

一种热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）依质量百分比称取霞石（本实施例中的霞石指的是粉碎成粉末状的霞石）和粉煤灰，然后将霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A；

依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，然后将Cr₂O₃和NaNO₃充分混合，制成混合料B；

（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，然后将混合料A和混合料B充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。

本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料适用于热态高炉渣制备的矿棉产品。

应用本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料制备的矿棉的测试结果：酸度系数为大于1.21；纤维平均之间小于5μm；放射性合格，矿棉呈纯绿色。

实施例2：一种热态高炉渣制矿棉用调质料，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为42%，粉煤灰为35%，Cr₂O₃为6%，NaNO₃为17%。Cr₂O₃的粒度为230-260目。霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为50-70目。

所述的粉煤灰，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为46-48%，Al₂O₃为27-28%，TiO₂为1-1.5%，FeO为5-6%，CaO为4-4.5%，MgO为0.5-1%，K₂O为1-1.5%，Na₂O为0.3-0.6%，MnO为0.01-0.1%，P₂O₃为0.1-0.5%，SO₃为1-1.5%。

所述的霞石，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为42-43%，Al₂O₃为28-30%，Fe₂O₃为3-3.5%，CaO为2-2.5%，K₂O+Na₂O为17-19%，P₂O₃为0.2-0.3%。

一种热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）依质量百分比称取霞石（本实施例中的霞石指的是粉碎成粉末状的霞石）和粉煤灰，然后将霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A；

依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，然后将Cr₂O₃和NaNO₃充分混合，制成混合料B；

（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，然后将混合料A和混合料B充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。

本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料适用于热态高炉渣制备的矿棉产品。

应用本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料制备的矿棉的测试结果：酸度系数为大于1.17；纤维平均之间小于5μm；放射性合格，矿棉呈纯绿色。

实施例3：一种热态高炉渣制矿棉用调质料，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为60%，粉煤灰为18%，Cr₂O₃为4%，NaNO₃为18%。Cr₂O₃的粒度为240-270目。霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为60-80目。

所述的粉煤灰，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为46-48%，Al₂O₃为27-28%，TiO₂为1-1.5%，FeO为5-6%，CaO为4-4.5%，MgO为0.5-1%，K₂O为1-1.5%，Na₂O为0.3-0.6%，MnO为0.01-0.1%，P₂O₃为0.1-0.5%，SO₃为1-1.5%。

所述的霞石，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为42-43%，Al₂O₃为28-30%，Fe₂O₃为3-3.5%，CaO为2-2.5%，K₂O+Na₂O为17-19%，P₂O₃为0.2-0.3%。

一种热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）依质量百分比称取霞石（本实施例中的霞石指的是粉碎成粉末状的霞石）和粉煤灰，然后将霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A；

依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，然后将Cr₂O₃和NaNO₃充分混合，制成混合料B；

（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，然后将混合料A和混合料B充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。

本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料适用于热态高炉渣制备的矿棉产品。

应用本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料制备的矿棉的测试结果：酸度系数为大于1.32；纤维平均之间小于5μm；放射性合格，矿棉呈纯绿色。

实施例4：一种热态高炉渣制矿棉用调质料，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为72%，粉煤灰为13%，Cr₂O₃为3%，NaNO₃为12%。Cr₂O₃的粒度为250-280目。霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为70-90目。

所述的粉煤灰，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为46-48%，Al₂O₃为27-28%，TiO₂为1-1.5%，FeO为5-6%，CaO为4-4.5%，MgO为0.5-1%，K₂O为1-1.5%，Na₂O为0.3-0.6%，MnO为0.01-0.1%，P₂O₃为0.1-0.5%，SO₃为1-1.5%。

所述的霞石，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为42-43%，Al₂O₃为28-30%，Fe₂O₃为3-3.5%，CaO为2-2.5%，K₂O+Na₂O为17-19%，P₂O₃为0.2-0.3%。

一种热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）依质量百分比称取霞石（本实施例中的霞石指的是粉碎成粉末状的霞石）和粉煤灰，然后将霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A；

依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，然后将Cr₂O₃和NaNO₃充分混合，制成混合料B；

（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，然后将混合料A和混合料B充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。

本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料适用于热态高炉渣制备的矿棉产品。

应用本实施例的热态高炉渣制矿棉用调质料制备的矿棉的测试结果：酸度系数为大于1.31；纤维平均之间小于5μm；放射性合格，矿棉呈纯绿色。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种热态高炉渣制矿棉用调质料，其特征是，该热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：

霞石为30-80%，

粉煤灰为5-40%，

Cr₂O₃为2-10%，

NaNO₃为5-20%。

2.根据权利要求1所述的一种热态高炉渣制矿棉用调质料，其特征是，所述的粉煤灰，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为46-48%，Al₂O₃为27-28%，TiO₂为1-1.5%，FeO为5-6%，CaO为4-4.5%，MgO为0.5-1%，K₂O为1-1.5%，Na₂O为0.3-0.6%，MnO为0.01-0.1%，P₂O₃为0.1-0.5%，SO₃为1-1.5%。

3.根据权利要求1所述的一种热态高炉渣制矿棉用调质料，其特征是，所述的霞石，其含有按质量百分比计的下述组份：SiO₂为42-43%，Al₂O₃为28-30%，Fe₂O₃为3-3.5%，CaO为2-2.5%，K₂O+Na₂O为17-19%，P₂O₃为0.2-0.3%。

4.根据权利要求1所述的一种热态高炉渣制矿棉用调质料，其特征是，所述Cr₂O₃的粒度为200-300目。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种热态高炉渣制矿棉用调质料，其特征是，所述霞石、粉煤灰及NaNO₃的粒度为40-100目。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种热态高炉渣制矿棉用调质料，其特征是，热态高炉渣制矿棉用调质料，其原料组成质量百分比为：霞石为50%，粉煤灰为30%，Cr₂O₃为5%，NaNO₃为15%。

7.一种权利要求1所述的一种热态高炉渣制矿棉用调质料的制备方法，其特征是，依次包括以下步骤：

（1）依质量百分比称取霞石和粉煤灰，然后将霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A；

依质量百分比再称取Cr₂O₃和NaNO₃，然后将Cr₂O₃和NaNO₃充分混合，制成混合料B；

（2）依质量百分比称取混合料A和混合料B，然后将混合料A和混合料B充分混合，制成热态高炉渣制矿棉用调质料。