專利名稱：一種利用高爐渣和粉煤灰制備無機(jī)纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)纖維的制備方法，具體地說，本發(fā)明涉及利用工業(yè)廢料高爐渣與 粉煤灰制備無機(jī)纖維的方法，屬于非金屬材料的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高爐渣是高爐煉鐵中由加入高爐礦石中的脈石、焦炭灰分同熔劑反應(yīng)熔化形成的副產(chǎn) 物，是含有多種氧化物的復(fù)雜硅酸鹽，常含有少量硫化物、氟化物和碳化物等。它的成分 和產(chǎn)量因高爐原料和燃料的成分不同而有所不同。通常高爐渣主要含有，28~42%Si02、 6~17%A1203 、 38~49%CaO和1~13%氧化鎂，冶煉每噸鐵生成的渣量約為300 600公斤。
隨著我國鋼鐵生產(chǎn)的迅速發(fā)展，所產(chǎn)生的固體廢棄物總量也越來越多，其中高爐渣約 占50%， 2007年接近2億噸。高爐渣是一種性能良好的硅酸鹽材料，通過處理后可作為生 產(chǎn)水泥的原料，由此可節(jié)約生產(chǎn)水泥的石灰石原料。
目前，我國大多數(shù)鋼鐵廠對高爐渣采用水沖方法處理，即讓高爐熔渣在沖制箱內(nèi)由多 孔噴頭噴出的高壓水進(jìn)行水淬，水淬渣流經(jīng)?；?，進(jìn)入沉渣池。沉渣池中的水渣由抓斗 吊抓出堆放于渣場繼續(xù)脫水。沉渣池內(nèi)的水及懸浮物流入設(shè)有礫石過濾層的過濾池，經(jīng)過 濾后的水由泵加壓后送入冷卻塔冷卻，循環(huán)使用。水量損失必須由新水補(bǔ)充。這種水沖渣 系統(tǒng)存在很多問題，其中最大兩個(gè)問題是耗水太多與能量損失嚴(yán)重。每沖渣1噸，需要循 環(huán)用水量10噸，消耗新水1.2噸，如以2007年我國生鐵生產(chǎn)計(jì)算，僅用于沖渣的新水消 耗就接近2億噸。其次，水沖渣過程浪費(fèi)了大量熱量。1400-1550。C的高爐渣被帶走的熱約 占煉鐵能耗的8%左右。全國各鋼鐵廠每年的高爐渣總熱能損失超過1000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
鑒于現(xiàn)行高爐水渣工藝的種種弊端，近年來已有研究者開始注重開發(fā)高爐渣干法粒化 及其熱能回收技術(shù)。其基本思路是讓液態(tài)高爐渣下落至高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤，利用轉(zhuǎn)盤的機(jī) 械力將高爐渣擊碎。在爐渣的下落過程中，利用空氣進(jìn)行冷卻， 一方面，高爐渣逐漸被冷 卻，另一方面，空氣則逐漸被加熱。冷卻的?；捎米魃a(chǎn)水泥的原料，而被加熱了的 熱空氣則可回收利用其熱量。
高爐渣干法?；捌錈崮芑厥占夹g(shù)是對高爐渣傳統(tǒng)處理方法的創(chuàng)新性改造，其突出的優(yōu)點(diǎn)是耗水很少，無硫化氫、氧化硫等有害氣體的排放，又便于回收利用爐渣顯熱與潛 熱，因此可望產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但是，干法?；嬖谝粋€(gè)明顯的缺點(diǎn)， 即干法?；脑；钚圆?，且不易破碎，受到冷卻條件的限制，渣中非晶相較少，不適宜 生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)礦渣水泥。這樣，干法渣將可能重新成為廢棄物，或僅作為鋪路料。因此，尋找 干法處理高爐渣資源高效利用的方法就非常重要。高爐渣噴吹后?；脑蚴怯善浣M成與 溫度決定的，當(dāng)改變組成與溫度，并隨之改變其黏度以及表面張力時(shí)，則可以噴吹或甩出 礦渣纖維。高爐渣屬于堿度大于1的爐渣，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在高爐渣加入適量的三氧 化二鋁以及二氧化硅，或加入含有三氧化二鋁與二氧化硅的粉煤灰時(shí)，可以使高爐渣噴吹 或甩出優(yōu)質(zhì)的礦渣纖維，此纖維可以制備建筑保溫材料，工業(yè)窯爐的隔熱材料，部分精選 的超細(xì)纖維還可用于造紙纖維，代替樹木纖維，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，熱能通過尾氣 回收還可以得到充分利用。
通過在高爐渣中加入適量粉煤灰制備礦渣纖維，不僅開辟了高爐渣利用的新途徑，提 高了高爐渣利用的附加值，而且可以重新高附加值地利用粉煤灰。
粉煤灰是指燃煤(低熱值燃料)鍋爐在燃燒過程中產(chǎn)生的固體顆粒物，包括灰和渣，
主要成分為二氧化硅與氧化鋁。2005年我國燃煤電廠和低熱值電廠產(chǎn)生的粉煤灰量達(dá)3.3 億噸，占全國工業(yè)固體廢棄物的40%。
因此，高爐渣與粉煤灰制備礦渣纖維以及余熱利用技術(shù)，是資源、能源循環(huán)與再生利 用的新技術(shù)。這一技術(shù)和方法是一項(xiàng)開拓性的節(jié)能減排的新技術(shù)和新工藝，對提高廢棄物 利用效率、充分利用廢棄能源，促進(jìn)我國的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)、人與自然的和諧發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源 經(jīng)濟(jì)向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的跨躍具有極其深遠(yuǎn)的意義。
本發(fā)明利用粉煤灰與冶金渣制備無機(jī)纖維，巧妙利用高爐渣與粉煤灰所含主要原料的 不同，通過利用兩種廢棄物性能互補(bǔ)的特性，不僅可以充分利用高爐渣與粉煤灰，而且大 幅度提高了利用產(chǎn)品的附加值，同時(shí)還可望利用熔融高爐渣所含的大量廢棄熱能。具有重 要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)保意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種利用高爐渣與工業(yè)廢料粉煤灰制備無機(jī)纖維的方法，不但具 有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)符合當(dāng)代社會(huì)的節(jié)能減排的主題，擴(kuò)展了粉煤灰與冶金渣的利用 價(jià)值。本發(fā)明方法以高爐渣和粉煤灰為主要原料制備具有一定直徑和長度以及一定柔性和 強(qiáng)度的無機(jī)纖維。概括來說，本發(fā)明方法包括將高爐渣和粉煤灰的液態(tài)混合物制成絲， 冷卻所述絲得到無機(jī)纖維。所述液態(tài)混合物中的高爐渣的重量百分比優(yōu)選在10%到90%的
范圍內(nèi)，粉煤灰的重量百分比優(yōu)選在90%到10%的范圍內(nèi)。
具體來說，可先在高溫熔融的高爐渣中加入適量的粉煤灰，通過控制溫度與組成，從
而控制熔融液的黏度與表面張力；所述溫度優(yōu)選在600'C到170(TC的范圍內(nèi)；
然后在加壓下由多孔噴絲板將熔融液噴出成絲，然后將得到的絲冷卻即制得無機(jī)纖
維；
或者，由電阻爐熔融高爐渣和粉煤灰，使得到的液體流入甩絲機(jī)，在甩絲輥離心力的 作用下，根據(jù)不同的線速度使該液體形成長短不同的絲，將這些絲冷卻即得到無機(jī)纖維；
優(yōu)選地，還可在高爐渣和粉煤灰的液態(tài)混合物中加入具有不同功能的添加劑，比如加 入氮化硼或硼酸鈉可以降低所述液態(tài)混合物的表面張力，從而降低該混合物的熔點(diǎn)等等。
所述高爐渣包括鋼鐵工業(yè)煉鐵高爐渣等；所述粉煤灰包括煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的飛灰、固 態(tài)殘留物、廢棄物或它們的混合物。其中，粉煤灰的主要成分為二氧化硅與氧化鋁；所述 高爐渣的主要成為26~41%氧化硅、6~17%氧化鋁、38~49%氧化鈣和1~13%氧化鎂。
可以理解，通過調(diào)節(jié)熔融液中各成分的種類和各成分之間的配比，制備所涉及的溫度 等參數(shù)，以及添加劑的種類和用量，可以獲得不同性能與規(guī)格的無機(jī)纖維；同時(shí)由于工業(yè) 廢料粉煤灰與冶金渣的成分各有不同，除制備本發(fā)明所述無機(jī)纖維所涉及的主要原料外， 其中還可能含有不同成分的氧化鈣、氧化鎂和氧化鐵等成分從而影響無機(jī)纖維的形貌以及 性能。制得的無機(jī)纖維的直徑優(yōu)選在O.Olmm到100mm的范圍內(nèi)，長徑比優(yōu)選在4到2000 的范圍內(nèi)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可在本發(fā)明方法的指導(dǎo)下，通過比較在不同條件下制備的無機(jī)纖維的 長徑比之間的區(qū)別而得到最優(yōu)的工藝條件。
本發(fā)明制得的無機(jī)纖維可制備建筑保溫材料，工業(yè)窯爐的隔熱材料，部分精選的超細(xì) 纖維還可用于造紙纖維，代替樹木纖維，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，還可通過通過尾氣回 收使熱能得到充分利用。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有下列優(yōu)點(diǎn)
工藝簡單易行，實(shí)現(xiàn)了不同工業(yè)廢料的綜合利用，提高了粉煤灰和冶金渣利用的附加 值，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例方法流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的無機(jī)纖維的SEM照片; 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的無機(jī)纖維的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。下述實(shí)施例的制備過程如附圖1 所示。
實(shí)施例1
在高爐渣中加入粉煤灰，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分比約為30%，然后放 入溫度約為130(TC的熔化電阻爐中，待完全熔化后，使熔融液流入甩絲機(jī)中，在甩絲輥離 心力的作用下，根據(jù)不同的線速度得到長短不同的無機(jī)纖維絲，同時(shí)噴吹壓縮空氣冷卻得 到的無機(jī)纖維絲，最后得到的無機(jī)纖維如圖2所示。
實(shí)施例2
采用和實(shí)施例1相同的制備方法，區(qū)別在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分 比約為50%，最后得到的無機(jī)纖維如圖3所示。 實(shí)施例3
采用和實(shí)施例l相同的制備方法，區(qū)別在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分 比約為30%，并在混合物中加入適量的硼酸鈉，在60(TC熔化，最終得到無機(jī)纖維。 實(shí)施例4
采用和實(shí)施例l相同的制備方法，區(qū)別在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分 比約為10%，熔化電阻爐的溫度為1200°C，并使用多孔噴絲機(jī)噴制成絲，得到無機(jī)纖維。 但此條件下得到的無機(jī)纖維存在一定的球化率，可采用后續(xù)處理對其作進(jìn)一步篩選。
實(shí)施例5
采用和實(shí)施例4相同的制備方法，區(qū)別在于，粉煤灰在得到的混合成分中的重量百分 比約為90%，熔化電阻爐的溫度為170(TC，得到硅酸鋁纖維。
權(quán)利要求
1.一種無機(jī)纖維的制造方法，其特征在于將高爐渣和粉煤灰的液態(tài)混合物制成絲，冷卻所述絲得到無機(jī)纖維。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)混合物中還包含添加劑。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述添加劑為氮化硼、硼酸鈉或它們的混合 物。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)混合物來自于 在熔融的高爐渣中加入粉煤灰得到液態(tài)混合物，或 在高爐渣中加入粉煤灰后加熱熔融得到液態(tài)混合物。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)混合物來自于 在高爐渣中加入粉煤灰后加熱熔融到60(TC到170(TC的溫度范圍內(nèi)得到液態(tài)混合物。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高爐渣包括鋼鐵工業(yè)煉鐵高爐渣；所 述粉煤灰包括煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的飛灰、固態(tài)殘留物、廢棄物或它們的混合物。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述液態(tài)混合物中所述高爐渣的重量百分比 在10%到90%的范圍內(nèi)，所述粉煤灰的重量百分比在90%到10%的范圍內(nèi)。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述將液態(tài)混合物制成絲的方法為 使液態(tài)混合物流入甩絲機(jī)，在甩絲輥離心力的作用下制成絲；或 在加壓下將液態(tài)混合物由多孔噴絲板噴出制成絲。
9. 如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于，所述無機(jī)纖維的直徑在O.Olmm到100mm 的范圍內(nèi)，長徑比在4到2000的范圍內(nèi)。
10. 如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于，所述絲通過空氣冷卻，所述空氣經(jīng)過熱能 回收裝置回收熱能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用高爐渣和粉煤灰制備無機(jī)纖維的方法，屬于非金屬材料的制備領(lǐng)域。本發(fā)明方法以高爐渣和粉煤灰為主要原料制備具有一定直徑和長度以及一定柔性和強(qiáng)度的無機(jī)纖維。概括來說，本發(fā)明方法包括將高爐渣和粉煤灰的液態(tài)混合物制成絲，冷卻所述絲得到無機(jī)纖維。所述液態(tài)混合物中的高爐渣的重量百分比優(yōu)選在10％到90％的范圍內(nèi)，粉煤灰的重量百分比優(yōu)選在90％到10％的范圍內(nèi)。另外，上述高爐渣和粉煤灰的混合物中還可加入添加劑。采用本發(fā)明方法制得的無機(jī)纖維可用于制備建筑保溫材料，工業(yè)窯爐的隔熱材料，部分精選的超細(xì)纖維還可用于造紙纖維，代替樹木纖維，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
文檔編號(hào)C03B37/00GK101289274SQ200810114640
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者馮英杰, 梅 張, 王習(xí)東, 敏 郭 申請人:北京大學(xué)