專利名稱：一種利用工業(yè)尾礦的無機纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機纖維材料領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵尾礦或銅尾礦等工業(yè)廢棄物在高溫下熔化制備的無機纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
無機纖維材料被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如用于隔熱或隔音層，用作建筑材料的增強纖維，用作造紙原料，用作車輛剎車片等摩擦材料。用于制備無機纖維的原料來源較廣泛，其產(chǎn)品包括玻璃纖維、巖棉、礦棉、玻璃棉等等。利用粉煤灰、赤泥、玄武巖、鋼渣、礦渣等為原料制備無機纖維已有較多應(yīng)用，并有專利報道，但利用鐵尾礦或銅尾礦制備無機纖維材料未見之專利報道。尾礦資源巨大，有大量的堆積，近年的排放量也不斷增長，如果不加以利用，實現(xiàn)資源化，會造成巨大的環(huán)境問題和安全問題，也浪費了寶貴的資源。以往的填埋、覆蓋等處理方法不能從根本上解決尾礦所帶來的環(huán)境和社會問題，在筑路、建材、陶瓷等領(lǐng)域的利用，也不能實現(xiàn)尾礦價值的理想發(fā)揮，如何實現(xiàn)尾礦的綜合利用，實現(xiàn)尾礦產(chǎn)品的高附加值倍受關(guān)注。工業(yè)尾礦，如鐵尾礦(鐵尾礦的主要化學(xué)成分可參見鞍本地區(qū)選鐵尾礦資源現(xiàn)狀與利用前景，岳鐵兵，礦產(chǎn)保護與利用，2011年12月第6期)、銅尾礦(銅尾礦多元素的主要化學(xué)成分可參見赤峰銅礦尾礦的綜合利用，王蘋，董風(fēng)芝，金屬礦山，2010年第3期) 等的主要成分為Si02、A1203、CaO, Na2O, MgO, Fe2O3> B2O3等，利用工業(yè)尾礦為主要原料，將其制備成纖維材料是實現(xiàn)尾礦高附加值綜合利用的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用工業(yè)尾礦的無機纖維及其制備方法，以使尾礦獲得高附加值的利用，同時實現(xiàn)擴大無機纖維制備原料來源的目的，解決尾礦所帶來的環(huán)境和社會問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的—種利用工業(yè)尾礦的無機纖維，按重量百分比計，其原料組成為工業(yè)尾礦30_80wt %，輔助組分0_20wt %，焦炭或煤20_40wt %，助劑為工業(yè)尾礦的0. 2-10wt%，表面處理劑為工業(yè)尾礦的0. l-5wt%。所述利用工業(yè)尾礦的無機纖維，按重量百分比計，其原料組成優(yōu)選為工業(yè)尾礦50_70wt%，輔助組分I-IOwt %，焦炭或煤25_35wt%，助劑為工業(yè)尾礦的0. 5-5wt%，表面處理劑為工業(yè)尾礦的0. 2-2wt%。本發(fā)明中，各組成部分的作用如下(1)工業(yè)尾礦鐵尾礦、銅尾礦等工業(yè)尾礦中含有較多的Si02、Al203等成分，是玻璃纖維的主要組成成分，通過高溫熔化，可以在微觀結(jié)構(gòu)中形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)，是纖維形成的基本組成。(2)輔助組分
輔助組分主要用來調(diào)整成分中的氧化硅、氧化鋁、氧化鈣等組分的百分含量，使之具有良好的成纖條件，或者調(diào)整熔融體的粘度，也可以起到調(diào)整纖維的強度等性能的作用。⑶焦炭或煤焦炭或煤主要作用是提供尾礦熔融所需熱量。(4)助劑助劑主要是起到降低熔融溫度，或者是調(diào)整熔融體粘度，或者是改善尾礦纖維的韌性，或者是降低纖維的脆性，或者是改善纖維強度等作用。(5)表面處理劑表面處理劑主要作用是改變纖維的表面性質(zhì)，防止水或水汽滲入，或者是冷卻纖維，或者是增加纖維的韌性，或者是降低其脆性，或者是促進礦物質(zhì)從纖維表面的溶解，或者是促進纖維表面的軟化，或者是使纖維相互有一定的膠結(jié)能力等。所述的工業(yè)尾礦為鐵尾礦、銅尾礦中的一種或兩種。所述的輔助組分選自可以提供Si02、Ca0、Mg0、N￡i20、K20、Al203、403、P205中的一種或一種以上氧化物成分的組分；所述的輔助組分選自石英砂、砂巖、石英巖、石灰石、石灰、方解石、白堊、白云石、 菱鎂石、純堿、氫氧化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鉀、硝酸鉀、磷酸鈉、磷酸鈣、磷酸鋁、長石、臘石、氧化鋁、氫氧化鋁、硼酸、硼砂、硼鎂石、硅鈣硼石中的一種或一種以上；所述的助劑為無機助劑和/或有機助劑；無機助劑為螢石、氟硅酸鈉、磷酸鋁、碳酸鋇、硫酸鋇、硫酸銨、氧化鋯中的一種或一種以上；有機助劑為烷基酸鋇、烷基酸鈣、烷基酸鋅、烷基酸鈉、烷基酸鎂中的一種或一種以上。所述的表面處理劑為含硅表面活性劑、離子型表面活性劑、醇類聚合物的水溶液、 酰胺或酰胺類聚合物、酸溶液、水溶性聚氨酯、纖維素醚中的一種或一種以上；所述的含硅表面活性劑選自硅油、乳化甲基硅油、烷基改性硅油、苯基改性硅油、 聚醚改性硅油、含氧硅油乳液中的一種或一種以上；所述的離子型表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、油酰氨基酸鈉、磷酸鈉中的一種或一種以上；所述的醇類聚合物水溶液選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛中的一種或一種以上；所述的酰胺或酰胺類聚合物水溶液選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、聚丙烯酰胺中的一種或一種以上；所述的酸溶液選自鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸、檸檬酸、水楊酸、聚丙烯酸水溶液中的一種或一種以上；上述利用工業(yè)尾礦的無機纖維的制備方法，將工業(yè)尾礦中加入必要的輔助組分以及焦炭或煤，并加入必要的助劑，經(jīng)充分混合并造粒后，造粒粒徑為l-15cm，優(yōu)選2-lOcm ； 在沖天爐或池爐中高溫熔制，熔制的溫度為1000°C -1600°C，優(yōu)選1300°C _1550°C，在控制高溫熔體粘度為100-1000泊(優(yōu)選110-600泊)的條件下，利用離心甩絲設(shè)備形成纖維，噴灑表面處理劑，冷卻，獲得無機纖維。所制得的尾礦無機纖維直徑為1_15μπι，長度為 0. 9-20mm,濕纖維表面pH值8_9，纖維收率80-95 %。本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明利用工業(yè)尾礦，加入必要的輔助組分以及焦炭或煤，并加入必要的助劑， 經(jīng)充分混合并造粒后，在沖天爐或池爐中高溫熔制，在控制高溫熔體粘度的條件下，利用離心甩絲設(shè)備形成纖維，并噴灑表面處理劑，冷卻，獲得本發(fā)明無機纖維；本發(fā)明的纖維具有良好功能性，實現(xiàn)了工業(yè)尾礦的高附加值綜合利用，可以廣泛應(yīng)用于隔熱、隔音、保溫絕緣材料、浙青改性、摩擦材料等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景。2、本發(fā)明利用工業(yè)尾礦制備的無機纖維具有阻燃防火、耐腐蝕等優(yōu)點，經(jīng)過表面改性處理，可以用于制備摩擦材料、造紙原料，尤其適用于建筑保溫材料領(lǐng)域。3、本發(fā)明變廢為寶，減少了工業(yè)尾礦對環(huán)境的污染，生產(chǎn)的無機纖維雜質(zhì)少、質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，具有重要的經(jīng)濟、社會與生態(tài)環(huán)保意義。
具體實施例方式實施例1本實施例中，按重量百分比計，利用工業(yè)尾礦無機纖維的原料組成為鐵尾礦 63.5%,石灰石10%，焦炭22%，烷基酸鋅2%，氧化鋯2%，烷基改性硅油0.3%，十二烷基硫酸鈉0. 1%，聚乙二醇0. 1%;將鐵尾礦、石灰石、焦炭、烷基酸鋅、氧化鋯與水混合，水占鐵尾礦、石灰石、焦炭、烷基酸鋅、氧化鋯重量和的15%，利用雙輥造粒機造粒，粒徑為3-5cm， 在沖天爐內(nèi)經(jīng)過1520°C下充分熔制，熔融后的熔體流向四輥離心機，在粘度為450泊時，形成纖維，向形成的纖維上迅速均勻噴灑烷基改性硅油、十二烷基硫酸鈉和聚乙二醇混合水溶液(烷基改性硅油、十二烷基硫酸鈉和聚乙二醇的濃度為30wt% )，獲得鐵尾礦無機纖維。本實施例中，纖維直徑2-8. 5 μ m，長度1. 0-3. 0mm,濕纖維表面pH值8. 5，纖維收率 88%。實施例2本實施例中，按重量百分比計，利用工業(yè)尾礦無機纖維的原料組成為銅尾礦 59. 5%，石灰5%，螢石3%，焦炭，烷基酸鈉2%，硫酸鋇2%，聚醚改性硅油0. 2%， 十二烷基苯磺酸鈉0. 1%，聚乙烯醇0.2%;將銅尾礦、石灰、螢石、焦炭、烷基酸鈉、硫酸鋇與水混合，水占銅尾礦、石灰、螢石、焦炭、烷基酸鈉、硫酸鋇重量和的12%，利用雙輥造粒機造粒，粒徑為24cm，在沖天爐內(nèi)1500°C下熔制，熔融后的熔體流向四輥離心機，在粘度為350 泊時，形成纖維，向纖維上迅速均勻噴灑聚醚改性硅油、十二烷基苯磺酸鈉和聚乙烯醇混合水溶液(聚醚改性硅油、十二烷基苯磺酸鈉和聚乙烯醇的濃度為20wt% )，獲得銅尾礦無機纖維。本實施例中，纖維直徑1. 5-7μπι，長度0. 9-2. 0mm，濕纖維表面pH值8. 8，纖維收率 92%。實施例3本實施例中，按重量百分比計，利用工業(yè)尾礦無機纖維的原料組成為鐵尾礦 31%，銅尾礦31%，白堊10%，焦炭沈.5%，烷基酸鎂0.5%，含氧硅油乳液0.2%，磷酸 0.7%，檸檬酸0. 1% ；將鐵尾礦、銅尾礦、白堊、焦炭、烷基酸鎂與水混合，水占鐵尾礦、銅尾礦、白堊、焦炭、烷基酸鎂重量和的14%，利用雙輥造粒機造粒，粒徑為3-km，在沖天爐內(nèi) 1550°C下熔制，熔融后的熔體流向四輥離心機，在粘度為400泊時，形成纖維，向纖維上迅速均勻噴灑含氧硅油乳液、磷酸和檸檬酸的混合水溶液(含氧硅油乳液、磷酸和檸檬酸的濃度為25wt% )，獲得尾礦無機纖維。本實施例中，纖維直徑1. 0-6 μ m,長度0. 9-1. 5mm，濕纖維比表面pH值8. 2，纖維收率 94%。實施例4與實施例1不同之處在于，本實施例中，按重量百分比計，利用工業(yè)尾礦無機纖維的原料組成為鐵尾礦68 %，石灰5 %，焦炭25 %，磷酸鋁1 %，苯基改性硅油0.5%，聚丙烯酰胺0. 25%，聚丙烯酸0. 25%;將鐵尾礦、石灰石、焦炭、磷酸鋁與水混合，水占鐵尾礦、石灰石、焦炭、磷酸鋁重量和的13%，利用雙輥造粒機造粒，粒徑4-6cm，在沖天爐內(nèi)1600°C下熔制，熔融后的熔體流向四輥離心機，在粘度為350泊時，形成纖維，向纖維上迅速均勻噴灑苯基改性硅油、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的混合水溶液(苯基改性硅油、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸的濃度為25wt% )，獲得尾礦無機纖維。本實施例中，纖維直徑1. 0-5. 0 μ m，長度1. 2-2. 5mm，濕纖維表面pH值8. 0，纖維收率 91%。實施例5與實施例2不同之處在于，本實施例中，按重量百分比計，利用工業(yè)尾礦無機纖維的原料組成為 銅尾礦66 %，石灰石4 %，磷酸鈣0. 5 %，氟硅酸鈉3. 5 %，焦炭25 %，烷基酸鎂 0.5%，纖維素醚0. 1%，聚醚改性硅油0.2%，聚乙二醇0. 1%，檸檬酸0. 1% ；將銅尾礦、石灰石、磷酸鈣、氟硅酸鈉、焦炭、烷基酸鎂與水混合，水占銅尾礦、石灰石、磷酸鈣、氟硅酸鈉、 焦炭、烷基酸鎂重量和的15%，利用雙輥造粒機造粒，粒徑為34cm，在沖天爐內(nèi)1550°C下熔制，熔融后的熔體流向四輥離心機，在粘度為350泊時，形成纖維，向纖維上迅速均勻噴灑纖維素醚、聚醚改性硅油、聚乙二醇和檸檬酸混合水溶液(纖維素醚、聚醚改性硅油、聚乙二醇和檸檬酸的濃度為15wt% )，獲得銅尾礦無機纖維。本實施例中，纖維直徑1. 1-6 μ m，長度1.0-2. 2mm，濕纖維表面pH值8.0，纖維收率 89%。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明的纖維具有良好功能性，實現(xiàn)了工業(yè)尾礦的高附加值綜合利用，可以廣泛應(yīng)用于隔熱、隔音、保溫絕緣材料、浙青改性等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景，尤其適用于建筑保溫材料領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，按重量百分比計，其原料組成為工業(yè)尾礦30-80wt %，輔助組分0-20wt %，焦炭或煤20-40wt %，助劑為工業(yè)尾礦的 0. 2-10wt%，表面處理劑為工業(yè)尾礦的0. l-5wt%。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，按重量百分比計，其原料組成優(yōu)選為工業(yè)尾礦50-70wt%，輔助組分l_10wt%，焦炭或煤25-35wt%，助劑為工業(yè)尾礦的 0. 5-5wt%，表面處理劑為工業(yè)尾礦的0. 2-2wt%。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，工業(yè)尾礦為鐵尾礦、 銅尾礦中的一種或兩種。
4.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，輔助組分選自可以提供Si02、Ca0、Mg0、N￡i20、K20、Al203、B203、P205中的一種或一種以上氧化物成分的組分；所述的輔助組分選自石英砂、砂巖、石英巖、石灰石、石灰、方解石、白堊、白云石、菱鎂石、純堿、氫氧化鈉、硫酸鈉、硝酸鈉、碳酸鉀、硝酸鉀、磷酸鈉、磷酸鈣、磷酸鋁、長石、臘石、 氧化鋁、氫氧化鋁硼酸、硼砂、硼鎂石、硅鈣硼石中的一種或一種以上。
5.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，助劑為無機助劑和/ 或有機助劑；無機助劑為螢石、氟硅酸鈉、磷酸鋁、碳酸鋇、硫酸鋇、硫酸銨、氧化鋯中的一種或一種以上；有機助劑為烷基酸鋇、烷基酸鈣、烷基酸鋅、烷基酸鈉、烷基酸鎂中的一種或一種以上。
6.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，表面處理劑為含硅表面活性劑、離子型表面活性劑、醇類聚合物的水溶液、酰胺或酰胺類聚合物、酸溶液、水溶性聚氨酯、纖維素醚中的一種或一種以上。
7.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維，其特征在于，含硅表面活性劑選自硅油、乳化甲基硅油、烷基改性硅油、苯基改性硅油、聚醚改性硅油、含氧硅油乳液中的一種或一種以上；所述的離子型表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、油酰氨基酸鈉、磷酸鈉中的一種或一種以上；所述的醇類聚合物水溶液選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛中的一種或一種以上；所述的酰胺或酰胺類聚合物水溶液選自丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、聚丙烯酰胺中的一種或一種以上；所述的酸溶液選自鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸、檸檬酸、水楊酸、聚丙烯酸水溶液中的一種或一種以上。
8.按照權(quán)利要求1所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維的制備方法，其特征在于，將工業(yè)尾礦中加入輔助組分以及焦炭或煤，并加入助劑，經(jīng)充分混合并造粒后，造粒粒徑為 l-15cm ；在沖天爐或池爐中高溫熔制，熔制的溫度為1000°C -1600°C，在控制高溫熔體粘度為100-1000泊的條件下，利用離心甩絲設(shè)備形成纖維，噴灑表面處理劑，冷卻，獲得無機纖維。
9.按照權(quán)利要求8所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維的制備方法，其特征在于，造粒粒徑優(yōu)選2-lOcm，熔制的溫度優(yōu)選1300°C _1550°C，高溫熔體粘度優(yōu)選110-600泊。
10.按照權(quán)利要求8所述的利用工業(yè)尾礦的無機纖維的制備方法，其特征在于，所制得的尾礦無機纖維直徑為1-15 μ m,長度為0. 9-20mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及無機纖維材料領(lǐng)域，特別涉及一種利用鐵尾礦或銅尾礦等工業(yè)廢棄物在高溫下熔化制備的無機纖維及其制備方法。按重量百分比計，其原料組成為工業(yè)尾礦30-80％，輔助組分0-20％，焦炭或煤20-40％，助劑為工業(yè)尾礦的0.2-10％，表面處理劑為工業(yè)尾礦的0.1-5％。利用工業(yè)尾礦，加入必要的輔助組分以及焦炭或煤，并加入必要的助劑，經(jīng)充分混合并造粒后，在沖天爐或池爐中高溫熔制，在控制高溫熔體粘度的條件下，利用離心甩絲設(shè)備形成纖維，并噴灑表面處理劑，冷卻，獲得本發(fā)明無機纖維；本發(fā)明的纖維具有良好功能性，實現(xiàn)了工業(yè)尾礦的高附加值綜合利用，可以廣泛應(yīng)用于隔熱、隔音、保溫絕緣材料、瀝青改性等領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景，尤其適用于建筑保溫材料領(lǐng)域。
文檔編號C03B37/00GK102515554SQ20111036229
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者丁向群, 劉燚佳, 李中石, 馬煜喆 申請人:丁向群, 劉燚佳, 李中石, 馬煜喆