CN1422820A - 利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法及其应用 - Google Patents

利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法及其应用,属于以Al2O3和SiO2为基料的陶瓷制品领域。其特征在于以煤矸石为原料,经过煅烧、熔融、喷吹或离心甩丝成硅酸铝陶瓷纤维。所用的煤矸石的重量化学组成为:Al2O3≥43.00%,SiO2+Al2O3≥85.00%,Fe2O3≤1.00%,K2O+Na2O≤0.50%,烧失量≤15.00%,先将煤矸石在1000～1600℃下煅烧300～360h,在2100～2300℃熔融。本发明还提供了据此发明制造的硅酸铝陶瓷纤维的应用,可以用其制作成陶瓷纤维针刺毯、陶瓷纤维毡、陶瓷纤维机制板、陶瓷纤维纸和陶瓷纤维纺织。

Description

利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法及其应用
所属技术领域
本发明属于以Al2O3和SiO2为基料成分的陶瓷制品领域，尤其涉及利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维。
背景技术
煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的固体废弃物，是目前排放量最大的工业固体废弃物之一。全国现有煤矸石山1500多座，占地20余万亩，堆存量达34亿吨。而且以年1亿吨的速度增长。煤矸石长期堆存，占用大量土地，同时造成自燃，污染大气和地下水质。煤矸石又是可利用的资源，国家经贸委把煤矸石的扩大利用作为“九五”资源综合利用的重点工作。目前，煤矸石的利用主要集中于制造煤矸石砖和其它建筑材料及利用煤矸石发电等方面，但煤矸石的综合利用水平较低。
硅酸铝陶瓷纤维作为新型的纤维状轻质耐火材料，在冶金、石油化工、电力、建材、有色金属等行业工业窑炉上得到广泛的引用，是一种性能优良的节能绝热保温材料。目前硅酸铝陶瓷纤维的主要天然原料是硬质粘土，即将硬质粘土经高温煅烧、破碎、熔融、喷吹或甩丝成纤工艺生产硅酸铝陶瓷纤维。但是硬质粘土是一种不可再生资源和重要的工业原料，近年来由于硬质粘土的大量开采使得其资源出现匮乏，硬质粘土的品质下降，从而降低了硅酸铝陶瓷纤维的质量。为此，寻求代替硬质粘土制造硅酸铝陶瓷纤维的材料成为一个重要课题。
截止目前，未发现有关利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的报道。
发明内容
本发明的目的是提供利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法，该发明不仅提高了煤矸石的利用水平，而且降低了陶瓷纤维的生产成本。
本发明的另一目的是提供利用煤矸石制造的硅酸铝陶瓷纤维的应用。
本发明涉及利用煤矸石生产硅酸铝陶瓷纤维的方法及其应用，其特征在于以煤矸石为原料，经过煅烧、熔融、喷吹或离心甩丝成硅酸铝陶瓷纤维。煤矸石的主要成分是Al2O3和SiO2，且含量不一，Al2O3的重量百分含量在30～50％之间。制造硅酸铝陶瓷纤维就是主要利用煤矸石的有效成分Al2O3和SiO2，所用的煤矸石的重量化学组成为：Al2O3≥43.00％，SiO2+Al2O3≥85.00％，Fe2O3≤1.00％，K2O+Na2O≤0.50％，烧失量≤15.00％。符合此标准的煤矸石资源储量在亿万吨以上，主要集中在山西阳泉、朔州和怀仁一带。利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的生产方法是：先将煤矸石在1000～1600℃下煅烧300～360h，得洁白、杂质含量少的煤矸石熟料。再用破碎机将煤矸石熟料破碎，破碎粒度≤15mm，加入到高温电阻炉中在2100～2300℃熔融。然后采用高速喷吹装置或高速离心甩丝机，将熔融后的流股经喷吹或甩丝成陶瓷纤维散棉。该陶瓷纤维的纤维直径为2～6mm，纤维长度≥30mm，渣球(≥0.25mm)含量≤15％，正常使用温度达到1000℃，性能指标均达到或超过采用硬质粘土熟料生产的硅酸铝陶瓷纤维。
利用煤矸石制造的硅酸铝陶瓷纤维可以制作成陶瓷纤维针刺毯、陶瓷纤维毡、陶瓷纤维机制板、陶瓷纤维纸和陶瓷纤维纺织品等，作为节能耐火保温材料应用于工业窑炉和其它保温设施。将陶瓷纤维散棉经过针刺机针刺成毯，针刺后的毯坯经过700～900℃的高温定型成毯，切割得到质地柔软的针刺毯。陶瓷纤维散棉加入结合剂制成棉浆，经真空成型工艺制成一定形状的湿制品，在110～150℃下干燥得陶瓷纤维毡。陶瓷纤维散棉加入结合剂制成棉浆，经真空成型工艺成型，再用硬化剂对制品进行硬度处理，在110～150℃下干燥，经表面磨光、切割，得到规定形状得陶瓷纤维机制板。陶瓷纤维散棉加入有机结合剂制成棉浆，抄取陶瓷纤维纸坯，经干燥、剪切、卷取得陶瓷纤维纸。陶瓷纤维散棉添加10～15％的有机纤维，经梳毛、纺纱、合股制成陶瓷纤维纱线，经编织机、织布机等设备制作成布、带、绳等纺织品。
本发明的有益效果在于：利用废弃物煤矸石，减少了煤矸石对环境的污染，提高了煤矸石的综合利用水平；降低了生产成本，节约了硬质粘土和其它矿产资源，为硅酸铝陶瓷纤维的生产提供了新的资源。
具体实施方式
实施例1  取组成为：Al2O3 43.37％，SiO2+Al2O3 89.07％，Fe2O3 0.36％，K2O+Na2O 0.41％，烧失量8.34％的煤矸石100吨放置在倒焰窑中，经过1300℃的高温煅烧300小时后冷却，得到洁白的煤矸石熟料。经检测其组成为：Al2O3 46.32％，SiO2+Al2O3 97.57％，Fe2O3 0.43％，K2O+Na2O 0.50％，余量1.50％。将煅烧后的煤矸石熟料用破碎机破碎成粒度≤15mm的自然级配，加入到高温电阻炉中，在2200℃左右熔融。采用高速连融连甩甩丝机，甩丝成硅酸铝陶瓷纤维棉。其化学成分指标为：Al2O3≥46.00％，SiO2+Al2O3≥97.00％，Fe2O3≤1.00％，K2O+Na2O≤0.50％。物理性能指标为：颜色白色，纤维直径2～6mm，纤维长度≥30mm，渣球(≥0.25mm)含量≤15％，工作温度1000℃，体积密度96～128Kg/m3，1000℃加热24h永久性线变化≤3％。
实施例2  取实施例1制备的陶瓷纤维散棉，采用传统制造陶瓷纤维棉耐火材料制品工艺，制作陶瓷纤维针刺毯、陶瓷纤维毡、陶瓷纤维机制板、陶瓷纤维纸和陶瓷纤维纺织品。
实施例3  取组成为：Al2O3 43.01％，SiO2+Al2O3 88.12％，Fe2O3 0.42％，K2O+Na2O 0.37％，烧失量9.21％的煤矸石100吨放置在倒焰窑中，经过1000℃的高温煅烧360h后冷却，得到洁白的煤矸石熟料。经检测其组成为：Al2O3 45.87％，SiO2+Al2O3 97.13％，Fe2O3 0.61％，K2O+Na2O0.42％。将煅烧后的煤矸石熟料用破碎机破碎成粒度≤15mm的自然级配，加入到高温电阻炉中，在2300℃下熔融。采用高速连融连甩甩丝机，甩丝成硅酸铝陶瓷纤维棉。
实施例4  重复实施例3，但煤矸石煅烧时间为300h，采用高速高压连融连吹装置喷吹成陶瓷纤维棉。
实施例5  重复实施例3，但煤矸石煅烧温度为1600℃。
实施例6  重复实施例3，但煤矸石煅烧温度为1600℃，煅烧时间为300h，采用高速高压连融连吹装置喷吹成陶瓷纤维棉。
实施例7  重复实施例3，但煤矸石熟料的熔融温度为2100℃。
实施例8  重复实施例3，但煤矸石熟料的煅烧温度为1600℃，煤矸石熟料的熔融温度为2100℃，采用高速高压连融连吹装置喷吹成陶瓷纤维棉。
实施例9  重复实施例3，但煤矸石煅烧温度为1600℃，煅烧时间为300h，煤矸石熟料的熔融温度为2100℃。
实施例10  重复实施例3，但煤矸石煅烧时间为300h，煤矸石熟料的熔融温度为2100℃。

Claims (5)

1、一种利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法，其特征在于以煤矸石为原料，经过煅烧、熔融、喷吹或离心甩丝成硅酸铝陶瓷纤维。
2、根据权利要求1所述的利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法，其特征在于所用的煤矸石的重量化学组成为：
Al2O3≥43.00％，SiO2+Al2O3≥85.00％，Fe2O3≤1.00％，K2O+Na2O≤0.50％，烧失量≤15.00％。
3、根据权利要求1所述的利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法，其特征在于所述的煅烧是将煤矸石在1000～1600℃下煅烧300～360h。
4、根据权利要求1所述的利用煤矸石制造硅酸铝陶瓷纤维的方法，其特征在于所述的熔融是将煅烧后的煤矸石在2100～2300℃下熔融。
5、权利要求1所限定的硅酸铝陶瓷纤维的应用，其特征在于可以制作成陶瓷纤维针刺毯、陶瓷纤维毡、陶瓷纤维机制板、陶瓷纤维纸和陶瓷纤维纺织。
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