一種熱態高爐渣制礦棉用調質料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種熱態高爐渣制礦棉用調質料及其制備方法，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為：霞石為30-80%，粉煤灰為5-40%，Cr2O3為2-10%，NaNO3為5-20%。該熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，依次包括以下步驟：（1）依質量百分比稱取霞石和粉煤灰，并充分混合，制成混合料A；依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3，并充分混合，制成混合料B；（2）依質量百分比稱取混合料A和混合料B，并充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。本發明具有成本低廉，原料易于獲取、加工；且調質效果顯著，制備的粒狀棉高溫熔體玻璃態良好，成纖率高，成纖品質佳，酸度系數可調等特點。
【專利說明】一種熱態高爐渣制礦棉用調質料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及礦棉生產【技術領域】，具體涉及一種熱態高爐渣制礦棉用調質料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]隨著全球經濟的快速發展，能源緊缺的問題愈加嚴重，節能減排技術成為世界各國的研究熱點。當前，我國能源形勢嚴峻，產品能耗指標過高，主要用能產品的單位產品能耗比發達國家高25?90% (加權平均高40%左右)；其次產值能耗高，我國的產品產值能耗是世界上最高的國家之一，例如每千克油當量的能源，日本企業平均可以創造出10.2美元的產值，中國只能創造出0.7美元，僅為日本的1/15 ;我國單位能源使用產生的GDP，目前只有發達國家平均水平的1/5?1/16左右。與此同時，我國礦產資源和能源的利用率都很低，我國礦產資源總回收率僅為30?50%，比世界平均水平低10?20個百分點；單位產品產值能耗為世界平均水平的2.3倍。這些是造成我國產品生產成本高、企業經濟效益差的重要原因之一。
[0003]作為“環境協調材料”的礦棉制品在傳統工藝的制備過程中生產一噸制品平均需要消耗能源約550公斤標準煤(包括焦、電等)，能耗費用占工廠成本的30%以上，致使礦棉制品的銷售價格高居不下，一般都在2400-3500元/噸(礦棉)以上，成為礦棉制品難以進入建筑市場最為突出的瓶頸問題之一。欲降低礦棉制品的銷售價格的關鍵之一是降低其能耗。雖然通過在傳統工藝上采用一些新技術(如加熱送風、富氧送風等)也能達到節能的目的，但降耗的幅度有限。而屬于硅酸鹽體系的高爐熱態熔渣卻具有很高的溫度(1400?1600°C )，其平均熱焓約為1670MJ/t，屬于高品質的余熱資源，具有很高的回收價值。由于高爐熔渣用途很廣，因此熔渣能量的回收原則是不僅要回收其余熱資源，而且要便于爐渣的再利用，同時不產生環境污染。但目前，國內外高爐熔渣多以水淬法為主，熱量無法回收利用。因此，采用高爐熱態熔渣制備礦棉有利于解決上述【技術領域】中各自存在的問題，實現了礦棉制備過程中的節能降耗和高爐熱態熔渣熱量再利用的有機統一，是當今研究的熱點技術之一。
[0004]熱態熔渣直接產品化是渣處理重心的前移，可以理解為一種“渣冶煉”工藝，其技術難度高于冷態渣處理，但綜合利用效率及產品附加值遠高于冷態渣，將成為冶金渣利用領域的全新課題。熱態熔渣產品開發與應用研究是對傳統渣處理技術的一次突破性嘗試:傳統的渣處理工藝是在常溫狀態下實現渣鐵分離后，再將尾渣加工成建材等產品進行應用；熱態熔渣產品化新工藝則是在高溫狀態下實現這一過程，其綜合能耗降低，產品附加值大幅提升。新裝備、新工藝的采用，在節約資源和能源的同時，可實現經濟效益的最大化，使固廢綜合利用形成良性循環，符合當前國家節能減排政策，具有重要的現實意義。
[0005]熱態高爐渣制礦棉的過程中，需要在熱態高爐渣(1400-1600°C)中添加一定量的調質料改善其理化性能(調質料大致占礦棉組成質量百分比為10-20%)，使高溫熔體滿足礦棉制備的品質要求，目前這方面的研究有限，現有的調質料通常由長石與硅砂、玄武巖、白云石中的一種或幾種混合組成，但該調質料的調質效果一般，尤其是在改善礦棉高溫熔體內部的氣泡、條紋等缺陷，以及玻璃化的生成能力，熔體成纖率，成纖纖維品質，礦棉外觀品質(礦棉纖維的色差大、成色復雜)等方面的調質效果不佳。因此本發明公布了一種熱態高爐渣制礦棉用調質料及其制備方法，該調質料配比具有成本低廉、原料易于加工及獲取，調質效果優異的特點。


【發明內容】

[0006]本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種熱態高爐渣制礦棉用調質料及其制備方法，其不僅具有成本低廉，原料易于獲取、加工，可有效降低調質料生產成本；而且調質效果顯著，制備的礦棉高溫熔體玻璃態良好，成纖率高，成纖品質佳，礦棉外觀品質好，酸度系數可調等特點，可滿足多樣化的市場需求。
[0007]本發明的技術方案是:
一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為30-80%，粉煤灰為5-40%，Cr2O3為2_10%，NaNO3為5_20%。
[0008]礦棉制備過程中，在熱態高爐渣中加入調質料的目的之一是為了調整礦棉的酸度系數，高爐渣的酸度系數約為1.0，為了滿足礦棉酸度系數的要求，需要加入酸性氧化物，主要是S12和Al2O3來調節，使礦棉的酸度系數大于1.1，從而滿足礦棉對酸度系數的要求。同時，調質料的引入有利于降低高爐渣的熔點、使其高溫粘度和高溫電阻降低，強化高爐渣的澄清和均化過程，促進其玻璃化的形成，有利于實現礦棉所需熔體的順利熔化，且有效的降低了熔化過程中的能耗。
[0009]霞石化學成分為KNa3[AlS1J4,晶體屬六方晶系的架狀結構硅酸鹽礦物，通常晶體呈六方短柱狀、厚板狀，集合體呈粒狀或致密塊狀。霞石是含鈉和鉀的鋁硅酸鹽，霞石的晶體一般呈六方柱狀、短柱狀或厚板狀，晶體聚集在一起成粒狀、塊狀。霞石中含Al2O3成分高，鐵質含量低，且比氧化鋁易熔，不但熔融溫度低而且熔融范圍寬，主要用來提高玻璃配料中的Al2O3含量，可以降低礦棉生產中的熔融溫度和增加堿含量，以減少堿的用量，并有利于提高纖維的彈性和化學穩定性。
[0010]粉煤灰是我國當前排量較大的工業廢渣之一，隨著電力工業的發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加；大量的粉煤灰不加處理，就會產生揚塵，污染大氣；若排入水系會造成河流淤塞，并且其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害；而粉煤灰的主要氧化物組成恰好為:Si02、Al2O3,其他為少量的FeO、CaO、T12等，其中Si02、Al2O3組分有利于提高礦棉制品的酸度系數，因而本方案選用粉煤灰作為礦棉用調質料的主要原料之一，不僅有利于提高礦棉制品的酸度系數，而且有利于廢渣(粉煤灰)利用，保護環境，實現了固廢資源的可循環利用，且達到了粉煤灰高附加值利用的目的；相對于粉煤灰作為混凝土的摻合料，礦棉的價格是混凝土 20-30倍，具有積極的意義，將引領相關固廢產業的升級、轉型。
[0011]NaNO3相對分子質量為85.01，熔點為306.8°C，密度為2.257克/立方厘米(20°C時)，為無色透明或白微帶黃色菱形晶體。NaNO3的引入有利于增強高爐渣熱態熔體的玻璃形成能力以及增大礦棉成纖的溫度區間，消除礦棉纖維內部的條紋、結石等內部缺陷；同時起到促進熔融和消色作用，制取的樣品玻璃態良好。因而本方案的礦棉用調質料對礦棉高溫熔體內部的氣泡、條紋等缺陷，以及玻璃化的生成能力，熔體成纖率，成纖纖維品質的調質效果顯著，制備的礦棉高溫熔體玻璃態良好，礦棉成纖率高；高溫熔體內部的氣泡、條紋等缺陷，成纖品質好。
[0012]本方案的Cr2O3 (三氧化二鉻)在礦棉制備過程中主要起到改善礦棉外觀品質的作用(目前的礦棉纖維的色差大、成色復雜)，通過Cr的均勻分布于礦棉纖維中，使得制備的礦棉纖維色澤純凈，消除礦棉纖維的色差，有效提高礦棉外觀品質。
[0013]作為優選，所述的粉煤灰，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為46-48%，Al2O3 為 27-28%, T12 為 1-1.5%, FeO 為 5-6%, CaO 為 4-4.5%, MgO 為 0.5-1%, K2O 為 1-1.5%,Na2O 為 0.3-0.6%, MnO 為 0.01-0.1%，P2O3 為 0.1-0.5%, SO3 為 1-1.5%。
[0014]作為優選，所述的霞石，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為42-43%，Al2O3為 28-30%, Fe2O3 為 3-3.5%, CaO 為 2-2.5%, K2CHNa2O 為 17-19%，P2O3 為 0.2-0.3%。
[0015]作為優選，所述Cr2O3的粒度為200-300目。Cr2O3粒度過大則不利于調制料的熔化，粒度過小則調制料在添加的過程中易于結團并漂浮在熱態高爐渣表面，同時會產生揚塵污染；本方案Cr2O3的粒度為200?300目，有利于Cr的均勻分布于礦棉纖維中，使得礦棉的著色效果最佳，有效提聞礦棉外觀品質。
[0016]作為優選，霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為40-100目。霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度過大則不利于調制料的熔化，粒度過小則調制料在添加的過程中易于結團并漂浮在熱態高爐渣表面，同時會產生揚塵污染；因而本方案的霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為40-100目，這樣不僅有利于霞石、粉煤灰及NaNO3的熔化，而且霞石、粉煤灰及NaNO3在添加的過程中不會結團并漂浮在熱態高爐渣表面，避免產生揚塵污染。
[0017]作為優選，熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為50%，粉煤灰為 30%，Cr2O3 為 5%，NaNO3 為 15%。
[0018]一種熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，依次包括以下步驟:
(O依質量百分比稱取霞石和粉煤灰，然后將霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A ;依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3,然后將Cr2O3和NaNO3充分混合，制成混合料B ；(2)依質量百分比稱取混合料A和混合料B，然后將混合料A和混合料B充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。
[0019]本方案的制備方法先將調質料中含量大的霞石和粉煤灰混合均勻、制成混合料A ;并將含量小的Cr2O3和NaNO3混合均勻、制成混合料B，然后在后將混合料A和混合料B充分混合，制成粒狀棉用調質料；這樣不僅可以有效提高調質料的制備效率，而且制得的調質料中的各組分混合均勻性好。
[0020]本發明的有益效果是:
其一，本發明的礦棉用調質料的各組分原料易于獲取、加工，且成本低廉，有利于廢渣利用，保護環境，實現了固廢資源的可循環利用。
[0021]其二，調質效果顯著，制備的礦棉高溫熔體玻璃態良好，成纖率高，成纖品質佳，礦棉外觀品質好，酸度系數可調等特點，可滿足多樣化的市場需求。

【具體實施方式】
[0022]下面通過【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
實施例1:一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為50%，粉煤灰為30%，Cr2O3為5%，NaNO3為15%。
[0023]Cr2O3的粒度為200-250目。霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為40-60目。
[0024]所述的粉煤灰，其含有按質量百分比計的下述組份:Si02為46-48%，Al2O3為27-28%, T12 為 1-1.5%, FeO 為 5-6%, CaO 為 4-4.5%, MgO 為 0.5-1%, K2O 為 1-1.5%, Na2O 為0.3-0.6%, MnO 為 0.01-0.1%，P2O3 為 0.1-0.5%, SO3 為 1-1.5%。
[0025]所述的霞石，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為42-43%，Al2O3為28_30%，Fe2O3 為 3-3.5%, CaO 為 2-2.5%, K2CHNa2O 為 17-19%，P2O3 為 0.2-0.3%。
[0026]一種熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，依次包括以下步驟:
(O依質量百分比稱取霞石(本實施例中的霞石指的是粉碎成粉末狀的霞石)和粉煤灰，然后將霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A ；
依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3,然后將Cr2O3和NaNO3充分混合，制成混合料B ；
(2)依質量百分比稱取混合料A和混合料B，然后將混合料A和混合料B充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。
[0027]本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料適用于熱態高爐渣制備的礦棉產品。
[0028]應用本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料制備的礦棉的測試結果:酸度系數為大于1.21 ;纖維平均之間小于5 μ m ;放射性合格，礦棉呈純綠色。
[0029]實施例2:—種熱態高爐渣制礦棉用調質料，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為42%，粉煤灰為35%，Cr2O3為6%，NaNO3為17%。Cr2O3的粒度為230-260目。霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為50-70目。
[0030]所述的粉煤灰，其含有按質量百分比計的下述組份:Si02為46-48%，Al2O3為27-28%, T12 為 1-1.5%, FeO 為 5-6%, CaO 為 4-4.5%, MgO 為 0.5-1%, K2O 為 1-1.5%, Na2O 為0.3-0.6%, MnO 為 0.01-0.1%，P2O3 為 0.1-0.5%, SO3 為 1-1.5%。
[0031]所述的霞石，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為42-43%，Al2O3為28_30%，Fe2O3 為 3-3.5%, CaO 為 2-2.5%, K2CHNa2O 為 17-19%，P2O3 為 0.2-0.3%。
[0032]一種熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，依次包括以下步驟:
(O依質量百分比稱取霞石(本實施例中的霞石指的是粉碎成粉末狀的霞石)和粉煤灰，然后將霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A ；
依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3,然后將Cr2O3和NaNO3充分混合，制成混合料B ；
(2)依質量百分比稱取混合料A和混合料B，然后將混合料A和混合料B充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。
[0033]本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料適用于熱態高爐渣制備的礦棉產品。
[0034]應用本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料制備的礦棉的測試結果:酸度系數為大于1.17 ;纖維平均之間小于5 μ m ;放射性合格，礦棉呈純綠色。
[0035]實施例3:—種熱態高爐渣制礦棉用調質料，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為60%，粉煤灰為18%，Cr2O3為4%，NaNO3為18%。Cr2O3的粒度為240-270目。霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為60-80目。
[0036]所述的粉煤灰，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為46-48%，Al2O3為27-28%, T12 為 1-1.5%, FeO 為 5-6%, CaO 為 4-4.5%, MgO 為 0.5-1%, K2O 為 1-1.5%, Na2O 為0.3-0.6%, MnO 為 0.01-0.1%，P2O3 為 0.1-0.5%, SO3 為 1-1.5%。
[0037]所述的霞石，其含有按質量百分比計的下述組份:Si02為42-43%，Al2O3為28_30%，Fe2O3 為 3-3.5%, CaO 為 2-2.5%, K2CHNa2O 為 17-19%，P2O3 為 0.2-0.3%。
[0038]一種熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，依次包括以下步驟:
(O依質量百分比稱取霞石(本實施例中的霞石指的是粉碎成粉末狀的霞石)和粉煤灰，然后將霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A ；
依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3,然后將Cr2O3和NaNO3充分混合，制成混合料B ；
(2)依質量百分比稱取混合料A和混合料B，然后將混合料A和混合料B充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。
[0039]本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料適用于熱態高爐渣制備的礦棉產品。
[0040]應用本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料制備的礦棉的測試結果:酸度系數為大于1.32 ;纖維平均之間小于5 μ m ;放射性合格，礦棉呈純綠色。
[0041]實施例4:一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為72%，粉煤灰為13%，Cr2O3為3%，NaNO3為12%。Cr2O3的粒度為250-280目。霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為70-90目。
[0042]所述的粉煤灰，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為46-48%，Al2O3為27-28%, T12 為 1-1.5%, FeO 為 5-6%, CaO 為 4-4.5%, MgO 為 0.5-1%, K2O 為 1-1.5%, Na2O 為0.3-0.6%, MnO 為 0.01-0.1%，P2O3 為 0.1-0.5%, SO3 為 1-1.5%。
[0043]所述的霞石，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為42-43%，Al2O3為28_30%，Fe2O3 為 3-3.5%, CaO 為 2-2.5%, K2CHNa2O 為 17-19%，P2O3 為 0.2-0.3%。
[0044]—種熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，依次包括以下步驟:
(O依質量百分比稱取霞石(本實施例中的霞石指的是粉碎成粉末狀的霞石)和粉煤灰，然后將霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A ；
依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3,然后將Cr2O3和NaNO3充分混合，制成混合料B ；
(2)依質量百分比稱取混合料A和混合料B，然后將混合料A和混合料B充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。
[0045]本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料適用于熱態高爐渣制備的礦棉產品。
[0046]應用本實施例的熱態高爐渣制礦棉用調質料制備的礦棉的測試結果:酸度系數為大于1.31 ;纖維平均之間小于5 μ m ;放射性合格，礦棉呈純綠色。
[0047]以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，并非對本發明作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
【權利要求】
1.一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，其特征是，該熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為: 霞石為30-80%， 粉煤灰為5-40%，
Cr2O3 為 2-10%，
NaNO3 為 5-20%。
2.根據權利要求1所述的一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，其特征是，所述的粉煤灰，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為46-48%，Al2O3為27-28%，T12為1-1.5%, FeO為5-6%, CaO 為 4-4.5%, MgO 為 0.5-1%, K2O 為 1-1.5%, Na2O 為 0.3-0.6%, MnO 為 0.01-0.1%，P2O3 為 0.1-0.5%, SO3 為 1-1.5%O
3.根據權利要求1所述的一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，其特征是，所述的霞石，其含有按質量百分比計的下述組份=S12為42-43%，Al2O3為28-30%，Fe2O3為3-3.5%，CaO為2-2.5%, K2CHNa2O 為 17-19%，P2O3 為 0.2-0.3%。
4.根據權利要求1所述的一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，其特征是，所述Cr2O3的粒度為200-300目。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，其特征是，所述霞石、粉煤灰及NaNO3的粒度為40-100目。
6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的一種熱態高爐渣制礦棉用調質料，其特征是，熱態高爐渣制礦棉用調質料，其原料組成質量百分比為:霞石為50%，粉煤灰為30%，Cr2O3 為 5%，NaNO3 為 15%。
7.—種權利要求1所述的一種熱態高爐渣制礦棉用調質料的制備方法，其特征是，依次包括以下步驟: (1)依質量百分比稱取霞石和粉煤灰，然后將霞石和粉煤灰充分混合，制成混合料A; 依質量百分比再稱取Cr2O3和NaNO3,然后將Cr2O3和NaNO3充分混合，制成混合料B ； (2)依質量百分比稱取混合料A和混合料B，然后將混合料A和混合料B充分混合，制成熱態高爐渣制礦棉用調質料。
【文檔編號】C03C13/06GK104496190SQ201410443319
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】朱春江, 李勝春, 陳鐵軍, 王品益, 高曉駿, 沈健 申請人:寶鋼礦棉科技（寧波）有限公司