本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用懸浮粉煤灰微粒改性礦渣棉的方法。

背景技術(shù)：

鋼鐵作為國(guó)家基礎(chǔ)性建設(shè)材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中發(fā)揮著及其重要的作用。自上世紀(jì)90年代末以來(lái)，中國(guó)成為新一輪鋼鐵增長(zhǎng)的主要源動(dòng)力，粗鋼年產(chǎn)量躍居世界第一，并延續(xù)至今見(jiàn)。高爐渣是鋼鐵冶煉過(guò)程中的主要副產(chǎn)品，是冶金工業(yè)生產(chǎn)中數(shù)量最多的一種固體廢棄物。通常情況下，噸鐵產(chǎn)渣量為250～350kg，同時(shí)，熔融狀態(tài)的高爐渣從高爐中流出時(shí)，大量顯熱被白白浪費(fèi)。盡管目前我國(guó)高爐渣已得到有效利用，但一般是水淬后主要用于陶瓷制造和水泥等建筑行業(yè)，產(chǎn)品的附加值較低，同時(shí)水淬過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生so2、h2s等有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，高爐熔渣的余熱回收和綜合利用，是實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)節(jié)能、降耗的關(guān)鍵。

礦渣棉是以高爐渣為主要原料制成的棉狀纖維成本較低。一般可耐700～800℃的高溫，還具有質(zhì)輕、耐氧化、電絕緣、不腐蝕金屬等優(yōu)點(diǎn)。常被加工成保溫板、保溫氈、保溫筒、保溫帶、耐火板等，應(yīng)用前景廣泛。此舉不僅有效地利用了熔渣的顯熱，還為高爐渣的綜合利用尋求新的途徑。

研究表明，把廢渣制成纖維棉用于混凝土的增強(qiáng)材料，能夠在一定程度上改善混凝土性能方面的缺陷。眾所周知，普通的水泥混凝土材料自身存在脆性大，抗拉、抗折強(qiáng)度低，易收縮開(kāi)裂，韌性差，抗沖擊性能較低等固有缺陷，從而會(huì)降低水泥混凝土路面的耐久性能。而礦渣棉摻入對(duì)基體起到網(wǎng)絡(luò)支撐作用，避免了漿體的離析，使得水泥水化、硬化均勻進(jìn)行，有利于混凝土強(qiáng)度的提高。

但礦渣棉在水泥中易被水泥水化時(shí)產(chǎn)生的堿性物質(zhì)所腐蝕、粉化，導(dǎo)致基體內(nèi)的纖維斷裂，造成其性能的下降，失去了纖維增強(qiáng)增任的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)礦渣棉耐堿性能不佳，提供一種制備耐堿較強(qiáng)的纖維材料的方法。對(duì)礦渣棉進(jìn)行防堿改性最經(jīng)濟(jì)有效的方法是粉煤灰對(duì)剛剛成纖的高溫礦渣棉進(jìn)行改性，在礦渣棉表面形成一層致密的堿性保護(hù)膜，從而使其耐堿性能得到改善。但礦渣棉質(zhì)輕，使用粉煤灰對(duì)高溫礦渣棉進(jìn)行改性比較麻煩，如果采用定點(diǎn)噴吹粉煤灰，很難保證粉煤灰在礦渣棉表面的均勻性，而通過(guò)逆向粉煤灰氣流進(jìn)行改性，則會(huì)使礦渣棉和粉煤灰一起上升，與未參加反應(yīng)的粉煤灰很難分離，改性效果不佳，改性工藝難以控制。因此本發(fā)明在圓柱體改性室內(nèi)通過(guò)高壓切向給入礦渣棉，由于礦渣棉的給料壓力大，流速高，經(jīng)過(guò)粉煤灰給料口產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓和本身吹入壓力下，粉煤灰會(huì)均勻的帶入改性室內(nèi)與礦渣棉混合，未及時(shí)吸附于礦渣棉表面的粉煤灰會(huì)進(jìn)入圓柱體改性室進(jìn)一步反映，通過(guò)控制改性室的溫度，可以保持礦渣棉在與粉煤灰反應(yīng)時(shí)的表面的活性。粉煤灰質(zhì)較改性后的礦渣棉輕，在重力和離心力的作用下，改性后的礦渣棉會(huì)沿圓柱體改性室內(nèi)壁進(jìn)入底部的錐形區(qū)域，從底端排出，而多余的粉煤灰會(huì)在圓柱體改性室內(nèi)形成懸浮體，最終仍沒(méi)有反應(yīng)的粉煤灰進(jìn)入圓柱體改性室中心地區(qū)，多余的粉煤灰從圓柱體改性室上端中央的溢留口排出，循環(huán)利用。本制備原料不僅來(lái)源廣泛，且成本低廉，可變廢為寶。

本發(fā)明用一種懸浮粉煤灰改性礦渣棉包括下述步驟：

一種懸浮粉煤灰改性礦渣棉的方法，其特征在于將剛剛離心成纖的礦渣棉由風(fēng)環(huán)產(chǎn)生的風(fēng)由懸浮改性室上端切向給入懸浮改性室，并在懸浮改性室內(nèi)做離心運(yùn)動(dòng)，懸浮改性室分為上部的圓柱體改性室和下部的圓臺(tái)體物料冷卻排料室，具體步驟如下：

步驟a、將一定量的高爐廢渣加入電弧爐重熔，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，融化充分后，經(jīng)離心輥離心成纖，成纖后的礦渣棉由風(fēng)機(jī)沿切向從圓柱體改性室上端的給礦口給入，圓柱體改性室的溫度控制在600℃～800℃；

步驟b、將一定量的粉煤灰從圓柱體改性室上部端口沿切向方向給入圓柱體改性室，粉煤灰進(jìn)入方向與礦渣棉的進(jìn)入方向同向，粉煤灰給入方向與礦渣棉給入方向成5～175度夾角，懸浮狀態(tài)的粉煤灰在負(fù)壓的作用下和礦渣棉依次進(jìn)入圓柱體改性室內(nèi)；

步驟c，礦渣棉和粉煤灰在重力和切向力的作用下，在圓柱體改性室進(jìn)行充分接觸反應(yīng)，吸附粉煤灰的礦渣棉即為改性礦渣棉，改性礦渣棉經(jīng)由圓柱體改性室進(jìn)入圓臺(tái)體物料冷卻排料室，從圓臺(tái)體物料冷卻排料室下端排出，未與礦渣棉發(fā)生吸附的粉煤灰在內(nèi)場(chǎng)里的作用下，沿圓柱體改性室頂端的上端口排出，重新利用；

所述的礦渣棉的給入速量為4kg/min～5kg/min，給入壓力為0.05mpa～0.15mpa

所述的粉煤灰的給入速量為0.2kg/min～1kg/min，給入壓力為0.01mpa～0.03mpa。

所述的礦渣棉由高爐廢渣生產(chǎn)而來(lái)，其酸度系數(shù)為1.1～1.4，單絲直徑為3μm～7μm，長(zhǎng)度為5cm～20cm，彈性模量為20gpa～30gpa，抗拉強(qiáng)度為30mpa～60mpa。

本發(fā)明所述的粉煤灰化學(xué)成分sio2的含量為45％～65％，al2o3含量為22％～35％。

本發(fā)明所述的粉煤灰成分中sio2、al2o3含量超過(guò)65％，能夠?qū)A性物質(zhì)，如ca(oh)2起到稀釋作用，減緩其對(duì)礦渣棉的腐蝕。本發(fā)明利用壓力差和密度差，在旋流和重力場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)了粉煤灰對(duì)礦渣棉的改型。此外，本發(fā)明所用的原材料都很常見(jiàn)，加工工藝也較為簡(jiǎn)單，材料成本、加工成本低；為礦渣棉增強(qiáng)水泥混凝土材料的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明物料進(jìn)入設(shè)備圓柱體改性室的示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所用礦渣棉原料的sem照片。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1改性礦渣棉的sem照片。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1改性礦渣棉堿蝕7d后的sem照片。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1未性礦渣棉堿蝕7d后的sem照片。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2改性礦渣棉的sem照片。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3改性礦渣棉的sem照片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

本發(fā)明用一種懸浮粉煤灰改性礦渣棉包括下述步驟：

實(shí)驗(yàn)原料：

實(shí)驗(yàn)所用礦渣棉由高爐廢渣生產(chǎn)而來(lái)，其酸度系數(shù)為1.1～1.4，單絲直徑為3μm～7μm，長(zhǎng)度為5cm～20cm，彈性模量為20gpa～30gpa，抗拉強(qiáng)度為30mpa～60mpa。其化學(xué)成分：cao含量30.10％；mgo含量7.80％；al2o3含量15.45％；sio2含量41.74％；fe2o3含量1.39％；tio2含量1.33％；mno含量0.24％；na2o含量0.71％；k2o含量1.02％；s含量0.31％；p含量0.020％。

實(shí)驗(yàn)所用粉煤灰成分：cao含量3.37％；mgo含量0.011％；al2o3含量33.34％；sio2含量51.87％；fe2o3含量3.60％；tio2含量0.82％；mno含量0.044％；na2o含量0.10％；k2o含量0.78％；s含量0.13％。

將剛剛離心成纖的礦渣棉由風(fēng)環(huán)產(chǎn)生的風(fēng)由懸浮改性室上端切向給入，懸浮改性室分為上部的圓柱體改性室和下部的圓臺(tái)體物料冷卻排料室，具體步驟如下：

第一步，將高爐廢渣加入電弧爐重熔，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，融化充分后，經(jīng)離心輥離心成纖，成纖后的礦渣棉由風(fēng)機(jī)沿切向從圓柱體改性室上端的給礦口給入，礦渣棉的給入量為4kg/min，給入壓力為0.1mpa，圓柱體改性室的溫度控制在600℃。

第二步，同時(shí)將粉煤灰從圓柱體改性室上部端口沿切向方向給入圓柱體改性室，粉煤灰進(jìn)入方向與礦渣棉的進(jìn)入方向同向，粉煤灰給入方向與礦渣棉給入方向成135度夾角，懸浮狀態(tài)的粉煤灰在負(fù)壓的作用下和礦渣棉依次進(jìn)入圓柱體改性室內(nèi)，粉煤灰的給入速量為0.2kg/min，給入壓力為0.01mpa。

第三步，礦渣棉和粉煤灰在重力和切向力的作用下，在圓柱體改性室進(jìn)行充分接觸反應(yīng)，吸附粉煤灰的礦渣棉即為改性礦渣棉，改性礦渣棉經(jīng)由圓柱體改性室進(jìn)入圓臺(tái)體物料冷卻排料室，從圓臺(tái)體物料冷卻排料室下端排出，未與礦渣棉發(fā)生吸附的粉煤灰在內(nèi)場(chǎng)里的作用下，沿圓柱體改性室頂端的上端口排出。

本實(shí)施例制備的改性礦渣棉的sem照片見(jiàn)附圖3，在27℃時(shí)，將未改性礦渣棉和改性礦渣棉分別在0.5mo/l的ca(oh)2溶液中浸泡7d，堿蝕7d后改性礦渣棉的sem照片見(jiàn)圖4，未改性礦渣棉的見(jiàn)圖5，由圖4和圖5可以看出，改性礦渣棉在堿溶液中浸泡7d后，表面仍然較光滑，而未改性礦渣棉表面粗糙，堿蝕嚴(yán)重。此條件下改性后的礦渣棉質(zhì)量損失1.07wt％，相比礦渣棉原樣耐堿性能提高了77.80％，其sem照片見(jiàn)圖3。

實(shí)施例2：

實(shí)驗(yàn)原料與實(shí)施例1相同。

將剛剛離心成纖的礦渣棉由風(fēng)環(huán)產(chǎn)生的風(fēng)由懸浮改性室上端切向給入，懸浮改性室分為上部的圓柱體改性室和下部的圓臺(tái)體物料冷卻排料室，具體步驟如下：

第一步，將高爐廢渣加入電弧爐重熔，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，融化充分后，經(jīng)離心輥離心成纖，成纖后的礦渣棉由風(fēng)機(jī)沿切向從圓柱體改性室上端的給礦口給入，礦渣棉的給入量為4.5kg/min，給入壓力為0.08mpa，圓柱體改性室的溫度控制在750℃。

第二步，同時(shí)將粉煤灰從圓柱體改性室上部端口沿切向方向給入圓柱體改性室，粉煤灰進(jìn)入方向與礦渣棉的進(jìn)入方向同向，粉煤灰給入方向與礦渣棉給入方向成135度夾角，懸浮狀態(tài)的粉煤灰在負(fù)壓的作用下和礦渣棉依次進(jìn)入圓柱體改性室內(nèi)，粉煤灰的給入速量為0.3kg/min，給入壓力為0.025mpa。

第三步，礦渣棉和粉煤灰在重力和切向力的作用下，在圓柱體改性室進(jìn)行充分接觸反應(yīng)，吸附粉煤灰的礦渣棉即為改性礦渣棉，改性礦渣棉經(jīng)由圓柱體改性室進(jìn)入圓臺(tái)體物料冷卻排料室，從圓臺(tái)體物料冷卻排料室下端排出，未與礦渣棉發(fā)生吸附的粉煤灰在內(nèi)場(chǎng)里的作用下，沿圓柱體改性室頂端的上端口排出。

本實(shí)施例制備的改性礦渣棉的sem照片見(jiàn)附圖6，在27℃時(shí)，將未改性礦渣棉和改性礦渣棉分別在0.5mo/l的ca(oh)2溶液中浸泡7d，7d后改性礦渣棉的質(zhì)量損失為1.89wt％，相比未改性礦渣棉原樣耐堿性能提高了76.33％。

實(shí)施例3：

實(shí)驗(yàn)原料與實(shí)施例1相同。

將剛剛離心成纖的礦渣棉由風(fēng)環(huán)產(chǎn)生的風(fēng)由懸浮改性室上端切向給入，懸浮改性室分為上部的圓柱體改性室和下部的圓臺(tái)體物料冷卻排料室，具體步驟如下：

第一步，將高爐廢渣加入電弧爐重熔，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，融化充分后，經(jīng)離心輥離心成纖，成纖后的礦渣棉由風(fēng)機(jī)沿切向從圓柱體改性室上端的給礦口給入，礦渣棉的給入量為5kg/min，給入壓力為0.15mpa，圓柱體改性室的溫度控制在650℃。

第二步，同時(shí)將粉煤灰從圓柱體改性室上部端口沿切向方向給入圓柱體改性室，粉煤灰進(jìn)入方向與礦渣棉的進(jìn)入方向同向，粉煤灰給入方向與礦渣棉給入方向成135度夾角，懸浮狀態(tài)的粉煤灰在負(fù)壓的作用下和礦渣棉依次進(jìn)入圓柱體改性室內(nèi)，粉煤灰的給入速量為0.5kg/min，給入壓力為0.03mpa。

第三步，礦渣棉和粉煤灰在重力和切向力的作用下，在圓柱體改性室進(jìn)行充分接觸反應(yīng)，吸附粉煤灰的礦渣棉即為改性礦渣棉，改性礦渣棉經(jīng)由圓柱體改性室進(jìn)入圓臺(tái)體物料冷卻排料室，從圓臺(tái)體物料冷卻排料室下端排出，未與礦渣棉發(fā)生吸附的粉煤灰在內(nèi)場(chǎng)里的作用下，沿圓柱體改性室頂端的上端口排出。

本實(shí)施例制備的改性礦渣棉的sem照片見(jiàn)附圖7，在27℃時(shí)，將未改性礦渣棉和改性礦渣棉分別在0.5mo/l的ca(oh)2溶液中浸泡7d，7d后改性礦渣棉的質(zhì)量損失為2.07wt％，相比未改性礦渣棉原樣耐堿性能提高了76.00％。