CN113896426A - 连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法 - Google Patents
连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113896426A CN113896426A CN202111219852.6A CN202111219852A CN113896426A CN 113896426 A CN113896426 A CN 113896426A CN 202111219852 A CN202111219852 A CN 202111219852A CN 113896426 A CN113896426 A CN 113896426A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coefficient
- basalt
- sio
- formula
- feo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 title abstract description 11
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 4
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 80
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 40
- 235000012255 calcium oxide Nutrition 0.000 claims description 40
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 claims description 12
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 3
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 3
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 2
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 claims description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000019794 sodium silicate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 claims description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 53
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 27
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 2
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000012803 optimization experiment Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 64
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 10
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 10
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 235000020130 leben Nutrition 0.000 description 1
- 239000002932 luster Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C13/00—Fibre or filament compositions
- C03C13/06—Mineral fibres, e.g. slag wool, mineral wool, rock wool
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/022—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from molten glass in which the resultant product consists of different sorts of glass or is characterised by shape, e.g. hollow fibres, undulated fibres, fibres presenting a rough surface
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明公开了连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法。其特征在于优化配方不仅可用于玄武岩单一原料的原岩筛选，也可以用于调整多种玄武岩与外加添加剂的比例，形成CBF原料的复合配料。基于酸度偏离系数，粘度偏离系数，铁偏离系数，硅碱比，铝钛比等准则，并通过实验证明该配方为优化配方。所述优化配方化学成分的质量百分比如下：SiO2含量在48.0‑56.0％，SiO2+Al2O3＝60.0‑72.0％，Fe2O3/FeO＝0.75‑1.25，硅碱比1.0‑7.0，粘度系数2.0‑2.5，酸度系数4.0‑7.0。优化实验表明上述原料玄武岩粉在1390‑1550℃能获得优质熔料，通过Pt‑Rh漏板实现连续拉丝。在无外界物理条件干扰下，断丝频率几乎为零。该配方能做到规模化生产，解决当前玄武岩纤维生产企业的频繁断丝问题。
Description
技术领域
本发明涉及连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计。
背景技术
连续玄武岩纤维(CBF)是利用玄武岩矿石生产的一种无机非金属纤维，是继碳纤维、芳纶和超高相对分子质量聚乙烯纤维之后的又一种高技术纤维。除有较高的力学性能外，CBF还拥有一系列绝缘性能好、热稳定性优异、化学稳定性好等特殊的性能。CBF的生产工艺产生的废弃物少，产品废弃后可直接转入路基或防护性工程，是一种名副其实的环保材料。虽然玄武岩纤维生产成本相对较低，但由于本非所有玄武岩原料适用生产CBF、纤维生产中断丝率高等原因，因此目前其产量少，使得玄武岩纤维的市场发展和使用范围受到限制[陈德茸2014；赵振兴2014]。
本专利针对目前CBF的大规模工业化生产存在的技术瓶颈，即各地玄武岩成分不均匀，拉丝过程中频繁断丝，造成成品率低下，连续作业受阻，连续玄武岩企业生产能力较小，给出一种优化配方。影响拉丝效率的因素很多，包括矿石成分、拉伸速率、炉体温度梯度、漏嘴温度等，例如：闫全英等发现玄武岩原料颗粒平均粒径在2.5-3.5mm是合适的[闫全英2000]。其中矿石成分是最为重要，直接决定其在高温下的粘度与成丝特征。前期研究发现，SiO2有利于提高纤维的化学稳定性和熔体粘度，增强纤维弹性；Al2O3则有利于提高纤维的使用温度；FeO+Fe2O3影响纤维色泽，对于成丝温度、粘度起到重要影响；CaO则对于抽取细丝有重要影响，并影响到CBF的耐久性、化学稳定性及热稳定性；TiO2有利于提高熔体的表面张力、粘度和化学稳定性，利于形成纤维。但熔融过程不能有还原气氛，如FeO+Fe2O3被还原成Fe后，则容易与Pt形成Pt/Fe合金，破坏漏板。
专利CN1884164B虽然提出添加各种氧化物来减少玄武岩纤维断丝频率，但未给出明确的氧化物添加标准与范围。专利CN107609331A虽然给出了一种连续玄武岩纤维配方优化设计方法，但目标值酸度系数>3，FeO/Fe2O3≥0.5，粘度系数≥1.5，未给出上限，可操作性性不强，且预测结果与实验相差甚远，例如：FeO含量较高的流纹岩完全能达到上述指标，但利用流纹岩拉制玄武岩纤维鲜有报道，实验上该类矿石制备CBF不可行。而专利CN106242305B虽然提出了通过两种玄武岩原料混合的方式提高玄武岩纤维的生产能力，但是限制了玄武岩选择范围，不能实现对绝大多数玄武岩的利用。
本专利给出了连续玄武岩纤维生产的原料优化配方，包括原料中的主要氧化物含量，酸度偏离系数，粘度偏离系数，铁偏离系数，硅碱比，铝钛比等准则，优化实验表明上述原料的玄武岩粉在1390-1450℃能获得优质熔料，通过Pt-Rh漏板实现连续拉丝。在无外界物理条件干扰下，该配方的断丝频率几乎为零。该配方能做到规模化生产，解决当前玄武岩纤维生产企业的频繁断丝问题。
发明内容
拟解决的技术问题：
1.本发明主要提供一种可行的优化配方，在于解决CBF生产过程中频繁断丝的问题。
2.本发明主要提供一种可行的优化配方，在于进一步扩大适用于生产CBF的玄武岩原料范围。
3.本发明主要提供一种可行的优化配方，在于使得高FeO含量玄武岩得到利用。
4.本发明进一步提供了一种将多种玄武岩原料与微量且价格低廉的添加剂，如硅酸钠，生石灰，碳酸钙等复合使用，实现成分优化。
技术方案：
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种优化配方设计方法，可以提高玄武岩原料适用范围，解决纤维生产过程断丝情况等。是通过以下技术方案实现：
1.连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计，其特征在于，配方为SiO2含量在48.0-56.0％，SiO2+Al2O3＝60.0-72.0％，Fe2O3/FeO＝0.75-1.25，硅碱比1.0-7.0，粘度系数2.0-2.5，酸度系数4.0-7.0。
其中配方优化实施主要步骤如下：
(1)确定玄武岩成分，选取不同地域玄武岩原岩，做化学分析，确定决定其主要氧化物含量，包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、P2O5、MnO及烧失量(LOI)，上述12项主含量之和应在99％-101％之间，数据有效。
(2)若发现单一原料不能满足上述配方要求，须要通过配料，形成复合原料，实现上述成分要求。配料可以选用其他成分(地域)的玄武岩样品，亦可以采用钠钙玻璃，硅酸钠，生石灰，碳酸钙，纯碱、烧碱等氧化物添加剂。
(3)将符合成分要求的玄武岩原料磨细至50目以下，并充分混合。将料粉投入池窑，升温，待均化后，进行拉丝作业，得连续玄武岩纤维产品。
2.优选的，所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计，其特征在于，步骤(1)中FeO含量测定需要化学滴定法，方能给出确切值。仪器法测定或通过计算得到的数值不可用。
3.优选的，所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计，其特征在于，配方中硅碱比＝(SiO2)/(K2O+Na2O)，酸度系数＝(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)，上述均为质量百分比；粘度系数＝(SiO2+2Al2O3)/(FeO+2Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O)，该公式为摩尔比。
4.优选的，所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计，其特征在于，所述的添加的配料的质量应使最终的复合配料满足优化配方的成分范围。并且步骤(2)、步骤(3)中对于不同配料需要磨细，充分混合。
5.优选的，所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计，其特征在于，进行拉丝作业中，设定炉温1350-1550℃，确保物料充分熔融，并采用6.3m/s-21.3m/s的转轮速度进行拉丝作业。
本发明的积极效果：
本发明的制备方法中主要采用了拉班玄武岩、安山玄武岩及超基性玄武岩作为原料主体，通过加入其他种类玄武岩或微量氧化物，实现了对绝大多数玄武岩矿石的利用，在不改变任何玄武岩生产设备与工艺的情况下，通过少量配料都能实现“零断丝频率”的连续拉丝，并在较高的滚轮转速下也能连续拉丝，提供了其中切实可行且通用的玄武岩纤维生产优化配方，积极效果在于：
1.本发明配方具有广泛应用性，能实现绝大多数玄武岩矿石资源利用。
2.本发明解决了世界范围内高FeO含量玄武岩用于生产CBF的难题。
3.物料尽其用，能将不同地域，不同成分的玄武岩加以复合利用。
4.能利用价格低廉的添加剂，将其为配料，实现成分优化。
5.实现“零断丝”的连续作业。
附图说明
图1本发明拉丝实验装置的结构示意图，上部为池窑；中部是集束器，亦可作为浸润剂的施加装置；下部是高速转子，用于回收CBF产品；
图2本发明的CBF实物照片。
具体实施方式
具体实施方式：
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
称取A1地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：49.09；Al2O3：13.46；Fe2O3：8.75；FeO：2.67；CaO：8.48；MgO：6.09；K2O：1.70；Na2O：2.79；TiO2：2.18；MnO：0.11；P2O5：0.53；LIO：3.58。通过实验，单一使用上述原料拉丝，成丝率极低，约为20％。多数熔体通过漏板形成粗细不一的熔体流。根据计算：SiO2+Al2O3＝62.55(落入评价区间)；铁比例Fe2O3：FeO＝3.28(铁偏离系数173.10％)；CaO+MgO＝14.57，硅碱比10.93(未落入评价区间)；粘度系数1.85(未落入评价区间，但偏负)，粘度系数下限偏离系数-7.50％，粘度系数偏离上限-26.00％；酸度系数未4.29(落入评价区间，但偏负)，酸度系数下限偏离系数7.25％，酸度系数上限偏离系数-38.67％，总体评价该矿料单一使用，不可。
另取B1地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：56.79，Al2O3：16.45；Fe2O3：3.83；FeO：5.15；CaO：3.46；MgO：0.85；K2O：5.00；Na2O：5.23；TiO2：0.89；MnO：0.19；P2O5：0.48；LIO：1.50。SiO2+Al2O3＝73.24(未落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.74(铁偏离系数-38.02％)；CaO+MgO＝4.32，硅碱比5.55(落入评价范围)；粘度系数3.26(未落入评价范围，偏正)，粘度系数下限偏离系数63.00％，粘度系数偏离上限30.40％；酸度系数未16.97(未落入评价范围，偏正)，酸度系数下限偏离系数324.17％，酸度系数上限偏离系数142.38％，总体评价该矿料单一使用，不可。
取A样品1份，B样品3份，形成复合配料，成分如下：SiO2：54.87；Al2O3：15.70；Fe2O3：5.06；FeO：4.53；CaO：4.72；MgO：2.16；K2O：4.18；Na2O：4.62；TiO2：1.21；MnO：0.18；P2O5：0.46；LIO：2.02。SiO2+Al2O3＝70.57(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝1.12(落入评价范围)；CaO+MgO＝6.88，硅碱比6.90(落入评价范围)；粘度系数2.46(落入评价范围)；酸度系数未6.88(落入评价范围)，评价结果，该复合料可用。
实施例2
称取A2地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：49.54；Al2O3：14.76；Fe2O3：10.19；FeO：2.71；CaO：7.12；MgO：4.90；K2O：1.63；Na2O：3.11；TiO2：2.13；MnO：0.14；P2O5：0.47；LIO：3.04。通过实验，单一使用上述原料拉丝，成丝率极低，很难连续拉丝，多数熔体通过漏板不能形成熔体流。根据计算：SiO2+Al2O3＝64.30(落入评价区间)；铁比例Fe2O3：FeO＝3.76(铁偏离系数213.36％)；CaO+MgO＝12.02，硅碱比10.45(未落入评价区间)；粘度系数2.83(未落入评价区间，偏正)，粘度系数下限偏离系数34.76％，粘度系数偏离上限13.20％；酸度系数未5.35(落入评价区间)，酸度系数下限偏离系数33.74％，酸度系数上限偏离系数-23.53％，总体评价该矿料单一使用，不可。
另取B2地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：56.58，Al2O3：16.69；Fe2O3：3.05；FeO：5.55；CaO：3.61；MgO：10.5；K2O：4.19；Na2O：5.20；TiO2：0.99；MnO：0.20；P2O5：0.54；LIO：1.33。SiO2+Al2O3＝73.27(未落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.55(铁偏离系数-54.20％)；CaO+MgO＝4.66，硅碱比5.60(落入评价范围)；粘度系数3.24(未落入评价范围，偏正)，粘度系数下限偏离系数62.00％，粘度系数偏离上限29.60％；酸度系数未15.72(未落入评价范围，偏正)，酸度系数下限偏离系数293.08％，酸度系数上限偏离系数124.62％，总体评价该矿料单一使用，不可。
另取C1地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：49.62，Al2O3：16.58；Fe2O3：3.58；FeO：7.01；CaO：6.70；MgO：6.77；K2O：2.17；Na2O：4.18；TiO2：1.84；MnO：0.14；P2O5：0.60；LIO：0.57。SiO2+Al2O3＝66.20(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.51(铁偏离系数-57.40％)；CaO+MgO＝13.47，硅碱比7.81(未落入评价范围)；粘度系数1.70(未落入评价范围，偏负)，粘度系数下限偏离系数-1.20％，粘度系数偏离上限-32.00％；酸度系数未4.92(落入评价范围)，酸度系数下限偏离系数22.88％，酸度系数上限偏离系数29.78％，总体评价该矿料单一使用，不可。
取A样品2份，B样品5.5份，C样品2.5份，同时加入质量比3.0％生石灰进行调节，形成复合配料，成分如下：SiO2：51.99；Al2O3：15.67；Fe2O3：4.89；FeO：4.98；CaO：8.07；MgO：3.05；K2O：3.51；Na2O：4.41；TiO2：1.33；MnO：0.17；P2O5：0.49；LIO：1.24。
SiO2+Al2O3＝67.66(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.98(落入评价范围)；CaO+MgO＝11.12，硅碱比6.89(落入评价范围)；粘度系数2.24(落入评价范围)；酸度系数未6.09(落入评价范围)，评价结果，该复合料可用。
实施例3
称取A3地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：56.42；Al2O3：16.47；Fe2O3：3.69；FeO：5.77；CaO：4.65；MgO：2.13；K2O：3.97；Na2O：4.84；TiO2：1.00；MnO：0.22；P2O5：0.42；LIO：0.16。通过实验，单一使用上述原料拉丝，在滚轮转速较高情况下，很难连续拉丝，熔体通过漏板不能形成均匀稳定熔体流。根据计算：SiO2+Al2O3＝72.88(未落入评价区间)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.64(铁偏离系数-46.67％)；CaO+MgO＝6.78，硅碱比6.40(落入评价区间)；粘度系数2.88(未落入评价区间，偏正)，粘度系数下限偏离系数44.00％，粘度系数偏离上限15.20％；酸度系数未10.75(未落入评价区间，但偏正)，酸度系数下限偏离系数168.79％，酸度系数上限偏离系数53.60％，总体评价该矿料单一使用，不可。
另取B3地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：50.95，Al2O3：13.32；Fe2O3：5.30；FeO：4.68；CaO：7.49；MgO：8.54；K2O：1.31；Na2O：2.94；TiO2：1.69；MnO：0.13；P2O5：0.31；LIO：2.86。SiO2+Al2O3＝64.27(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝1.13(铁偏离系数-5.57％)；CaO+MgO＝16.04，硅碱比12.01(未落入评价范围)；粘度系数0.81(未落入评价范围，偏负)，粘度系数下限偏离系数-9.50％，粘度系数偏离上限-27.60％；酸度系数未4.01(落入评价范围)，酸度系数下限偏离系数0.19％，酸度系数上限偏离系数-42.75％，总体评价该矿料单一使用，不可。
将A3和B3样品以9:11的质量比例混合，形成复合配料，成分如下：SiO2：53.41；Al2O3：14.74；Fe2O3：4.58；FeO：5.17；CaO：6.21；MgO：5.66；K2O：2.51；Na2O：3.97；TiO2：1.38；MnO：0.17；P2O5：0.36；LIO：1.59。SiO2+Al2O3＝68.15(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.89(落入评价范围)；CaO+MgO＝11.87，硅碱比6.45(落入评价范围)；粘度系数2.21(落入评价范围)；酸度系数未5.74(落入评价范围)，评价结果，该复合料可用。
实施例4
称取A4地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：56.77；Al2O3：16.00；Fe2O3：5.30；FeO：4.68；CaO：3.31；MgO：0.74；K2O：5.03；Na2O：5.54；TiO2：0.79；MnO：0.22；P2O5：0.41；LIO：1.70。通过实验，单一使用上述原料拉丝，在滚轮转速较高情况下，很难连续拉丝，很容易出现断丝情况。根据计算：SiO2+Al2O3＝72.77(未落入评价区间)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.51(铁偏离系数-57.65％)；CaO+MgO＝4.04，硅碱比5.37(落入评价区间)；粘度系数3.22(未落入评价区间，偏正)，粘度系数下限偏离系数61.00％，粘度系数偏离上限28.80％；酸度系数未18.01(未落入评价区间，偏正)，酸度系数下限偏离系数350.31％，酸度系数上限偏离系数157.32％，总体评价该矿料单一使用，不可。
另取B4地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：49.09，Al2O3：13.46；Fe2O3：8.75；FeO：2.67；CaO：8.48；MgO：6.09；K2O：1.70；Na2O：2.79；TiO2：2.18；MnO：0.11；P2O5：0.53；LIO：3.58。SiO2+Al2O3＝62.55(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝3.28(铁偏离系数173.10％)；CaO+MgO＝14.57，硅碱比10.93(未落入评价范围)；粘度系数1.85(未落入评价范围，偏负)，粘度系数下限偏离系数-7.50％，粘度系数偏离上限-26.00％；酸度系数未4.29(落入评价范围)，酸度系数下限偏离系数7.33％，酸度系数上限偏离系数-38.67％，总体评价该矿料单一使用，不可。
另取C2地玄武岩，其主要成分如下：SiO2：57.40，Al2O3：16.33；Fe2O3：3.46；FeO：6.03；CaO：3.68；MgO：1.02；K2O：4.88；Na2O：5.19；TiO2：0.89；MnO：0.25；P2O5：0.22；LIO：0.26。SiO2+Al2O3＝73.74(未落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝0.57(铁偏离系数-52.28％)；CaO+MgO＝4.70，硅碱比5.70(落入评价范围)；粘度系数3.16(未落入评价范围，偏正)，粘度系数下限偏离系数58.00％，粘度系数偏离上限26.40％；酸度系数未15.69(未落入评价范围，偏正)，酸度系数下限偏离系数292.19％，酸度系数上限偏离系数124.11％，总体评价该矿料单一使用，不可。
将A4、B4和C2样品以5:7:8的质量比例混合，并额外添加质量比3.8％的生石灰，形成复合配料，成分如下：SiO2：52.35；Al2O3：14.69；Fe2O3：5.02；FeO：4.69；CaO：8.73；MgO：2.63；K2O：3.67；Na2O：4.28；TiO2：1.27；MnO：0.19；P2O5：0.45；LIO：1.59。
SiO2+Al2O3＝67.03(落入评价范围)；铁比例Fe2O3：FeO＝1.07(落入评价范围)；CaO+MgO＝11.36，硅碱比6.59(落入评价范围)；粘度系数2.22(落入评价范围)；酸度系数未5.90(落入评价范围)，评价结果，该复合料可用。
试验例：
对实施例1-4制备的玄武岩纤维进行性能测试实验，拉伸强度实验根据国标GB/T38111-2019和GB/T7690.3-2013进行检测；连续拉丝作业在21.3m/s的拉丝速率，统计在8h下断丝频率。
表1各实例玄武岩优化配方的成分和物化性能(wt％)
Claims (5)
1.连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法，其特征在于，配方为SiO2含量在48.0-56.0％，SiO2+Al2O3＝60.0-72.0％，Fe2O3/FeO＝0.75-1.25，硅碱比1.0-7.0，粘度系数2.0-2.5，酸度系数4.0-7.0；
其中配方优化实施主要步骤如下：
(1)确定玄武岩成分，选取不同地域玄武岩原岩，做化学分析，确定决定其主要氧化物含量，，包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、TiO2、K2O、Na2O、P2O5、MnO及烧失量(LOI)，上述12项主含量之和应在99％-101％之间，数据有效；
(2)若发现单一原料不能满足上述配方要求，须要通过配料，形成复合原料，实现上述成分要求；配料可以选用其他成分(地域)的玄武岩样品，亦可以采用钠钙玻璃，硅酸钠，生石灰，碳酸钙，纯碱、烧碱等氧化物添加剂；
(3)将符合成分要求的玄武岩原料磨细至50目以下，并充分混合；将料粉投入池窑，升温，待均化后，进行拉丝作业，得连续玄武岩纤维产品。
2.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法，其特征在于，步骤(1)中FeO含量测定需要化学滴定法，方能给出确切值；仪器法测定或通过计算得到的数值不可用。
3.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法，其特征在于，配方中硅碱比＝(SiO2)/(K2O+Na2O)，酸度系数＝(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)，上述均为质量百分比；粘度系数＝(SiO2+2Al2O3)/(FeO+2Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O)，该公式为摩尔比。
4.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法，其特征在于，所述的添加的配料的质量应使最终的复合配料满足优化配方的成分范围；并且步骤(2)、步骤(3)中对于不同配料需要磨细，充分混合。
5.根据权利要求1所述的连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法，其特征在于，进行拉丝作业中，设定炉温1350-1550℃，确保物料充分熔融，并采用6.3m/s-21.3m/s的转轮速度进行拉丝作业。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111219852.6A CN113896426A (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111219852.6A CN113896426A (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113896426A true CN113896426A (zh) | 2022-01-07 |
Family
ID=79192747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111219852.6A Pending CN113896426A (zh) | 2021-10-20 | 2021-10-20 | 连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113896426A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114213027A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-03-22 | 贵州民族大学 | 一种预测多种玄武岩体系析晶温度上限和拉丝温度的方法 |
| CN114605079A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-06-10 | 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 | 一种垃圾焚烧灰渣-玄武岩协同熔融制备连续玄武岩纤维的方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1566005A (zh) * | 2003-07-07 | 2005-01-19 | 深圳国际技术创新研究院 | 用玄武岩矿石制造连续纤维的方法 |
| RU2381188C1 (ru) * | 2008-11-01 | 2010-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Вулкан" | Базальтовое непрерывное волокно |
| US20130330534A1 (en) * | 2010-12-22 | 2013-12-12 | Asamer Basaltic Fibers Gmbh | Raw material for producing basalt fibres |
| CN106242305A (zh) * | 2016-09-05 | 2016-12-21 | 东南大学 | 连续玄武岩纤维生产工艺 |
| CN106396421A (zh) * | 2016-09-05 | 2017-02-15 | 东南大学 | 一种连续玄武岩纤维的生产方法 |
| CN107609331A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-19 | 中国科学院地球化学研究所 | 一种连续玄武岩纤维配方优化设计方法 |
| CN111613278A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-01 | 中国科学院地球化学研究所 | 一种通过粘度模量预测玄武岩熔体高温粘度和拉丝温度的方法 |
-
2021
- 2021-10-20 CN CN202111219852.6A patent/CN113896426A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1566005A (zh) * | 2003-07-07 | 2005-01-19 | 深圳国际技术创新研究院 | 用玄武岩矿石制造连续纤维的方法 |
| RU2381188C1 (ru) * | 2008-11-01 | 2010-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Вулкан" | Базальтовое непрерывное волокно |
| US20130330534A1 (en) * | 2010-12-22 | 2013-12-12 | Asamer Basaltic Fibers Gmbh | Raw material for producing basalt fibres |
| CN106242305A (zh) * | 2016-09-05 | 2016-12-21 | 东南大学 | 连续玄武岩纤维生产工艺 |
| CN106396421A (zh) * | 2016-09-05 | 2017-02-15 | 东南大学 | 一种连续玄武岩纤维的生产方法 |
| CN107609331A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-19 | 中国科学院地球化学研究所 | 一种连续玄武岩纤维配方优化设计方法 |
| CN111613278A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-09-01 | 中国科学院地球化学研究所 | 一种通过粘度模量预测玄武岩熔体高温粘度和拉丝温度的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JIWEN SI，SHIDING MIAO: ""Effects of CaO added to raw basalt on producing continuous basalt fibers and their mechanical properties"", 《JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS》 * |
| 何建新: "《新型纤维材料学》", 31 July 2014, 东华大学出版社 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114213027A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-03-22 | 贵州民族大学 | 一种预测多种玄武岩体系析晶温度上限和拉丝温度的方法 |
| CN114605079A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-06-10 | 中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 | 一种垃圾焚烧灰渣-玄武岩协同熔融制备连续玄武岩纤维的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110316974B (zh) | 一种含碱铝硅酸盐玻璃及其制品、强化方法和应用 | |
| CN113896426A (zh) | 连续玄武岩纤维生产原料的优化配方设计方法 | |
| CN110028249B (zh) | 一种低介电玻璃纤维组分及其制造方法 | |
| CN113135666B (zh) | 低介电玻璃纤维及制备方法、玻璃纤维制品、复合材料及应用 | |
| CN101333074B (zh) | 一种钠钙硅酸盐玻璃组合物及其制法和用途 | |
| CN102718406B (zh) | 一种拉丝温度低的低介电常数玻璃纤维 | |
| US20130203583A1 (en) | Composition for preparing high-performance glass fiber by tank furnace production | |
| CN112745031B (zh) | 一种低热膨胀系数高强度玻璃纤维 | |
| TW201318996A (zh) | 一種玻璃組合物及由其製成的玻璃、制法和用途 | |
| CN112624620B (zh) | 一种低热膨胀系数玻璃纤维 | |
| TW202035328A (zh) | 玻璃纖維及其製造方法、以及玻璃 | |
| KR20110097974A (ko) | 고성능 유리 섬유용 조성물 및 이로 형성된 섬유 | |
| CN104496189B (zh) | 一种以粉煤灰和淡化河沙为原料的无硼高性能玻璃纤维及其制备方法 | |
| CN105384336B (zh) | 一种硅酸盐玻璃组合物、及其制作的超薄玻璃、及制备方法及应用 | |
| CN112551906A (zh) | 一种电子级玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和电子布 | |
| CN105174731A (zh) | 一种高模量玻璃纤维 | |
| CN115818966A (zh) | 一种电子级玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和电子布 | |
| CN104909578A (zh) | 一种玻璃纤维 | |
| CN103332866A (zh) | 一种玻璃纤维 | |
| CN102690057B (zh) | 一种触摸屏盖板玻璃用的玻璃 | |
| CN111533460A (zh) | 一种复合强化玻璃的制备方法和应用 | |
| CN114349354B (zh) | 一种玻璃纤维组合物及其玻璃纤维和复合材料 | |
| CN107382079A (zh) | 一种高FeO含量无碱连续玻璃纤维纱及其制备方法 | |
| JP2019521068A (ja) | 高耐熱ガラス繊維、及びその製造方法 | |
| CN115432932B (zh) | 具有超高比模量的玻璃纤维组合物及玻璃纤维 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220107 |