專利名稱：一種利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法
技術領域：
本發明屬于無機非金屬材料制備技術領域，具體地說，涉及一種無機礦渣纖維的制備方法，特別涉及一種利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法。
背景技術：
煤渣是工業固體廢物的一種，火力發電廠、工業和民用鍋爐及其他設備燃煤排出的廢渣，又稱爐渣。煤渣的主要化學成分為Si&40 50%、A120330 ;35%、Fe2034 20%、 CaO 1 5%及少量鎂、硫、碳等。其礦物組成主要有鈣長石、石英、莫來石、磁鐵礦和黃鐵礦、大量的含硅玻璃體(Al2O3 · 2Si02)和活性SiO2、活性Al2O3以及少量的未燃煤等。隨著我國工業的發展，每年產生大量的煤渣。在我國，煤渣一直被認為是一種廢渣。煤炭燃燒后產生的煤矸石、煤渣是國內年排放量最大的工業廢棄物。每年排放的煤渣超過億噸，這些煤渣占用大量土地，污染人類生存環境，經雨水沖刷后，大量的流入河道，使河道壅塞狹窄，是河道污染的主要物質之一。而且，其在多風的季節到處漂移，造成空氣環境污染，影響人類健康。因此，如何利用煤渣，變廢為寶，是擺在人們面前的重要課題。國內外對于煤渣的綜合利用，做過相關的探索。總的來說，主要有以下幾種方式(1)煤渣用于建筑業利用煤渣生產空心墻體磚。(2)生產煤渣燒結磚是以煤渣和粘土為原料，經攪拌、成型、焙燒等制成的磚。(3)煤渣陶粒是以煤渣為原料，加入一定量的膠結料和水，經成球、燒結而成的輕骨料。(4)煤渣代替粘土做生產水泥的原料或混合材料。(5)煤渣用于農業。(6)煤渣用于回填。盡管為了利用煤渣做出了種種嘗試，但不可忽略的是，從爐膛中排除的煤渣的大量顯熱均沒有被充分利用。據統計，我國煤渣的溫度在900 1100°C左右，而現在的處理方式大多為自然冷卻或水沖冷卻，這樣大量的熱能就被白白浪費了。粉煤灰是指燃煤(低熱值燃料)鍋爐在燃燒過程中產生的固體顆粒物，包括火和渣。2005年我國燃煤電廠的低熱值電廠產生的粉煤灰量達3. 3億噸，占全國工業固體廢棄物的40%。煤渣，尤其是熱態煤渣的余熱利用一直是冶金和能源工業的重要問題，目前一直沒有很好地做到資源與余熱能源的雙重利用。因此，如何同時對它們進行充分利用，需要經過研究，建立起一套可行的方法，這對提高廢棄物利用效率、充分利用廢棄能源，促進我國的經濟與社會、人與自然的和諧發展，實現資源經濟向循環經濟的跨越具有極其深遠的意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，該方法發生了能質耦合，實現了能量與物質的同時充分利用，具有較好的經濟價值。為了實現上述目的，本發明提供的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，是將所述熱態煤渣與粉煤灰經過固態混勻后，加熱至熔融狀態，得到熔融液，再將所述熔融液制成絲，即得到所述無機礦渣纖維。具體來說，熱態煤渣和粉煤灰的固態物質混勻，加熱至熔融，可在熱態煤渣中加入粉煤灰，通過加熱，并控制溫度與物料組成，從而控制熔融液的黏度與表面張力。其中，所述熱態煤渣的重量百分比為30% 90%。其中，所述粉煤灰的重量百分比為70% 10%。其中，加熱至熔融狀態的溫度為1100°C 1800°C。其中，所述熔融液的黏度控制在0. 5 3. 5Pa · S之間；表面張力控制在250 600N/m 之間。其中，所述熱態煤渣包括火力發電廠、工業和民用鍋爐及其他設備燃煤排出的廢渣中的一種或其混合物。所述熱態煤渣的主要成分包括SW240 50%、Al20320 35%、 Fe2034 20%、CaO 1 5%及少量鎂、硫、碳等。所述熱態煤渣的溫度為900 1100°C。其中，所述粉煤灰包括燃煤電廠、鍋爐等，煤炭燃燒時產生的飛灰、固態殘留物、 廢棄物或它們的混合物。所述粉煤灰的元素組成包括0 40 47%、Si 10 30%、A1 6 24%, Fe 1 20%和 Ca 0 25%。粉煤灰可以作為添加劑對熱態煤渣進行調質，對其起改性作用，兩者發生了能質華禹合。所述的固態混勻，是指在混合裝置中，固態的熱煤渣和粉煤灰進行固態物質間的混合，混勻機制是機械式的，這樣避免出現液固態混合的難題。上述制備方法中，將所述熔融液制成絲是通過噴吹或甩絲制備得到絲，再將所述絲冷卻，即得所述無機礦渣纖維。其中，所述的噴吹是在加壓下(0. 75 1. 5MPa)由多孔噴絲板將所述熔融液噴出成絲，然后將得到的絲冷卻，制得所述無機礦渣纖維。其中，所述的甩絲是將所述熔融液流入甩絲機，在甩絲輥離心力的作用下，根據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礦渣纖維。還可在上述煤渣和粉煤灰的熔融液中加入添加劑。其中，所述添加劑選自耐火磚粉、礬土、高嶺土和石英砂等中的任一種或多種。 這些添加劑具有不同功能，其中耐火磚粉和礬土可以用來制作具有耐火性能的無機礦渣纖維；高嶺土、石英砂等可以用來制備用于建筑外墻保溫的無機礦渣纖維制品。其中，所述添加劑耐火磚粉的用量可以為 10% ；其他添加劑的用量均可以為 30%。根據本發明內容所述方法制得的無機礦渣纖維的直徑優選為0. Olmm IOOmm的范圍，長徑比優選為4 2000 ；主要成分包括040% 65%、Si 13 25%、A1 5% 24%、 Fe 1 15%禾口 Ca 0 8%等。可以理解，本發明諸多技術手段解決了由于工業廢棄物熱態煤渣與粉煤灰的成分各有不同，除制備本發明所述無機礦渣纖維所需要的主要原料和元素外，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礦渣纖維的形貌以及性能的問題，制得的無機礦渣纖維具有較強的柔性和強度；單絲拉伸強度大于60MPa，已超過傳統礦渣棉的強度，比玄武巖纖維略高。并且，使用不同種類的添加劑及用量，可以獲得不同性能與規格的無機礦渣纖維。本發明制得的無機礦渣纖維可制備建筑保溫材料(尤其是高層建筑的外墻保溫、 管道保溫等領域)，工業窯爐的隔熱材料等，部分精選的超細纖維還可用于造紙纖維。與有機材料相比，這種纖維制品具有不燃、耐久性好、導熱系數低等優勢；與現有的無機保溫材料制備方法相比，此纖維制備方法簡單易行，實施方便，實現了能量與物質的同時充分利用，從而大幅度降低了生產成本。本發明利用熱態煤渣為主要原料制備無機礦渣纖維，是資源、能源循環與再生利用的新技術，對提高廢棄物利用效率、充分利用廢棄能源、促進我國的經濟與社會、人與自然的和諧發展，實現資源經濟向循環經濟的跨越具有極其深遠的意義。
圖1是本發明實施例所給方法統一的流程圖。圖2是本發明實施例1制備得到的無機礦渣纖維顯微鏡下的形貌照片。圖3是本發明實施例2制備得到的無機礦渣纖維顯微鏡下的形貌照片。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。下述實施例的制備方法流程如說明書附圖中的圖1所示。使用的熱態煤渣均為 火力發電廠、工業和民用鍋爐及其他設備燃煤排出的廢渣中的一種或其混合物，主要成分包括Si&40 50%、A120320 ；35%、!^2034 20%、Ca0 1 5%及少量鎂、硫、碳等。熱態煤渣的溫度為900 1100°C。使用的粉煤灰包括燃煤電廠、鍋爐等，煤炭燃燒時產生的飛灰、固態殘留物、廢棄物或它們的混合物。元素組成包括0 40 47%、Si 10 30%、Al 6 24%、！^e 1 20%禾口 Ca 0 25%。實施例1將重量百分比為70%的熱態煤渣和30%的粉煤灰在混合裝置中進行固態混合， 機械混勻后，加入到溫度為1600°C的熔化電阻爐中，待完全熔化后，使熔融液流入甩絲機， 在甩絲輥離心力的作用下，得到無機礦渣纖維，同時噴吹壓縮空氣冷卻得到纖維，此纖維顯微鏡下形貌如圖2所示。纖維平均直徑為6. 4 μ m，單絲拉伸強度為65MPa。實施例2采用和實施例1相同的制備方法，其區別在于，熱態煤渣在混合物中的重量百分比為50%，最后得到的無機礦渣纖維形貌如圖3所示。纖維平均直徑為5. 6 μ m，單絲拉伸強度為75MPa。實施例3采用和實施例1相同的制備方法，其區別在于，熔化電阻爐的溫度為1550°C，并在 1.2MI^噴吹的條件下，使用多孔噴絲機將熔融液噴制成絲，冷卻后獲得無機礦渣纖維。纖維平均直徑為5. 2 μ m。
實施例4將重量百分比為90%的熱態煤渣和重量百分比為10%的粉煤灰在混合裝置中進行固態混合，機械混勻后，加入到溫度為1450°C的熔化電阻爐中，熔化后，使熔融液流入甩絲機，在甩絲輥離心力的作用下，得到無機礦渣纖維，同時噴吹壓縮空氣冷卻得到纖維。纖維平均直徑為6. 0 μ m。實施例5將重量百分比為30%的熱態煤渣和重量百分比為70%的粉煤灰在混合裝置進行固態混合，機械混勻后，加入到溫度為1550°C的熔化電阻爐中，熔化后，使熔融液從爐中流出，使用多孔噴絲機，在1. OMPa的高壓空氣下噴吹形成無機礦渣纖維。纖維平均直徑為 6. 0 μ m0實施例6使用重量百分比為60%的熱態煤渣、30%的粉煤灰和10%的高嶺土，在混合裝置進行固態混合，機械混勻后，加入到溫度為1500°C的熔化爐中，溶化后進入多孔噴絲機，在 1. 2MPa的高壓空氣下噴吹形成無機礦渣纖維。纖維平均直徑為5. 8 μ m。本發明實施例利用熱態煤渣和粉煤灰制備得到了性能優良的無機礦渣纖維。此纖維直徑在4 8 μ m之間，復合國家標準中對于礦物棉單絲直徑的要求。纖維還具有優良的力學性能，單絲拉伸強度大于60MPa，已超過傳統礦渣棉的強度，比玄武巖纖維略高。
權利要求
1.一種利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于將所述熱態煤渣與粉煤灰經過固態混勻后，加熱至熔融狀態，得到熔融液，再將所述熔融液制成絲，即得到所述無機礦渣纖維。
2.如權利要求1所述的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于所述熱態煤渣的重量百分比為30% 90% ；所述粉煤灰的重量百分比為70% 10%。
3.如權利要求1或2所述的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于，加熱至熔融狀態的溫度為1100°c 1800°C。
4.如權利要求1或2所述的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于，所述熱態煤渣的成分包括:Si0240 50%,A120320 35%,Fe2034 20%和CaO 1 5%。
5.如權利要求1或2所述的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于，所述粉煤灰的元素組成包括0 40 47%、SilO 30%、A1 6 24%、Fe 1 20%和Ca 0 25%。
6.如權利要求書1或2所述的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于，所述將熔融液制成絲的方法為噴吹或甩絲；其中噴吹時的壓力為0. 75 1. 5兆帕。
7.如權利要求書1或2所述的利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法，其特征在于，在所述熔融液還包含添加劑，所述添加劑選自耐火磚粉、礬土、高嶺土和石英砂中的任一種或多種。
8.根據權利要求書1或2所述方法制得的無機礦渣纖維，其特征在于，所述無機礦渣纖維的直徑為0. Olmm 100mm，比徑為4 2000 ；元素成分包括0 40% 65%、Si 13 25%, Al 5% 24%、Fel 15%禾口 Ca 0 8%。
全文摘要
本發明提供了一種利用熱態煤渣制備無機礦渣纖維的方法。該方法是將所述熱態煤渣與粉煤灰經過固態混勻后，加熱至熔融狀態，得到熔融液，再將所述熔融液制成絲，即得到所述無機礦渣纖維。該發明的優點是方法簡單易行，實施方便，制得的無機礦渣纖維具有較強的柔性和強度，實現了能量與物質的同時充分利用，從而大幅度降低了生產成本，能耗低、無污染，最大程度的實現資源的循環和高效利用，在具有廣闊的應用前景的同時，還具有積極的社會意義和環境意義。
文檔編號C03B37/00GK102276141SQ20111017121
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月23日 優先權日2011年6月23日
發明者劉麗麗, 張作泰, 王習東, 王景峰, 趙大偉 申請人:北京大學