CN113248156B - 一种矿渣棉的处理工艺 - Google Patents

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Abstract

一种矿渣棉的处理工艺，涉及矿渣纤维处理技术领域，工艺包括表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理；表面微孔化为将矿渣纤维置于SO2、CO2和N2的混合气氛中,将温度加热到600‑635℃并保温1‑1.5h，然后以5‑7℃/min的降温速度，将温度降低至25‑30℃，停止通SO2、CO2和N2；热处理为将二次浸泡后的矿渣纤维置于O2的气氛中，在温度为650‑670℃下热处理2‑2.5h；制备的矿渣纤维的最高使用温度能提高到795‑810℃，酸度系数为1.3‑1.4，在温度50℃，相对湿度95%条件下暴露96h后，吸湿率为0.1%‑0.13%。

Description

一种矿渣棉的处理工艺
技术领域
本发明涉及矿渣纤维处理技术领域，尤其是涉及一种矿渣棉的处理工艺。
背景技术
矿渣棉，又称矿渣纤维，属于矿物棉的一种，是由钢铁高炉渣矿渣制成的短纤维，常用的原料有铁、磷、镍、铅、铬、铜、锰、锌、钛等矿渣，矿渣纤维主要用作砌筑材料和吸音材料，也可用作铁包装材料。矿渣纤维是利用工业废料矿渣为主要原料，经熔化、采用高速离心法或喷吹法等工艺制成的棉丝状无机纤维，它具有质轻、导热系数小、不燃烧、防蛀、价廉、耐腐蚀、化学稳定性好、吸声性能好等特点，可用于建筑物的填充绝热、吸声、隔声、制氧机和冷库保冷及各种热力设备填充隔热等。
矿渣棉的生产原料由高炉渣和一定量的调节剂构成，其中高炉渣约占80%～90%，对矿渣棉的成分起主导作用。高炉渣的主要成分是SiO2、Al2O3、CaO和MgO，这4种成分的含量达90%～95%，高炉渣的酸度系数MK，即(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的比值为0．95。为了满足矿渣棉成纤要求，需向高炉渣中添加一定量的调节剂来调节酸度系数，也即调节熔渣的黏度，使熔渣的酸度系数达到1.0～1.4之间。一般来说，酸度系数越高，矿渣棉的化学耐久性越好，但酸度系数过高时，制成的纤维可能较长，虽然化学稳定性得到改善，使用温度提高，但较难熔化，所以制备的纤维较粗，而且矿渣棉本身还存在耐水性差的问题，不能用于潮湿地区，尤其是保冷工程中。所以，能够在改善化学耐久性的同时，提高使用温度和耐水性，降低矿渣棉的直径，属于现在急需解决的技术问题。
专利CN108129031A公开了一种利用冶金废料和高炉熔渣生产的矿渣棉及其生产方法，所述矿渣棉是由高炉熔渣和冶金废料附加剂按下述重量百分比配制而成：高炉熔渣80％～100％、冶金废料附加剂0％～20％，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。所述冶金废料附加剂采用磁选铁尾矿或浮选铁尾矿，其SiO2+Al2O3≥70wt％；该专利的不足：制备的矿渣棉较难熔化，而且耐水性差。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种矿渣棉的处理工艺，能够在改善化学耐久性的同时，提高使用温度和耐久性，降低矿渣纤维的直径。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种矿渣棉的处理工艺，包括表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理。
所述表面微孔化，将矿渣纤维置于SO2、CO2和N2的混合气氛中,将温度加热到600-635℃并保温1-1.5h，然后以5-7℃/min的降温速度，将温度降低至25-30℃，停止通SO2、CO2和N2，得到表面微孔化后的矿渣纤维。
其中，SO2、CO2和N2的体积比为5-7:8-9:1。
所述制备表面处理剂，将乙烯胺、十二烷基二苯醚二磺酸钠、氢氧化钠和二乙烯三胺混合均匀后，将温度升高至60-65℃，加入乙烯基三甲氧硅烷和N,N-二甲基甲酰胺，在300-350rpm的转速下搅拌30-40min后得到表面处理剂。
所述表面处理剂，按重量份计，包括：5-6份乙烯胺、10-12份十二烷基二苯醚二磺酸钠、1份氢氧化钠、2-4份二乙烯三胺、7-8份乙烯基三甲氧硅烷、25-28份N,N-二甲基甲酰胺。
所述一次浸泡，将表面微孔化后的矿渣纤维浸泡入表面处理剂中，在60-65℃下浸泡1.5-2h，得到一次浸泡后的矿渣纤维。
所述表面微孔化后的矿渣纤维与表面处理剂的质量比为1:5-6。
所述酸化，将一次浸泡后的矿渣纤维浸泡入酸性处理剂中1-1.5h，得到酸化的矿渣纤维。
所述酸性处理剂，按重量份计，包括5-7份醋酸、1份硫酸、1-2份焦磷酸钠、22-25份去离子水。
所述二次浸泡，将酸化后的矿渣纤维二次浸泡入表面处理剂中，在50-55℃下浸泡30-40min，然后用去离子水将矿渣纤维清洗2-3遍后，将矿渣纤维置于微波干燥设备中进行微波干燥后得到二次浸泡后的矿渣纤维，所述微波干燥的功率为1700-1750W，所述微波干燥时间为35-40min。
所述热处理，将二次浸泡后的矿渣纤维置于O2的气氛中，在温度为650-670℃下热处理2-2.5h，得到表面处理后的矿渣纤维。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）采用本发明的矿渣棉的处理工艺，能够提高矿渣纤维的使用温度，现有技术中的矿渣纤维在使用温度达到675℃时就容易产生粉化而解体，而本发明的矿渣纤维在表面微孔化和热处理后，最高使用温度能提高到795-810℃；
（2）采用本发明的矿渣棉的处理工艺，能够提高矿渣纤维的酸度系数，将矿渣纤维的酸度系数提高到1.3-1.4，从而能够提高化学耐久性；
（3）采用本发明的矿渣棉的处理工艺，通过热处理，能够提高矿渣纤维的耐水性，在温度50℃，相对湿度95%条件下暴露96h后，吸湿率为0.1%-0.13%；
（4）采用本发明的矿渣棉的处理工艺，通过表面微孔化和热处理，能够降低矿渣纤维的直径，将矿渣纤维的直径降低至3.1-3.8μm。
附图说明
图1为实施例1-3和对比例1-3制备的矿渣棉的性能指标。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
一种矿渣棉的处理工艺，包括表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理。
所述表面微孔化，将矿渣纤维置于SO2、CO2和N2的混合气氛中,将温度加热到600℃并保温1h，然后以5℃/min的降温速度，将温度降低至25℃，停止通SO2、CO2和N2，得到表面微孔化后的矿渣纤维。
其中，SO2、CO2和N2的体积比为5:8:1。
所述制备表面处理剂，将乙烯胺、十二烷基二苯醚二磺酸钠、氢氧化钠和二乙烯三胺混合均匀后，将温度升高至60℃，加入乙烯基三甲氧硅烷和N,N-二甲基甲酰胺，在300rpm的转速下搅拌30min后得到表面处理剂。
所述表面处理剂，按重量份计，包括：5份乙烯胺、10份十二烷基二苯醚二磺酸钠、1份氢氧化钠、2份二乙烯三胺、7份乙烯基三甲氧硅烷、25份N,N-二甲基甲酰胺。
所述一次浸泡，将表面微孔化后的矿渣纤维浸泡入表面处理剂中，在60℃下浸泡1.5h，得到一次浸泡后的矿渣纤维。
所述表面微孔化后的矿渣纤维与表面处理剂的质量比为1:5。
所述酸化，将一次浸泡后的矿渣纤维浸泡入酸性处理剂中1h，得到酸化的矿渣纤维。
所述酸性处理剂，按重量份计，包括5份醋酸、1份硫酸、1份焦磷酸钠、22份去离子水。
所述二次浸泡，将酸化后的矿渣纤维二次浸泡入表面处理剂中，在50℃下浸泡30min，然后用去离子水将矿渣纤维清洗2遍后，将矿渣纤维置于微波干燥设备中进行微波干燥后得到二次浸泡后的矿渣纤维，所述微波干燥的功率为1700W，所述微波干燥时间为35min。
所述热处理，将二次浸泡后的矿渣纤维置于O2的气氛中，在温度为650℃下热处理2h，得到表面处理后的矿渣纤维。
实施例2
一种矿渣棉的处理工艺，包括表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理。
所述表面微孔化，将矿渣纤维置于SO2、CO2和N2的混合气氛中,将温度加热到615℃并保温1.2h，然后以6℃/min的降温速度，将温度降低至28℃，停止通SO2、CO2和N2，得到表面微孔化后的矿渣纤维。
其中，SO2、CO2和N2的体积比为6:8:1。
所述制备表面处理剂，将乙烯胺、十二烷基二苯醚二磺酸钠、氢氧化钠和二乙烯三胺混合均匀后，将温度升高至62℃，加入乙烯基三甲氧硅烷和N,N-二甲基甲酰胺，在320rpm的转速下搅拌35min后得到表面处理剂。
所述表面处理剂，按重量份计，包括：5份乙烯胺、11份十二烷基二苯醚二磺酸钠、1份氢氧化钠、3份二乙烯三胺、7份乙烯基三甲氧硅烷、26份N,N-二甲基甲酰胺。
所述一次浸泡，将表面微孔化后的矿渣纤维浸泡入表面处理剂中，在62℃下浸泡1.7h，得到一次浸泡后的矿渣纤维。
所述表面微孔化后的矿渣纤维与表面处理剂的质量比为1:5。
所述酸化，将一次浸泡后的矿渣纤维浸泡入酸性处理剂中1.2h，得到酸化的矿渣纤维。
所述酸性处理剂，按重量份计，包括6份醋酸、1份硫酸、1份焦磷酸钠、23份去离子水。
所述二次浸泡，将酸化后的矿渣纤维二次浸泡入表面处理剂中，在52℃下浸泡35min，然后用去离子水将矿渣纤维清洗2遍后，将矿渣纤维置于微波干燥设备中进行微波干燥后得到二次浸泡后的矿渣纤维，所述微波干燥的功率为1720W，所述微波干燥时间为37min。
所述热处理，将二次浸泡后的矿渣纤维置于O2的气氛中，在温度为660℃下热处理2.2h，得到表面处理后的矿渣纤维。
实施例3
一种矿渣棉的处理工艺，包括表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理。
所述表面微孔化，将矿渣纤维置于SO2、CO2和N2的混合气氛中,将温度加热到635℃并保温1.5h，然后以7℃/min的降温速度，将温度降低至30℃，停止通SO2、CO2和N2，得到表面微孔化后的矿渣纤维。
其中，SO2、CO2和N2的体积比为7:9:1。
所述制备表面处理剂，将乙烯胺、十二烷基二苯醚二磺酸钠、氢氧化钠和二乙烯三胺混合均匀后，将温度升高至65℃，加入乙烯基三甲氧硅烷和N,N-二甲基甲酰胺，在350rpm的转速下搅拌40min后得到表面处理剂。
所述表面处理剂，按重量份计，包括：6份乙烯胺、12份十二烷基二苯醚二磺酸钠、1份氢氧化钠、4份二乙烯三胺、8份乙烯基三甲氧硅烷、28份N,N-二甲基甲酰胺。
所述一次浸泡，将表面微孔化后的矿渣纤维浸泡入表面处理剂中，在65℃下浸泡2h，得到一次浸泡后的矿渣纤维。
所述表面微孔化后的矿渣纤维与表面处理剂的质量比为1:6。
所述酸化，将一次浸泡后的矿渣纤维浸泡入酸性处理剂中1.5h，得到酸化的矿渣纤维。
所述酸性处理剂，按重量份计，包括7份醋酸、1份硫酸、2份焦磷酸钠、25份去离子水。
所述二次浸泡，将酸化后的矿渣纤维二次浸泡入表面处理剂中，在55℃下浸泡40min，然后用去离子水将矿渣纤维清洗3遍后，将矿渣纤维置于微波干燥设备中进行微波干燥后得到二次浸泡后的矿渣纤维，所述微波干燥的功率为1750W，所述微波干燥时间为40min。
所述热处理，将二次浸泡后的矿渣纤维置于O2的气氛中，在温度为670℃下热处理2.5h，得到表面处理后的矿渣纤维。
对比例1
采用实施例1所述的矿渣棉的处理工艺，其不同之处在于：省略表面微孔化步骤，只进行制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理。
对比例2
采用实施例1所述的矿渣棉的处理工艺，其不同之处在于：表面处理剂的组分中省略氢氧化钠。
对比例3
采用实施例1所述的矿渣棉的处理工艺，其不同之处在于：省略热处理步骤，只进行表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种矿渣棉的处理工艺，其特征在于，包括表面微孔化、制备表面处理剂、一次浸泡、酸化、二次浸泡、热处理；
所述表面微孔化，将矿渣棉置于SO2、CO2和N2的混合气氛中，将温度加热到600-635℃并保温1-1.5h，然后以5-7℃/min的降温速度，将温度降低至25-30℃，停止通SO2、CO2和N2，得到表面微孔化后的矿渣棉；
其中，SO2、CO2和N2的体积比为5-7:8-9:1；
所述制备表面处理剂，将乙烯胺、十二烷基二苯醚二磺酸钠、氢氧化钠和二乙烯三胺混合均匀后，将温度升高至60-65℃，加入乙烯基三甲氧硅烷和N,N-二甲基甲酰胺，在300-350rpm的转速下搅拌30-40min后得到表面处理剂；
所述表面处理剂，按重量份计，包括：5-6份乙烯胺、10-12份十二烷基二苯醚二磺酸钠、1份氢氧化钠、2-4份二乙烯三胺、7-8份乙烯基三甲氧硅烷、25-28份N,N-二甲基甲酰胺；
所述一次浸泡，将表面微孔化后的矿渣棉浸泡入表面处理剂中，在60-65℃下浸泡1.5-2h，得到一次浸泡后的矿渣棉；
所述表面微孔化后的矿渣棉与表面处理剂的质量比为1:5-6；
所述酸化，将一次浸泡后的矿渣棉浸泡入酸性处理剂中1-1.5h，得到酸化的矿渣棉；
所述酸性处理剂，按重量份计，包括5-7份醋酸、1份硫酸、1-2份焦磷酸钠、22-25份去离子水；
所述二次浸泡，将酸化后的矿渣棉二次浸泡入表面处理剂中，在50-55℃下浸泡30-40min，然后用去离子水将矿渣棉清洗2-3遍后，将矿渣棉置于微波干燥设备中进行微波干燥后得到二次浸泡后的矿渣棉，所述微波干燥的功率为1700-1750W，所述微波干燥时间为35-40min；
所述热处理，将二次浸泡后的矿渣棉置于O2的气氛中，在温度为650-670℃下热处理2-2.5h，得到表面处理后的矿渣棉。
2.根据权利要求1所述的矿渣棉的处理工艺，其特征在于，制备的矿渣棉的最高使用温度能提高到795-810℃，酸度系数为1.3-1.4，在温度50℃，相对湿度95%条件下暴露96h后，吸湿率为0.1%-0.13%。
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