專利名稱：一種利用鐵尾礦制備無機(jī)礦渣纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵尾礦制備無機(jī) 礦渣纖維的方法，實(shí)現(xiàn)鐵礦尾礦的高附加值利用。
背景技術(shù)：
鐵尾礦是鐵礦選礦的副產(chǎn)品之一，是選礦作業(yè)中有用目標(biāo)組分含量最低的部 分。鐵尾礦并不是完全無用的廢料，往往含有可作其他用途的組分，通過合理的工藝進(jìn) 行綜合利用，可望實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源充分利用和改善生態(tài)環(huán)境。伴隨著我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，黑色冶金礦山企業(yè)以尾礦等形式排棄了大量的工 業(yè)廢料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國累計(jì)堆存的鐵尾礦量高達(dá)50億噸左右，而且隨著鐵礦產(chǎn)能 的不斷提高，鐵尾礦堆存量以5億噸/年的速度增長。這些工業(yè)廢料占用了土地資源， 污染了環(huán)境，需要投入相當(dāng)大的社會(huì)資源去恢復(fù)治理。而同時(shí)，這些廢棄工業(yè)廢料又是 蘊(yùn)含了大量資源的“人工礦床”，是非常寶貴的二次資源。針對這一問題，工業(yè)和信 息化部、科技部、國土資源部等部門組織編制的《金屬尾礦綜合利用專項(xiàng)規(guī)劃(2010 2015)))提出到2015年，實(shí)現(xiàn)全國尾礦利用率達(dá)到20%的目標(biāo)。當(dāng)前我國絕大多數(shù)尾礦 尚未被綜合利用，綜合利用率不足10%，尤其是鐵尾礦的利用率更低。對鐵尾礦進(jìn)行綜 合處理利用，既提高了資源的利用率，又為環(huán)境恢復(fù)和治理提供了重要途徑，符合國際
“十一五”規(guī)劃提出的建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的目標(biāo)和方向。鐵尾礦是一種復(fù)合礦物原料，是鐵礦石經(jīng)加工、磁選后以泥漿狀排放的礦 物廢料。全國各地鐵尾礦含量及成分有差異，但主要化學(xué)成分有Si0220% 70%， Al2O3I^ 12%，F(xiàn)e2036% 25%，CaOl % 30%，MgOl % 13%，還含有少量 Na2O> K2O以及S、P等元素?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)加強(qiáng)了對鐵尾礦的綜合利用的研究，目前主要集中在用鐵尾礦制 備水泥、路面建材以及飾面玻璃等方面，總體來看，資源再利用水平不高、經(jīng)濟(jì)效益一 般。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 Si0228% 42%、Al2036% 17%、Ca038% 49%和 MgOl % 13%。冶煉每噸鐵生 成的渣量約為300 600公斤。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)粒化槽，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。1400-155(TC 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。鋼渣是煉鋼過程的冶金渣，主要成分為CaO、MgO和SiO2等，目前鋼渣沒有得 到很好利用，其利用率不足20%。發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，以鐵尾礦為主要原料，在其中加入一定量的冶金渣(包括 煉鐵渣、煉鋼渣)進(jìn)行調(diào)質(zhì)，通過噴吹法或者離心法，可以制備出優(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。本發(fā)明利用鐵尾礦為主要原料制備礦物纖維，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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用鐵尾礦制備無機(jī)礦渣纖維的方法，該方法以鐵 尾礦為主要原料，加入一定量的冶金渣，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。具體工藝為將鐵尾礦和冶金渣混合、加熱至熔融狀態(tài)，經(jīng)噴吹或甩絲制備無機(jī)礦渣纖維。 所述液態(tài)混合物中的鐵尾礦的重量百分比優(yōu)選在30%到90%的范圍內(nèi)，高爐渣的重量百 分比優(yōu)選在70%到10%的范圍內(nèi)。具體來說，可先在鐵尾礦中加入冶金渣，通過加熱，并控制溫度與組成，從而 控制熔融液的黏度與表面張力；所述的加熱至熔融狀態(tài)的溫度在11oo°c到18oo°c。所述的冶金渣為煉鐵渣、煉鋼渣中的一種或其混合物；加入冶金渣對鐵尾礦起 改性作用。所述的噴吹是在加壓下(0.75 1.2MPa)由多孔噴絲板將熔融液噴出成絲，然后 將得到的絲冷卻，制得無機(jī)礦渣纖維。所述的甩絲是由電阻爐熔融鐵尾礦和冶金渣，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)礦渣纖維。還可在鐵尾礦和高爐渣的液態(tài)混合物中加入具有不同功能的添加劑，比如在制 作耐火或保溫材料時(shí)可加入耐火磚粉或礬土或兩者的混合物等等?？梢岳斫猓ㄟ^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)礦渣纖維； 同時(shí)由于工業(yè)廢料鐵尾礦與高爐渣的成分各有不同，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0.01mm到IOOmm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)施方便。實(shí)現(xiàn)了鐵尾礦和高爐渣等不同工業(yè)廢料的綜合利 用，提高了鐵尾礦綜合利用的附加值，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。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的無機(jī)纖維的顯微鏡下的照片。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的無機(jī)纖維的顯微鏡下的照片。
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鐵尾礦在混合物中重量百分比為70%，高爐渣為30%。將混合物放入溫度為 1600°C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)礦渣纖維絲，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，其區(qū)別在于，鐵尾礦在混合物中的重量百分 比為50%，最后得到的無機(jī)礦渣纖維如圖3所示。實(shí)施例3采用和實(shí)施例1相同的制備方法，其區(qū)別在于，熔化電阻爐的溫度為1500°C， 并使用多孔噴絲機(jī)噴制成絲，冷卻后獲得無機(jī)礦渣礦物纖維。
權(quán)利要求
1.一種利用鐵尾礦制備無機(jī)礦渣纖維的方法，其特征在于，將鐵尾礦和冶金渣混 合，加熱至熔融狀態(tài)后，經(jīng)噴吹或甩絲制備無機(jī)礦渣纖維；在熔融狀態(tài)混合物中的鐵尾 礦的重量百分比在30%到90%，高爐渣的重量百分比在70%到10%。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的冶金渣為煉鐵渣、煉鋼渣中的一種 或其混合物；加入冶金渣對鐵尾礦起改性作用。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的加熱至熔融狀態(tài)的溫度為 1100°C 1800 "C。
4.如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于，所述無機(jī)礦渣纖維的直徑在0.01mm到 IOOmm的范圍內(nèi)，長徑比在4到2000的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于，所述的噴吹是在加壓下0.75 1.2MPa 由多孔噴絲板將熔融液噴出成絲，然后將得到的絲冷卻，制得無機(jī)礦渣纖維。
6.如權(quán)利要求書1所述的方法，其特征在于，所述的甩絲是由電阻爐熔融鐵尾礦和冶 金渣，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，得到無機(jī)礦渣纖維。
全文摘要
一種利用鐵尾礦制備無機(jī)礦渣纖維的方法，屬于無機(jī)非金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。將鐵尾礦和冶金渣混合，加熱至熔融狀態(tài)，經(jīng)噴吹或甩絲制備無機(jī)礦渣纖維；在熔融狀態(tài)混合物中的鐵尾礦的重量百分比在30％到90％，高爐渣的重量百分比在70％到10％。優(yōu)點(diǎn)在于，工藝簡單易行，實(shí)施方便，實(shí)現(xiàn)了鐵尾礦和冶金渣等不同工業(yè)廢料的綜合利用，提高了鐵尾礦綜合利用的附加值，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。
文檔編號(hào)C03B37/00GK102010122SQ20101056984
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者張作泰, 王習(xí)東, 王景峰, 趙大偉 申請人:北京大學(xué), 長治市華興環(huán)保工程有限公司