CN109896747A - 一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，包括：将带有显热的矿热炉高温红土镍矿热熔渣在炉内与辅料调质的步骤；利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的熔体甩丝喷吹成纤维的步骤。本发明控制调质保温温度、酸度系数和甩吹工艺参数，从而得到具有良好耐腐蚀、耐高温性能的矿岩棉材料。

Description

一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法

技术领域

本发明涉及一种一步法利用红土镍矿合金冶炼废渣制作矿岩棉的方法，具体涉及一种矿热炉高温熔渣一步生产矿岩棉法，将冶炼后排放的含有高温度、高热量的红土镍矿熔渣经过高速离心机甩丝喷吹的方式制成矿棉纤维，属于无机非金属材料领域。

背景技术

能源的供需矛盾势必会随着工业生产水平的发展和人民生活水平的提高导致的能源需求大幅增加而逐渐加剧，因此，必须对能源的供需进行开源节流方可转变能源形势。所谓开源，即是开发新的能源，尤其是具有可持续发展性的清洁能源，如地热能、潮汐能及太阳能等。而节流，则是尽力通过有效的方法与手段来减少能源消耗。不论是“开源”还是“节流”，都需要保温隔热材料的支持。目前市面上的保温隔热材料主要分为矿物纤维(矿棉、岩棉、硅酸铝纤维棉等)和泡沫塑料(聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等)两大类，但随着市场对舒适度、保温性等材料特性的要求不断提高，泡沫塑料隔热材料因为具有易燃性、非环保型等缺点而受到的限制较多，与此同时，无机矿物纤维材料以其具有节能、耐火、隔音降噪等功能越来越受到关注。

目前我国不锈钢冶炼快速发展，红土镍矿冶炼镍合金过程中也将排出越来越多的炉渣。大量的炉渣废物如果堆积，不仅会占用大片土地，提高管理成本，同时在环境保护方面也存在巨大问题与隐患。同时，红土镍矿渣本身即是一种潜在资源，通过红土镍矿渣生产矿岩棉也有利于炉废渣的再利用，实现废物的资源化。而生产出来的矿岩棉不仅解决了钢铁企业的节能减排问题，更可广泛应用于建筑、热工等行业，从而进一步带来更高的经济效益，也会给岩矿棉行业带来巨大的行业转机。红土镍矿岩棉主要成分包含SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO、FeO等成分，通常具有隔音降噪性、隔热性、不燃性、耐腐蚀、防霉、抗虫蛀等优异性能。

此外，中国专利文件CN108863041A公开了一种利用高炉炉渣生产矿渣棉及矿渣棉板毡的方法，高温熔渣转运、电炉熔炼、电炉升温以及离心制成纤维，在高温熔渣转运步骤中，将高温熔渣装入渣罐车的渣罐罐体内，对渣罐罐体内的高温熔渣进行冷却，而后对渣罐罐体内的高温熔渣进行保温，并通过渣罐车对高温熔渣进行运送，渣罐罐体包括进水管道和出水管道；渣罐罐体包括内罐层和外罐层，内罐层和外罐层之间的设置有空腔层；进水管道和出水管道与空腔层相连通。中国专利文件CN108178502A公开了利用低铁冶金废料和高炉熔渣生产矿渣棉和铁水的方法，利用高炉熔渣和冶金废料附加剂作为原料，所述原料中高炉熔渣与冶金废料附加剂的重量百分比分别是：高炉熔渣60％～100％，冶金废料附加剂0～40％；高炉熔渣和冶金废料附加剂的混合熔渣的酸度系数为0.94～1.5。

然而，传统渣矿棉生产工艺都是加冷料生产，是以高炉冷渣颗粒同时添加适量的调质剂为主要原料，焦炭当作燃料，通过提升料斗或鼓风传送等方法加入到冲天炉、火焰池窑、电熔池窑或电阻炉内并加热以制得符合后续制棉条件的熔渣，经喷吹或离心等法制成矿棉纤维，再经收集器集棉或摆锤铺棉、固化、切割、包装等工序制得不同性能和用途的矿棉制品(板、毡、带及管等)。传统冲天炉冷料生产方法存在诸多弊端，比如污染大、能耗及成本高，并且由此方法生产出的矿棉因熔渣温度偏低、成分不均匀，不能及时调整成分、造成矿棉渣球含量高、成纤率低、纤维粗、手感差。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是现阶段冲天炉渣矿棉制备工艺复杂繁琐、污染大、能耗成本高、纤维粗、手感差、含渣量高、成纤率低等缺点，本发明提供一种利用高温热熔渣一步生产矿岩棉法，将矿热炉冶炼后排放的高温红土镍矿熔渣直接通过离心机加甩吹制成矿棉纤维，该方法工艺流程简单、样品纯度高、成纤率高、生产能耗低、产品性能好。

本发明技术方案如下：

一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，包括步骤如下：

将温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，与辅料通过液固混合方式调质均匀，所述辅料为含富硅钙废渣，控制酸度系数为1.6～2.1，经喷吹成型的方法直接制成矿棉纤维，再经集棉、固化，即得矿岩棉。

根据本发明，优选的，矿热炉高温红土镍矿热熔渣与辅料混合调质均匀过程中保温温度为1450-1500℃。

根据本发明，优选的，控制酸度系数为1.7～2。酸度系数过高或过低都会导致熔融料含有大量渣球二无法成纤。因此，本发明将酸度系数控制在合理的范围内。

根据本发明，辅料为含富硅钙废渣，主要化学成分为SiO₂和CaO，还有其他杂质成分，其中SiO₂和CaO分别占硅钙废渣成分的55-59％、35-39％范围，剩余的为其他杂质成分。本发明调整辅料和高温红土镍矿热熔渣的配比，保证混合料的酸度系数在1.6～2.1。本发明选择使用含富硅钙废渣作为辅料的目的是：SiO₂为形成矿渣棉的结构骨架，有利于纤维弹性和化学稳定性，当SiO₂含量较高时能提高熔体粘度，而且有利于制取较长的纤维，但含量过高也会使得原料熔化困难，进而增加熔体成纤温度。CaO是一种碱性氧化物，同样有利于原料的融化和制取细纤维。

根据本发明，优选的，喷吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，喷吹气体压力为0.2～0.4MPa，喷吹高度为700～1000mm。

根据本发明，一种优选的实施方案，包括步骤如下：

(1)电弧炉调质：引入温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，逐步加入辅料，通过显热的熔渣在炉内与辅料通过液固混合适当加温调质均匀，直至酸度系数符合成纤要求，所述辅料为含富硅钙废渣，酸度系数为1.7～2.1，保温在1450-1500℃；

(2)甩吹成型：利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的温度1450-1500℃熔体甩丝喷吹成纤维，所述甩吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，甩吹气体压力为0.2～0.4MPa，甩吹高度为700～1000mm；

(3)最后经集棉、固化及切割，获得矿岩棉。

本发明采用的是矿热炉高温热熔渣一步生产矿棉法，本方法是将冶炼后排放的1580℃高温红土镍矿熔渣在调质炉内与辅料通过液固混合调质均匀且酸度系数符合成纤要求后，经高速离心机加喷吹的方法直接制成矿岩棉纤维，再经集棉、固化、切割、包装等工序制成不同性能和用途的矿棉制品，如板、毡、带及管等。

本发明的有益效果：

1、本发明将红土镍矿通过矿热炉冶炼后排放的高温、显热镍铁熔渣直接甩丝喷吹制成矿棉纤维，过程中充分利用高温炉渣的热量，也无需重新熔融，不会产生大量的烟气和粉尘，因此对环境污染小，生产成本低。

2、本发明制备工艺简单易操作，根据产品要求可以随时调整成分生产高质量产品，成纤出棉效率高，高达≥85％，产品可设计性好，具有质量轻、耐高温等优良性能。

3、本发明控制矿热炉高温红土镍矿热熔渣和辅料添加量在合理范围之内，控制酸度系数在合理范围之内，充分保证了成纤性能，提高了产品质量，得到质量轻，耐高温性能好的矿岩棉。矿渣棉产品渣球含量少、成纤率高、纤维细腻、手感好。

附图说明

图1为实施例1所得矿岩棉样品的XRD图。

图2为实施例1所得矿岩棉样品的电镜扫描图。

图3为图2(a)中A点的能谱图。

图4为实施例1所得矿岩棉样品的实物照片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。

实施例中所用原料均为常规原料，所用设备均为常规设备，市购产品。

其中：矿热炉高温红土镍矿热熔渣为红土镍矿进行高温冶炼过程中产生的热熔渣。含富硅钙废渣为富含硅钙成分(SiO₂和CaO)的废渣，富含这两种成分的废渣均可用于本发明。

实施例1：

一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，以镍铁合金热熔渣、富硅钙废渣为原料，该方法包括以下步骤：

(1)电弧炉调质：引入温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，逐步加入辅料，通过显热的熔渣在炉内与辅料通过液固混合适当加温调质均匀，直至酸度系数符合成纤要求，所述辅料为含富硅钙废渣，酸度系数为1.7，保温在1500℃；

(2)甩吹成型：利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的熔体甩丝喷吹成纤维，所述甩吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，甩吹气体压力为0.3MPa，甩吹高度为800mm；

(3)最后经集棉、固化及切割工艺可获得本发明所述的矿岩棉。

实施例2：

一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，以镍铁合金热熔渣、富硅钙废渣为原料，该方法包括以下步骤：

(1)电弧炉调质：引入温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，逐步加入辅料，通过显热的熔渣在炉内与辅料通过液固混合适当加温调质均匀，直至酸度系数符合成纤要求，所述辅料为含富硅钙废渣，酸度系数为1.8，保温在1450℃；

(2)甩吹成型：利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的熔体甩丝喷吹成纤维，所述甩吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，甩吹气体压力为0.4MPa，甩吹高度为700mm；

(3)最后经集棉、固化及切割工艺可获得本发明所述的矿岩棉。

实施例3：

一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，以镍铁合金热熔渣、富硅钙废渣为原料，该方法包括以下步骤：

(1)电弧炉调质：引入温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，逐步加入辅料，通过显热的熔渣在炉内与辅料通过液固混合适当加温调质均匀，直至酸度系数符合成纤要求，所述辅料为含富硅钙废渣，酸度系数为2.0，保温在1470℃；

(2)甩吹成型：利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的熔体甩丝喷吹成纤维，所述甩吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，甩吹气体压力为0.2MPa，甩吹高度为1000mm；

(3)最后经集棉、固化及切割工艺可获得本发明所述的矿岩棉。

实施例4：

一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，以镍铁合金热熔渣、富硅钙废渣为原料，该方法包括以下步骤：

(1)电弧炉调质：引入温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，逐步加入辅料，通过显热的熔渣在炉内与辅料通过液固混合适当加温调质均匀，直至酸度系数符合成纤要求，所述辅料为含富硅钙废渣，酸度系数为2.1，保温在1480℃；

(2)甩吹成型：利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的熔体甩丝喷吹成纤维，所述甩吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，甩吹气体压力为0.3MPa，甩吹高度为900mm；

(3)最后经集棉、固化及切割工艺可获得本发明所述的矿岩棉。

对比例1

如实施例1所述，不同的是：

步骤(1)中通过调整高温红土镍矿热熔渣与辅料的配比来调整酸度系数为1.2。

结果：因含有大量渣球而无法成纤。

对比例2

如实施例1所述，不同的是：

步骤(1)中通过调整高温红土镍矿热熔渣与辅料的配比来调整酸度系数为2.5。

结果：同样因含有大量渣球而无法成纤。

试验例1、物相成分测试

测试实施例1所得矿岩棉样品的XRD图，结果如图1所示。从图1中可以看出，红土镍矿热熔渣的主要成分是SiO₂和A1₂O₃，其中SiO₂含量较高，通过Jade软件计算为68wt.％左右。SiO₂的结构骨架有利于纤维弹性和化学稳定性，当SiO₂含量较高时能提高熔体粘度，而且有利于制取较长的纤维，但含量过高也会使得原料熔化困难，进而增加熔体成纤温度。

试验例2、微观形貌及能谱测试

测试实施例1所得矿岩棉样品的电镜扫描图，结果如图2所示。从图2(a)、(b)中可以看出，生成的纤维状矿岩棉呈圆柱状，在样品内部相互交错、搭接在一起，表面较为光滑，有结节产生，这是由于在成纤过程中表面张力的作用下液态纤维头部夹断所致。对图2(a)中A点进行能谱分析，结果如图3所示。由图3可以看出，主要成分为SiO₂和A1₂O₃，还有少量的残碳，以及CaO和MgO。A1₂O₃可以进入纤维骨架网络，有利于提高化学稳定性，含量较少可使熔体粘度改善，有利于制取较细纤维。CaO是一种碱性氧化物，能够降低化学稳定性和熔体的粘度，同样有利于原料的融化和制取细纤维。MgO在某种程度上可以代替CaO的影响，适当的情况下可以提高纤维的化学稳定性和表面张力，扩大熔体成纤粘度范围，对制造矿岩棉的操作工艺有益。但如果取代CaO的含量超过一定范围，就会则会产生渣球，不利于成纤。

需要说明的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例，显然本发明不仅仅限于以上实施例，还可以有其他变形。本领域的技术人员从本发明公开内容直接导出或间接引申的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，包括步骤如下：

将温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，与辅料通过液固混合方式调质均匀，所述辅料为含富硅钙废渣，控制酸度系数为1.6～2.1，经喷吹成型的方法直接制成矿棉纤维，再经集棉、固化，即得矿岩棉。

2.根据权利要求1所述的一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，其特征在于，矿热炉高温红土镍矿热熔渣与辅料混合调质均匀过程中保温温度为1450-1500℃。

3.根据权利要求1所述的一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，其特征在于，控制酸度系数为1.7～2。

4.根据权利要求1所述的一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，其特征在于，喷吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，喷吹气体压力为0.2～0.4MPa，喷吹高度为700～1000mm。

5.根据权利要求1所述的一步法利用红土镍矿高温热熔废渣制作矿岩棉的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)电弧炉调质：引入温度为1580℃以上的矿热炉高温红土镍矿热熔渣，逐步加入辅料，通过显热的熔渣在炉内与辅料通过液固混合适当加温调质均匀，直至酸度系数符合成纤要求，所述辅料为含富硅钙废渣，酸度系数为1.7～2.1，保温在1450-1500℃；

(2)甩吹成型：利用高速离心机加高速气流将从流渣口流出的温度1450-1500℃熔体甩丝喷吹成纤维，所述甩吹成型方式为平吹式，气流喷射方向与流股直交，甩吹气体压力为0.2～0.4MPa，甩吹高度为700～1000mm；

(3)最后经集棉、固化及切割，获得矿岩棉。