CN115140943B - 一种利用钢铁厂固废生产岩棉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用钢铁厂固废生产岩棉的方法，包括：称取钢铁厂固废、石英砂、铝土矿粉和焦炭，再加入改性钛酸钾晶须，得到原料混合物；原料混合物熔化为岩浆；岩浆甩成纤细岩浆；冷却得到岩棉纤维；将粘合剂和其它助剂喷射在岩棉纤维上；形成岩棉棉毡并压制成型；固化，分切，得到岩棉板材。本发明特定的改性钛酸钾晶须在改善岩棉的力学性能尤其是岩棉的抗拉强度和压缩强度中起到了关键作用。

Description

一种利用钢铁厂固废生产岩棉的方法

技术领域

本发明属于无机纤维材料技术领域；涉及一种利用钢铁厂固废生产岩棉的方法。

背景技术

岩棉是以精选的玄武岩或辉绿岩为主要原料，外加一定数量的补助料，经高温熔融离心制成的人造无机纤维。在岩棉纤维中加入适量的粘结剂、憎水剂等外加剂后，经过压制固化可制成岩棉板。岩棉相比于有机保温材料，其所有金属氧化物都为稳定氧化物，防火性能达到A级标准；化学成分稳定，可与建筑寿命同步；生产材料无毒、无污染，安全性能高。

岩棉优异的防火性能和保温性能使其在我国外墙保温体系中得到广泛应用，为了降低成本和提高产品性能，相关学者对建筑保温岩棉的生产方法开展了相关研究。

中国专利申请CN101838104A公开了一种生产岩棉的方法，其原料组成及重量百分数为：煤矸石60～80％、矿渣15～25％、辅助材料5～15％，所述的的辅助材料为萤石、页岩、高岭土或硅藻土中的一种或两种以上；先将煤矸石及辅助材料破碎至粒径5～30mm；然后将原材料按比例计量、混合均匀，1500℃-1800℃熔炼至熔融，再甩丝。该发明为煤矸石的综合利用开辟了一条新途径，同时可降低生产能耗、节省资源，且产品性能优越。

中国专利申请CN109399908A公开了一种环保岩棉，各组分的重量百分比为：玄武岩：50-60％，高炉渣：8-20％，过程废料：8-20％，焦炭：0-12％。该生产方法以岩棉生产过程中产生的过程废料作为制作原料之一，既保证了产品质量，又降低了生产成本，同时省去了对过程废料的处理，另外在生产过程中对金属渣进行收集回收，节约能源，并对产生的废气进行过滤处理，减少了对环境的危害，所制备获得的岩棉质量好、物美价廉，具有广泛的应用前景。

中国专利申请CN104909554A公开了一种热熔矿渣再生岩棉及其生产方法，热熔矿渣再生岩棉适用于工业设备和管道保温绝热，热力设备，热力管道保温绝热以及建筑内外墙保温隔热、隔音、防噪等材料使用。采用炼铁熔炉热熔渣余热1400-1450℃的热渣，通过热渣沟进入高温电阻炉加入石英砂材料进行调整酸度系数MK达1.4-1.8，并调整热熔渣黏度；并通过加入氮气进行搅拌均匀使热熔渣中的各种材料熔化均化，将调制好的热熔液通过耐高温滑板流入高速离心机，进行高速离心机抛棉，并通过除渣处理，制成热熔矿渣再生岩棉，通过自动称重，自动压缩，自动打包机打包成型。

然而，上述生产方法所得岩棉的力学性能尤其是岩棉的抗拉强度和压缩强度仍然不能令人满意。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明目的是提供一种力学性能尤其是岩棉的抗拉强度和压缩强度更好的岩棉生产方法。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：一种利用钢铁厂固废生产岩棉的方法，包括以下步骤：

1)称取钢铁厂固废、石英砂、铝土矿粉和焦炭，四种原料球磨粉碎，再加入改性钛酸钾晶须，混合均匀，得到原料混合物；

2)将原料混合物投入冲天炉中，同时通入预热的氧气；原料混合物在1450-1500℃温度下熔化为岩浆；

3)岩浆导入四辊离心机，离心作用下甩成纤细岩浆；甩棉温度为1320-1400℃；使用流动空气冷却纤细岩浆，得到平均直径为5-7μm的岩棉纤维；

4)将酚醛树脂粘合剂、聚二甲基硅氧烷和硅烷偶联剂KH-550均匀喷射在岩棉纤维上；

5)岩棉纤维在负压抽吸作用下沉降形成初棉带；然后送入摆锤机中，形成多层折叠的均匀岩棉棉毡并压制成型；

6)将岩棉棉毡送入固化炉，通入200-260℃的热风进行固化，分切，得到岩棉板材。

根据本发明所述的方法，其中，钢铁厂固废、石英砂、铝土矿和焦炭的重量比为56-61：14-17：10-14：12-16。

在一个优选的实施方式中，钢铁厂固废、石英砂、铝土矿和焦炭的重量比为58.5：15.5：12：14。

根据本发明所述的方法，其中，所述改性钛酸钾晶须的加入量为所述四种原料的0.5-1.1wt％。

在一个优选的实施方式中，所述改性钛酸钾晶须的加入量为所述四种原料的0.8wt％。

根据本发明所述的方法，其中，所述改性钛酸钾晶须为二氧化硅表面改性的钛酸钾晶须。

根据本发明所述的方法，其中，所述改性钛酸钾晶须由钛酸钾晶须原料与硅酸钠在70-90℃和pH＝8.0-10.0条件保温陈化得到。

在一个优选的实施方式中，所述改性钛酸钾晶须由钛酸钾晶须原料与硅酸钠在80℃和pH＝9.0条件保温陈化得到。

根据本发明所述的方法，其中，钛酸钾晶须原料与硅酸钠的重量比为100：(10-14)。

在一个优选的实施方式中，钛酸钾晶须原料与硅酸钠的重量比为100：12。

根据本发明所述的方法，其中，所述钛酸钾晶须原料的平均直径为0.5-1.0μm，平均长度为20-50μm。

在一个优选的实施方式中，所述钛酸钾晶须原料的平均直径为0.7μm，平均长度为28μm。

根据本发明所述的方法，其中，所述钢铁厂固废的平均化学组成为：CaO 38-43％；SiO₂ 17-22％；Fe₂O₃ 14-18％；Al₂O₃ 5-7％；MgO 4-6％；MnO 3-5％；TiO₂ 1-2％；Cr₂O₃ 0.4-0.8％；V₂O₅ 0.3-0.7％；K₂O 0.05-0.2％；其余为灰分。

在一个优选的实施方式中，所述钢铁厂固废的平均化学组成为：CaO 40.46％；SiO₂ 19.23％；Fe₂O₃ 15.78％；Al₂O₃ 6.35％；MgO 5.18％；MnO 4.02％；TiO₂ 1.37％；Cr₂O₃0.68％；V₂O₅ 0.49％；K₂O 0.12％；其余为灰分。

根据本发明所述的方法，其中，所述铝土矿粉的平均化学组成为：Al₂O₃ 53-60％；SiO₂ 25-32％；TiO₂ 3-5％；Fe₂O₃ 2-4％；CaO 1-2％；MgO 0.2-0.6％；MnO 0.15-0.35％；K₂O0-0.2％；其余为灰分。

在一个优选的实施方式中，所述铝土矿粉的平均化学组成为：Al₂O₃ 56.48％；SiO₂28.32％；TiO₂3.61％；Fe₂O₃ 2.92％；CaO 1.38％；MgO 0.38％；MnO 0.24％；K₂O 0.08％；其余为灰分。

根据本发明所述的方法，其中，基于岩棉纤维重量，酚醛树脂粘合剂、聚二甲基硅氧烷和硅烷偶联剂KH-550的加入量分别为1-2wt％、0.06-0.18wt％和0.02-0.10wt％。

在一个优选的实施方式中，基于岩棉纤维重量，酚醛树脂粘合剂、聚二甲基硅氧烷和硅烷偶联剂KH-550的加入量分别为1.5wt％、0.12wt％和0.06wt％。

不希望局限于任何理论，本发明特定的改性钛酸钾晶须在改善岩棉的力学性能尤其是岩棉的抗拉强度和压缩强度中起到了关键作用。

具体实施方式

必须指出的是，除非上下文另外明确规定，否则如本说明书及所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个/种”和“该/所述”既可包括一个指代物，又可包括多个指代物(即两个以上，包括两个)。

除非另外指明，否则本发明中的数值范围为大约的，并且因此可以包括在所述范围外的值。所述数值范围可在本发明表述为从“约”一个特定值和/或至“约”另一个特定值。当表述这样的范围时，另一个方面包括从所述一个特定值和/或至另一个特定值。相似地，当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时，应当理解，所述特定值形成另一个方面。还应当理解，数值范围中每一个的端点在与另一个端点的关系中均是重要的并独立于另一个端点。

在说明书和最后的权利要求书中提及组合物或制品中特定元素或组分的重量份是指组合物或制品中该元素或组分与任何其它元素或组分之间以重量份表述的重量关系。

在本发明中，除非具体指出有相反含义，或基于上下文的语境或所属技术领域内惯用方式的暗示，否则本发明中提及的溶液均为水溶液；当水溶液的溶质为液体时，所有分数以及百分比均按体积计，且组分的体积百分比基于包含该组分的组合物或产品的总体积；当水溶液的溶质为固体时，所有分数以及百分比均按重量计，且组分的重量百分比基于包含该组分的组合物或产品的总重量。

本发明中提及的“包含”、“包括”、“具有”以及类似术语并不意欲排除任何可选组分、步骤或程序的存在，而无论是否具体公开任何可选组分、步骤或程序。为了避免任何疑问，除非存在相反陈述，否则通过使用术语“包含”要求的所有方法可以包括一个或多个额外步骤、设备零件或组成部分以及/或物质。相比之下，术语“由……组成”排除未具体叙述或列举的任何组分、步骤或程序。除非另外说明，否则术语“或”是指单独以及以任何组合形式列举的成员。

此外，本发明中任何所参考的专利文献或非专利文献的内容都以其全文引用的方式并入本发明，尤其关于所属领域中公开的定义(在并未与本发明具体提供的任何定义不一致的情况下)和常识。

在本发明中，除非另外指明，否则份数均为重量份，温度均以℃表示或处于环境温度下，并且压力为大气压或接近大气压。室温表示20-30℃。存在反应条件(例如组分浓度、所需的溶剂、溶剂混合物、温度、压力和其它反应范围)以及可用于优化通过所述方法得到的产物纯度和收率的条件的多种变型形式和组合。将只需要合理的常规实验来优化此类方法条件。

在本发明中，钢铁厂固废的平均化学组成为：CaO 40.46％；SiO₂ 19.23％；Fe₂O₃15.78％；Al₂O₃ 6.35％；MgO 5.18％；MnO 4.02％；TiO₂ 1.37％；Cr₂O₃ 0.68％；V₂O₅0.49％；K₂O 0.12％；其余为灰分。

铝土矿粉的平均化学组成为：Al₂O₃ 56.48％；SiO₂ 28.32％；TiO₂3.61％；Fe₂O₃2.92％；CaO 1.38％；MgO 0.38％；MnO 0.24％；K₂O 0.08％；其余为灰分。

石英砂以SiO₂为主，纯度为98.6％。

为了对本发明的目的、构思、特征及其功能作进一步地详细解释，兹配合下列实施例和比较例对本发明进行完整、清楚地阐释。显然，下列实施例仅仅是本发明的特定具体实施方式，而不是全部实施方式，本领域普通技术人员在无需付出创造性劳动前提下所获得所有其它实施方式，均落入本发明的保护范围。

实施例1

按照重量比58.5：15.5：12：14，称取钢铁厂固废、石英砂、铝土矿粉和焦炭，四种原料球磨粉碎至10-20目，再加入四种原料重量0.8wt％的改性钛酸钾晶须，并且混合均匀，得到原料混合物。其中，改性钛酸钾晶须按照以下方法制备：将钛酸钾晶须原料(平均直径为0.7μm，平均长度为28μm)按照重量比1：9分散于水中；加热至80℃，搅拌状态下加入水溶液形式存在的基于钛酸钾晶须重量12wt％的硅酸钠；加酸调节pH＝9.0，保温条件下陈化8h。过滤，洗涤，120℃干燥，得到改性钛酸钾晶须。

将原料混合物由箕斗上料机投入冲天炉中，同时通入预热的氧气。原料混合物在1500℃温度下熔化为岩浆。

岩浆由溜槽导入四辊离心机，岩浆在离心作用下甩成纤细岩浆；甩棉温度为1360℃。使用流动空气冷却纤细岩浆，得到平均直径为6μm的岩棉纤维。

基于岩棉纤维重量，将1.5wt％的酚醛树脂粘合剂、0.12wt％的聚二甲基硅氧烷和0.06wt％的硅烷偶联剂KH-550均匀喷射在岩棉纤维上。

岩棉纤维在负压抽吸作用下沉降到集棉机上，形成初棉带；然后送入摆锤机中，形成多层折叠的均匀岩棉棉毡并压制成型。

将岩棉棉毡送入固化炉，通入220℃的热风进行固化，分切，得到岩棉板材。

岩棉板材的密度为74kg/m³；导热系数为0.035W/(mK)；酸度系数为1.72；燃烧性能为A级。

按照国家标准GB/T 25975-2018《建筑外墙外保温用岩棉制品》对岩棉板材的力学性能指标进行测试。岩棉板材的抗拉强度为27.5kPa；压缩强度为87.1kPa。

比较例1

按照重量比58.5：15.5：12：14，称取钢铁厂固废、石英砂、铝土矿粉和焦炭，四种原料球磨粉碎至10-20目，再加入四种原料重量0.8wt％的钛酸钾晶须原料(平均直径为0.7μm，平均长度为28μm)，并且混合均匀，得到原料混合物。

将原料混合物由箕斗上料机投入冲天炉中，同时通入预热的氧气。原料混合物在1500℃温度下熔化为岩浆。

岩浆由溜槽导入四辊离心机，岩浆在离心作用下甩成纤细岩浆；甩棉温度为1360℃。使用流动空气冷却纤细岩浆，得到平均直径为6μm的岩棉纤维。

基于岩棉纤维重量，将1.5wt％的酚醛树脂粘合剂、0.12wt％的聚二甲基硅氧烷和0.06wt％的硅烷偶联剂KH-550均匀喷射在岩棉纤维上。

岩棉纤维在负压抽吸作用下沉降到集棉机上，形成初棉带；然后送入摆锤机中，形成多层折叠的均匀岩棉棉毡并压制成型。

将岩棉棉毡送入固化炉，通入220℃的热风进行固化，分切，得到岩棉板材。

岩棉板材的密度为76kg/m³；导热系数为0.039W/(mK)；酸度系数为1.66；燃烧性能为A级。

按照国家标准GB/T 25975-2018《建筑外墙外保温用岩棉制品》对岩棉板材的力学性能指标进行测试。岩棉板材的抗拉强度为21.9kPa；压缩强度为71.8kPa。

比较例2

按照重量比58.5：15.5：12：14，称取钢铁厂固废、石英砂、铝土矿粉和焦炭，四种原料球磨粉碎至10-20目，并且混合均匀，得到原料混合物。将原料混合物由箕斗上料机投入冲天炉中，同时通入预热的氧气。原料混合物在1500℃温度下熔化为岩浆。

岩浆由溜槽导入四辊离心机，岩浆在离心作用下甩成纤细岩浆；甩棉温度为1360℃。使用流动空气冷却纤细岩浆，得到平均直径为6μm的岩棉纤维。

基于岩棉纤维重量，将1.5wt％的酚醛树脂粘合剂、0.12wt％的聚二甲基硅氧烷和0.06wt％的硅烷偶联剂KH-550均匀喷射在岩棉纤维上。

岩棉纤维在负压抽吸作用下沉降到集棉机上，形成初棉带；然后送入摆锤机中，形成多层折叠的均匀岩棉棉毡并压制成型。

将岩棉棉毡送入固化炉，通入220℃的热风进行固化，分切，得到岩棉板材。

岩棉板材的密度为77kg/m³；导热系数为0.038W/(mK)；酸度系数为1.64；燃烧性能为A级。按照国家标准GB/T 25975-2018《建筑外墙外保温用岩棉制品》对岩棉板材的力学性能指标进行测试。岩棉板材的抗拉强度为22.6kPa；压缩强度为69.5kPa。

此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明的技术方案作出各种改动、替换、删减、修正或调整，这些等价技术方案同样落于本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种利用钢铁厂固废生产岩棉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)称取钢铁厂固废、石英砂、铝土矿粉和焦炭，钢铁厂固废、石英砂、铝土矿和焦炭的重量比为56-61：14-17：10-14：12-16；四种原料球磨粉碎，再加入改性钛酸钾晶须，所述改性钛酸钾晶须的加入量为所述四种原料的0.5-1.1wt％，混合均匀，得到原料混合物；其中，

所述钢铁厂固废的平均化学组成为：CaO 38-43％；SiO₂ 17-22％；Fe₂O₃ 14-18％；Al₂O₃5-7％；MgO 4-6％；MnO 3-5％；TiO₂ 1-2％；Cr₂O₃ 0.4-0.8％；V₂O₅ 0.3-0.7％；K₂O0.05-0.2％；其余为灰分；

所述铝土矿粉的平均化学组成为：Al₂O₃ 53-60％；SiO₂ 25-32％；TiO₂ 3-5％；Fe₂O₃ 2-4％；CaO 1-2％；MgO 0.2-0.6％；MnO 0.15-0.35％；K₂O 0-0.2％；其余为灰分；

所述改性钛酸钾晶须为二氧化硅表面改性的钛酸钾晶须，由钛酸钾晶须原料与硅酸钠在70-90℃和pH＝8.0-10.0条件保温陈化得到；钛酸钾晶须原料与硅酸钠的重量比为100：(10-14)；

2)将原料混合物投入冲天炉中，同时通入预热的氧气；原料混合物在1450-1500℃温度下熔化为岩浆；

3)岩浆导入四辊离心机，离心作用下甩成纤细岩浆；甩棉温度为1320-1400℃；使用流动空气冷却纤细岩浆，得到平均直径为5-7μm的岩棉纤维；

4)将酚醛树脂粘合剂、聚二甲基硅氧烷和硅烷偶联剂KH-550均匀喷射在岩棉纤维上；

其中，基于岩棉纤维重量，酚醛树脂粘合剂、聚二甲基硅氧烷和硅烷偶联剂KH-550的加入量分别为1-2wt％、0.06-0.18wt％和0.02-0.10wt％；

5)岩棉纤维在负压抽吸作用下沉降形成初棉带；然后送入摆锤机中，形成多层折叠的均匀岩棉棉毡并压制成型；

6)将岩棉棉毡送入固化炉，通入200-260℃的热风进行固化，分切，得到岩棉板材。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛酸钾晶须原料的平均直径为0.5-1.0μm，平均长度为20-50μm。