專(zhuān)利名稱(chēng)：固體廢棄物赤泥超細(xì)纖維及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用固體廢棄物制造超細(xì)纖維的方法，特別涉及 利用高堿性的廢棄赤泥制備超細(xì)纖維的工藝方法。
技術(shù)背景我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)機(jī)固態(tài)殘留物、廢棄物及建筑垃圾等， 統(tǒng)稱(chēng)為無(wú)機(jī)固廢物，每年排放量達(dá)億噸之多。如，被稱(chēng)為赤泥的固 廢物，來(lái)自以高含量的鋁礦物為原料提煉生產(chǎn)鋁粉或氫氧化鋁后余留下的大量淺紅色殘?jiān)邚?qiáng)堿性，pH值在13 14，其中以苛性 鈉(NaOH)為代表的堿性混合物含量高于10%。典型的赤泥元素測(cè) 定值為氧(0) 36.6%、鈉(Na) 9. 1%、鐵(Fe) 9. 3%，鈣(Ca) 11. 9 %，鋁(Al)16. 1%，硅(Si) 11.7%,其余為微量的K、 Ti等。 以這種高堿性的混雜無(wú)機(jī)化合物為土壤基質(zhì)的環(huán)境，不適合于植物 生長(zhǎng)、也不亦微生物生長(zhǎng)，長(zhǎng)期堆放浪費(fèi)土地并造成生態(tài)惡化，且 污染水源及環(huán)境。如果能采用特殊的加工技術(shù)，充分利用其中有用 組份，仍有其循環(huán)應(yīng)用價(jià)值。但是，赤泥因含強(qiáng)堿性組份，與通常 的礦渣、玄武巖、粉煤灰等不同，不能直接應(yīng)用于制磚、水泥、鋪 路，并因高腐蝕性造成提煉其中有用的元素或組份需要花費(fèi)昂貴的 代價(jià)。因此，赤泥除了屯積堆放，占用土地、污染水源，至今無(wú)法 獲得有價(jià)值的應(yīng)用。本發(fā)明要解決的問(wèn)題是，通過(guò)一種較經(jīng)濟(jì)的方法，改造赤泥的 高堿性特點(diǎn)，并通過(guò)組份調(diào)配使赤泥轉(zhuǎn)變成能夠滿(mǎn)足制造超細(xì)纖維 的原料，再通過(guò)適當(dāng)?shù)母邷厝刍涂刂瞥衫w相結(jié)合的工藝，使赤泥 不僅在化學(xué)性質(zhì)上"變性"，在物理形態(tài)上也"變身"，從高堿性的、無(wú)序的廢棄物狀態(tài).變成低堿性的、有序的超細(xì)纖維，實(shí)現(xiàn)赤 泥作為再生資源的利用。當(dāng)赤泥超細(xì)纖維具一定的細(xì)度和長(zhǎng)度時(shí)， 通過(guò)實(shí)施各種表面處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用，如制作紙漿、制備 保溫隔音隔熱材料和節(jié)能墻體材料、制造輕質(zhì)阻燃建筑屋內(nèi)吊頂、 制造纖維增強(qiáng)樹(shù)脂的復(fù)合材料、工業(yè)過(guò)濾材料，用于改善國(guó)產(chǎn)瀝青 低溫開(kāi)裂高溫軟化的低劣性能等。充分利用這樣的無(wú)機(jī)固廢物作為 再循環(huán)資源，這將為社會(huì)帶來(lái)不可估量的效應(yīng)，有著明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià) 值和社會(huì)意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題是公開(kāi)一種廢棄物赤泥改性的方 法，以及用改性赤泥制備一種表面低堿性、具一定直徑和長(zhǎng)度、強(qiáng)度 的超細(xì)纖維，以發(fā)揮赤泥的應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明的技術(shù)原理是先進(jìn)行化學(xué)改性，通過(guò)使用酸性物質(zhì)與 赤泥中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，使赤泥的pH值降低；再進(jìn)行物理 改性，通過(guò)添加組份調(diào)配劑，提高赤泥的氧化硅含量，使之具備成纖 的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組份條件；然后在加工助劑包括助流劑、增白劑的作用 下，赤泥混合物料在高溫下成為熔體；接著，熔體在流動(dòng)狀態(tài)下同時(shí) 經(jīng)歷高速切線運(yùn)動(dòng)和降溫過(guò)程，快速定型成為超細(xì)纖維；進(jìn)一步經(jīng)冷 卻和表面處理，制造成適合各種應(yīng)用的超細(xì)纖維。' 本發(fā)明的方法包括如下步驟在工業(yè)廢棄物赤泥中添加入中和劑，攪拌反應(yīng)后，加入組份調(diào)配 劑、助流劑、增白劑，拌和均勻后，物料通過(guò)計(jì)量均勻地連續(xù)輸入到 管式熔化爐中，高溫下轉(zhuǎn)變成熔融態(tài)，控制料液熔體的粘度，經(jīng)流道 連續(xù)輸出，下落至高速輥輪進(jìn)行離心甩絲，然后噴灑冷卻劑，再?lài)姙?表面涂覆劑，制得赤泥超細(xì)纖維。所說(shuō)的中和劑為無(wú)機(jī)中和劑或/和有機(jī)中和劑，無(wú)機(jī)中和劑和有 機(jī)中和劑的總量以廢棄物赤泥的總重量計(jì)為3~8%;無(wú)機(jī)中和劑為具酸性的無(wú)機(jī)化合物，選自鹽酸、磷酸、硫酸、高'氯酸中的一種或其混合物，最優(yōu)選的無(wú)機(jī)中和劑為鹽酸；有機(jī)中和劑為帶酸性的有機(jī)化合物，選自甲酸、乙酸、乙二酸、 對(duì)甲苯磺酸中的一種或其混合物，最優(yōu)選的有機(jī)中和劑為乙酸。所說(shuō)的組份調(diào)配劑選自含硅無(wú)機(jī)化合物或混合物，包括硅灰石、 硅藻土、石英砂、珍珠巖、膨潤(rùn)土中的一種或其混合物，最優(yōu)選的調(diào) 配劑為硅藻土；調(diào)配劑總量以赤泥的總重量計(jì)為10~25%;所說(shuō)的助流劑選自滑石、海泡石、凹凸棒石中的一種或其混合 物；最優(yōu)選的助流劑為滑石；助流劑總量以赤泥的總重量計(jì)為1 5%;所說(shuō)的增白劑選自鈦白粉、立德粉、重晶石中的一種或其混合 物，最優(yōu)選的增白劑為鈦白粉；鈦白粉總量以赤泥的總重量計(jì)為0.5 ~ 3%;上述各種添加劑，天然礦石類(lèi)型的均可采用原始礦石，無(wú)需經(jīng)過(guò)提純加工；合成化合物類(lèi)型的均可采用工業(yè)級(jí)的，無(wú)需高純度級(jí)別。 所說(shuō)的冷卻劑選自酸性稀溶液，包括醋酸稀溶液、鹽酸稀溶液、硫酸稀溶液、磷酸稀溶液中的一種或其混合物，最優(yōu)選的冷卻劑為醋酸稀溶液；稀溶液的重量百分濃度小于1%;冷卻劑可以循環(huán)使用； 所說(shuō)的表面涂覆劑選自高分子乳液，包括聚丙烯酸膠乳液、聚醋酸乙烯酯膠乳液、丁苯膠乳液、聚二甲基硅烷硅油乳液中的一種或其混合物；表面涂覆劑可以循環(huán)使用；可根據(jù)目標(biāo)纖維產(chǎn)物的用途不同，選擇噴灑不同的表面涂覆劑，以滿(mǎn)足后續(xù)應(yīng)用的要求。例如赤泥超細(xì)纖維用作造紙時(shí)，最優(yōu)選聚醋酸乙烯酯膠乳作涂覆劑；赤泥超細(xì)纖維用作吸附材料、過(guò)濾材料時(shí)，最優(yōu)選聚丙烯酸膠乳作涂覆劑；赤泥超細(xì)纖維用作隔熱、隔音、保溫、保冷時(shí)，最優(yōu)選丁苯膠乳; 赤泥超細(xì)纖維用作絕緣材料時(shí)、最優(yōu)選聚二甲基硅垸硅油乳液。 所說(shuō)的工業(yè)廢棄物赤泥包括干態(tài)赤泥和濕態(tài)赤泥，優(yōu)選干態(tài)赤泥。 在本發(fā)明技術(shù)方案中，組份調(diào)配后的赤泥物料輸入到熔化爐中不需要造粒，呈粉狀的、粒狀的、塊狀的物料，均可直接加入熔化爐中熔融。在本發(fā)明技術(shù)方案中，熔化爐采用連續(xù)的管道式結(jié)構(gòu)的熔化爐。 在本發(fā)明技術(shù)方案中，熔化溫度為1100 140(TC，最優(yōu)選的溫度 為1200~1300°C。在本發(fā)明技術(shù)方案中，成纖方式采用4個(gè)輥輪并列成兩排在高速 旋轉(zhuǎn)下離心甩絲的方式。按照本發(fā)明技術(shù)所制得的赤泥超細(xì)纖維直徑為2 8um，長(zhǎng)度為 1 13cm。在最優(yōu)選的工藝條件中所制得的赤泥超細(xì)纖維直徑為3 5u m，長(zhǎng)度為8 13cm;濕纖維表面的pH值為8 9;纖維收率70 85%。 本發(fā)明技術(shù)將固體廢棄物赤泥進(jìn)行改性和調(diào)配，再成纖，賦予赤 泥以超細(xì)纖維的形式出現(xiàn)，所采用的各種添加劑原料均為價(jià)格低廉的 原礦物或無(wú)機(jī)物，其造價(jià)較低。赤泥超細(xì)纖維在制造紙漿材料、隔絕 性材料、吸脫附材料、復(fù)合板材料等方面有很好的用途。本發(fā)明技術(shù) 使赤泥走上循環(huán)利用之路，可節(jié)省一部分自然資源，其經(jīng)濟(jì)意義是顯 而易見(jiàn)的。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1取來(lái)自焦作的赤泥100份(按重量計(jì)，后述相同)，加入3.6%(重 量含量，后述相同)鹽酸水溶液120份、3%甲酸水溶液10份，攪 拌10分鐘后，沉淀、移除面層水份；加入硅灰石粉料20份、滑石粉 料3份、鈦白粉1份，拌和均勻后，經(jīng)計(jì)量裝置均勻地連續(xù)輸入到管 式熔化爐中，溫度達(dá)到115(TC后，維持10分鐘，放料，熔體下落到 正在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的兩排4輥輪機(jī)上甩出成纖；在距離輥輪機(jī)5米處履帶 輸送纖維處，用O. 1%醋酸水溶液IOOO份噴淋纖維，接著在距離輥 輪機(jī)8米處噴灑固含量為5%的聚醋酸乙烯酯膠乳液80份；收集纖 維。測(cè)定纖維的平均直徑為4ym，長(zhǎng)度為8 13cm，用精密pH試紙測(cè) 得濕纖維表面pH值為8.2;纖維收率79%。 所得纖維適合于制造紙漿。實(shí)施例2取來(lái)自焦作的赤泥100份(按重量計(jì)，后述相同)，加入4% (重 量含量，后述相同)磷酸水溶液100份、3%乙酸水溶液10份，攪 拌10分鐘后，沉淀、移除面層水份；加入石英砂15份、海泡石粉料 2份、立德2份，拌和均勻后，經(jīng)計(jì)量裝置均勻地連續(xù)輸入到管式熔 化爐中，溫度達(dá)到125(TC后，維持10分鐘，放料，熔體下落到正在 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的兩排4輥輪機(jī)上甩出成纖；在距離輥輪機(jī)5米處履帶輸送 纖維處，用0. 1%鹽酸水溶液1000份噴淋纖維，接著在距離輥輪機(jī)8 米處噴灑固含量為5%的聚丙烯酸乳液80份；收集纖維。測(cè)定纖維的平均直徑為5um，長(zhǎng)度為5 10cm，用精密pH試紙測(cè) 得濕纖維表面pH值為8. 6;纖維收率76%。所得纖維適合于制造過(guò)濾、吸附材料。實(shí)施例3取來(lái)自焦作的赤泥100份(按重量計(jì)，后述相同)，加入3% (重
量含量，后述相同)高氯酸水溶液80份、3%乙二酸水溶液30份，攪拌10分鐘后，沉淀、移除面層水份；加入膨潤(rùn)土25份、凹凸棒土5份、重晶石粉料3份，拌和均勻后，經(jīng)計(jì)量裝置均勻地連續(xù)輸入到管式熔化爐中，溫度達(dá)到135(TC后，維持10分鐘，放料，熔體下落到正在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的兩排4輥輪機(jī)上甩出成纖；在距離輥輪機(jī)5米處履帶輸送纖維處，用0. 1%磷酸水溶液1000份噴淋纖維，接著在距離輥輪機(jī)8米處噴灑固含量為5%的丁苯膠乳80份；收集纖維。
測(cè)定纖維的平均直徑為8um，長(zhǎng)度為3 8cm，用精密pH試紙測(cè)得濕纖維表面pH值為8.4;纖維收率83%。所得纖維適合于制造隔音、隔熱材料。
實(shí)施例4
取來(lái)自焦作的赤泥100份(按重量計(jì)，后述相同)，加入8% (重量含量，后述相同)硫酸水溶液90份、3%對(duì)甲苯磺酸水溶液20份，攪拌10分鐘后，沉淀、移除面層水份；加入珍珠巖10份、凹凸棒土4份、重晶石粉料3份，拌和均勻后，經(jīng)計(jì)量裝置均勻地連續(xù)輸入到管式熔化爐中，溫度達(dá)到138(TC后，維持10分鐘，放料，熔體下落到正在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的兩排4輥輪機(jī)上甩出成纖；在距離輥輪機(jī)5米處履帶輸送纖維處，用0. 1%硫酸水溶液1000份噴淋纖維，接著在距離輥輪機(jī)8米處噴灑固含量為5%的的聚二甲基硅烷硅油乳液80份;收集纖維。
測(cè)定纖維的平均直徑為6ym，長(zhǎng)度為1 9cm，用精密pH試紙測(cè)得濕纖維表面pH值為8. 8;纖維收率73%。所得纖維適合于制造絕緣材料。
權(quán)利要求
1. 一種以赤泥為原料制造超細(xì)纖維的方法，其特征在于，包括如下步驟在工業(yè)廢棄物赤泥中加入中和劑進(jìn)行反應(yīng)，再加入調(diào)配劑、助流劑、增白劑，拌和后物料連續(xù)輸入到管式高溫熔化爐中，熔融后放料，熔體連續(xù)輸出下落至高速輥輪機(jī)經(jīng)歷離心甩絲成纖，然后噴灑冷卻劑，再?lài)姙⒈砻嫱扛矂?，制得赤泥超?xì)纖維。所說(shuō)的中和劑為無(wú)機(jī)中和劑或/和有機(jī)中和劑，無(wú)機(jī)中和劑選自鹽酸、磷酸、硫酸、高氯酸中的一種或其混合物；有機(jī)中和劑選自甲酸、乙酸、乙二酸、對(duì)甲苯磺酸中的一種或其混合物；無(wú)機(jī)中和劑和有機(jī)中和劑的總量以赤泥的總重量計(jì)為3～8％；所說(shuō)的調(diào)配劑選自硅灰石、硅藻土、石英砂、珍珠巖、膨潤(rùn)土中的一種或其混合物，調(diào)配劑總量以赤泥的總重量計(jì)為10～25％；所說(shuō)的助流劑選自滑石、海泡石、凹凸棒石中的一種或其混合物，助流劑總量以赤泥的總重量計(jì)為1～5％；所說(shuō)的增白劑選自鈦白粉、立德粉、重晶石中的一種或其混合物，增白劑總量以赤泥的總重量計(jì)為0.5～3％；所說(shuō)的冷卻劑選自醋酸稀溶液、鹽酸稀溶液、硫酸稀溶液、磷酸稀溶液中的一種或其混合物，稀溶液的重量百分濃度小于1％，冷卻劑循環(huán)使用；所說(shuō)的表面涂覆劑選自聚醋酸乙烯酯膠乳液、聚丙烯酸膠乳液、丁苯膠乳液、聚二甲基硅烷硅油乳液中的一種或其混合物，表面涂覆劑循環(huán)使用。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說(shuō)的工業(yè)廢棄物 赤泥包括干態(tài)赤泥和濕態(tài)赤泥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥物料直接輸入到熔化爐中不需要造粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥物料在1100 1400°C條件下熔融。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥熔體成纖采 用4個(gè)輥輪并列成兩排在高速旋轉(zhuǎn)下離心甩絲方式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所制得的赤泥超 細(xì)纖維直徑為2 8 ii m，長(zhǎng)度為1 13cm;濕纖維表面的pH值為8 9; 纖維收率70 85%。
全文摘要
一種利用工業(yè)廢棄物赤泥制造超細(xì)纖維的工藝方法，包括如下步驟在工業(yè)廢棄物赤泥中加入反應(yīng)劑進(jìn)行中和反應(yīng)，再加入調(diào)配劑、助流劑、增白劑，拌和后物料連續(xù)輸入到管式高溫熔化爐中，熔融后放料，熔體連續(xù)輸出流經(jīng)高速輥輪進(jìn)行離心甩絲，然后噴灑冷卻劑，再?lài)姙⒈砻嫱扛矂频贸嗄喑?xì)纖維。本發(fā)明的制造方法適合于工業(yè)化生產(chǎn)，本發(fā)明賦予廢棄物赤泥以超細(xì)纖維的功能性，可實(shí)施各種應(yīng)用，如制作紙漿、制備保溫隔音隔熱材料和節(jié)能墻體材料、制造輕質(zhì)阻燃建筑屋內(nèi)吊頂、工業(yè)過(guò)濾材料等，有著明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。
文檔編號(hào)B09B3/00GK101519272SQ200910048598
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者王彥華, 陳建定 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)