玄武岩短纤维制造方法与设备技术

生产直径在５～１０μｍ或稍大一些的玄武岩短纤维时所需选取的玄武岩矿石应具有下表所示的成分范围：　　　　＊＊＊　　　　除此之外，生产玄武岩短纤维用的玄武岩矿石的化学组分之间还应当满足一下关系：１．７＞Ｍｃ＞３．２．［Ｍｃ＝（ＳｉＯ↓［２］＋Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）／（Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］＋ＦｅＯ＋ＴｉＯ↓［２］＋ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｋ↓［２］Ｏ＋Ｎａ↓［２］Ｏ）］　　　　７．２＞Ｍκ＞４．３［Ｍκ＝（ＳｉＯ↓［２］＋Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）／（ＣａＯ＋ＭｇＯ）］　　　　在生产玄武岩短纤维用的矿石中ＳｉＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］总体含量应在５４～８０％之间。　　　　生产玄武岩短纤维用的矿石中ＳｉＯ↓［２］的含量应该在４２～６０％之间。　　　　上面提供的成分表格同样适合于选配制作建筑用隔热材料的玄武岩矿石，但为降低玄武岩矿石的熔化温度及降低纤维的制作成本，可以将矿石中难容氧化物的含量加以提高，即Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］和ＦｅＯ的含量可达１６％，ＣａＯ含量可达１２％，Ｎａ↓［２］Ｏ和Ｋ↓［２］Ｏ的含量可达６％。　　　　为制取绝热材料、在６００－７００℃温度下使用的烟尘过滤器材以及在１０００℃以下一次性使用的防火系统材料需要选取成分如下表所示的玄武岩矿石：　　　　＊＊＊　　　　生产上述制品所需要的玄武岩纤维应当具有足够高的强度和高温工作特性。所以玄武岩矿石中ＳｉＯ↓［２］和Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］这些基本氧化物的含量应当在６５～８０％之间。　　　　制造城市农村生活废水、化工石油业的排放液、土壤改良与灌溉所需的过滤器以及制造建筑中的纤维混凝土以及道路建设中沥青混凝土表面的强化材料均需要选取能保证所生产出的纤维具有高的化学稳定性的玄武岩矿石。适于制造化学稳定性高的玄武岩纤维制品的玄武岩矿石成分由下表列出。　　　　＊＊＊。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Method and apparatus for making basalt staple fiber

Production with a diameter of 5 ~ 10 m or larger short basalt fiber required for selection of basalt ore should have under the table shown in the composition range: * * * in addition, one should also meet the Department of Shimonoseki between Chemical Group production of basalt fiber with basalt ore: 1.7 > Mc > 3.2. = Mc (SiO: 2 + Al: 2 O: 3) / (Fe: 2 O: 3 + FeO + TiO: 2 + CaO + MgO + K + Na O: 2: 2: 7.2, O) M k > 4.3, kappa = M (SiO: 2 + Al: 2 O: 3) / (CaO + MgO) in production of basalt fiber used in ore S IO: 2 and Al: 2 O: 3. The overall content should be in 54 ~ 80%. In 2 the production of basalt fiber used in ore SiO down, should be in 42 ~ 60%. Table composition provided above is also suitable for insulation materials used in making building basalt ore matching, but to reduce the melting temperature of basalt ore and reducing the cost of production of fiber, can be difficult to let the content of oxide ore to improve, Fe: 2 O: 3 and FeO content of up to 16%, CaO the content of Na was 12%, down 2, down O and K content of up to 6% 2 O. For the preparation of thermal insulation materials, dust filtering equipment used in temperature and 600-700 material in fire protection system at a temperature below 1000 DEG C for one-time use need to select the components shown in the table below: * * * basalt ore production of these products should be required of basalt fiber with a sufficiently high strength and high temperature performance. So the content of basalt ore in SiO: 2 and Al: 2 O: 3 of these basic oxides should be in 65 ~ 80%. Making rural domestic wastewater, petroleum and chemical industry city drainage and soil improvement and irrigation to filter and manufacturing building in fiber reinforced concrete and asphalt concrete surface strengthening of road construction materials are selected to ensure the production needs of the fiber has high chemical stability of basalt ore. Basalt ore compositions suitable for making high chemical stability basalt fiber products are listed in the following table. * * * *.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由玄武岩矿石熔融液制取短纤维的生产工艺和所使用的相关生产装置。玄武岩是处于火山岩浆产地的矿石，大自然使其生来具有很高的化学稳定性和热稳定性。玄武岩矿石是大自然提供的单组分原料，它的熔炼精选及均匀化是火山岩活动的结果。由玄武岩矿石制成的纤维(后简称玄武岩纤维)生来具有很高的初始强度，并耐多种活性介质的作用、而且热稳定性高、寿命长。玄武岩纤维在能源、冶金、机械制造、化工、农业、建材业等领域有着十分广阔的应用前景。在声热绝缘材料、耐高温且化学稳定性高的过滤器材、电绝缘材料、复合材料及其制品的制造中玄武岩纤维的应用尤其广泛。玄武岩纤维在强度、化学稳定性、使用温度及吸湿性方面的参数优于玻璃纤维，它还是有致癌作用的石棉纤维材料的替代品。制造玄武岩纤维的原料几乎不受限制，其原料产地广泛且很多矿源易于开采。然而玄武岩纤维的广泛应用也一直受到其相对复杂的生产工艺的制约。所以研究与完善玄武岩纤维的制造工艺具有极大的现实意义。无论是制造声热绝缘材料、清理排除烟气中粉尘颗粒的过滤器和污水清理用的过滤器，还是制造无土水栽培材料和水土改良及土地灌溉所需要的材料都需要大量的玄武岩短纤维。表1中给出了玄武岩短纤维的分类以及玄武岩短纤维材料的应用领域。表1. 本专利技术提供了制造玄武岩短纤维的较为完善的方法和设备。其中玄武岩短纤维的生产工艺方法中包含以下一些要点1.矿物原料选择，即生产玄武岩短纤维的玄武岩矿石所包含的各种化学成分的含量应在表2所给出的范围之内。表2. 适于制作玄武岩短纤维的玄武岩矿石中的三种硅酸盐成分比例由说明书附附图说明图1的三角图给出。此外，为制作玄武岩短纤维，玄武岩中的一些化学成分还应当满足如下一些比例关系。1.1.若按下式定义玄武岩矿石基本组分的关系模量Mc，即Mc＝(SiO2+Al2O3)/(Fe2O3+FeO+TiO2+CaO+MgO+K2O+Na2O)则制取玄武岩短纤维所用的矿石应满足条件1.7＞Mc＞3.2.上面给出的Mc的关系式决定了制造玄武岩短纤维时矿石熔融液的出丝特性。不同化学成分的玄武岩出丝特性评估表明，描述玄武岩矿石中基本氧化物和伴生氧化物比值关系的Mc在1.7～3.2之间会使熔融液的出丝特性最优。当Mc小于1.7时，从漏孔中出来的纤维易断；而当Mc大于3.2时，玄武岩熔矿石熔化难度及熔融物的粘度增大，最终使出丝特性变坏。1.2.如按下式定义玄武岩矿石中基本氧化物SiO2、Al2O3与碱性氧化物CaO、MgO之比为玄武岩矿石的酸性模量Mκ，即Mκ＝(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)则对生产玄武岩短纤维来说Mκ应满足如下关系式7.2＞Mκ＞4.3。Mκ既影响玄武岩熔融液的出丝特性，又决定玄武岩纤维的热稳定性和化学稳定性。总体来说，增加碱性氧化物CaO、MgO的含量会降低熔化温度、熔融物的出丝能力及粘度，但会提高熔融物及纤维的结晶化倾向，这对所生产出的纤维强度及热稳定性指标均有不良影响。1.3.生产玄武岩短纤维所用矿石中SiO2和Al2O3的总含量应在54～80％之间。只有在该成分区间内，才能保证所需的拉丝温度区间、熔融物所必需具有的出丝特性、粘度、表面张力和冷却结晶速度。SiO2和Al2O3的总含量保障熔融物在由出丝喷吹短纤维过程中所必需的粘度。此外，SiO2和Al2O3的含量还决定玄武岩纤维的强度、温度稳定性和化学稳定性。SiO2和Al2O3的总含量低于54％时会使出丝中断并会增加非纤维夹杂物(“球珠“)的含量；而当它们的总量超过75～80％时会增加熔化温度和出丝熔融物的粘度，这样会增加短纤维生产的工艺难度，但会提高所生产出纤维的温度稳定性。1.4.制造玻璃的氧化物SiO2的含量应在42～60％之间，这样才能保障用喷吹法制取玄武岩短纤维时所需的硅氧离子键。SiO2含量低于42％时会在出丝的熔融液中形成较弱的硅氧离子键，从而使出丝产生大量的断头，影响喷吹短纤维工艺的稳定性。而在可开采的玄武岩矿源地中很少遇见SiO2含量高于60％的情况。1.5.玄武岩矿石中的Al2O3能够调整熔融物的粘度并赋予纤维确定的温度与化学稳定性。推荐玄武岩矿石中Al2O3的含量在12～20％之间。CaO在一定程度上可以改善玄武岩熔融物的出丝特性。它可以降低熔化温度和熔融物的粘度，但同时会降低纤维的使用温度与化学稳定性。推荐玄武岩矿石中CaO的含量在4.5～12％之间。FeO和Fe2O3同样影响玄武岩纤维的温度特性及化学稳定性。在玄武岩矿石中它们的含量在3.5～12％之间波动。K2O和Na2O会大大降低矿石熔化温度及熔融物的粘度，并降低纤维的温度稳定性和化学稳定性。MgO能提高纤维的使用温度，但它会降低纤维的化学稳定性，推荐玄武岩矿石中MgO的含量在4.5～12％之间。玄武岩矿石中TiO2含量不高，但它可以提高玄武岩纤维的温度稳定性和化学稳定性。玄武岩矿石成分的选取最终会决定所生产出的玄武岩纤维的性能及其玄武岩纤维制品的强度、使用温度和化学稳定性。在玄武岩纤维实际生产当中，应当根据具体的应用领域的需求，按以上介绍的成分影响规律选定具有最优化学成分的玄武岩矿石原料。1.6.表2给出的玄武岩矿石成分同样适于制造建筑行业所需要的耐火热绝缘材料，即建筑用的绝热材料对玄武岩原料并没有特殊的要求。生产热绝缘材料用的玄武岩短纤维应当在有比较大的长度条件下(L＝30-70mm)具有最小的直径(d＝5-9μm)。与此同时，为了降低玄武岩的熔化温度并降低纤维的生产成本，玄武岩矿石中Fe2O3和FeO的含量可达16％，CaO含量可达12％，Na2O和K2O的含量可达6％。1.7.制取绝热材料、在600-700℃温度下使用的烟尘过滤器材以及在1000℃以下一次性使用的防火系统材料所需选取的玄武岩矿石应具有表3所给出的化学成分表3. 生产上述制品所需要的玄武岩纤维应当具有足够高的强度和高温工作特性。所以玄武岩矿石中SiO2和Al2O3这些基本氧化物的含量应当在65～80％之间。玄武岩矿石中FeO和Fe2O3的含量同样影响纤维的温度性能和化学稳定性。当纤维由500℃加热到700℃时，由于氧化过程将使FeO转变为Fe2O3，纤维此时会发生结晶化过程、形成粗晶粒的菱镁体并呈现氧化铁的褐红颜色、纤维性能届时将变脆并容易折断破坏。所以制取在700℃下工作的玄武岩纤维时Fe2O3和FeO的含量比值Fe2O3/FeO应大于0.5，而它们的总体含量应不高于12％。玄武岩矿石中TiO2的含量不高，但是它的存在会提高玄武岩纤维的热稳定性和化学稳定性，因此推荐选取的玄武岩矿石应含有不低于1％的TiO2。1.8.无论是制造城市农村生活废水、化工石油业的排放液、土壤改良与灌溉所需的过滤器、还是制造建筑中的纤维混凝土以及道路建设中沥青混凝土表面的强化材料均需要选取能保证所生产出的纤维具有高的化学稳定性的玄武岩矿石。适于制造化学稳定性高的玄武岩纤维制品的玄武岩矿石成分在表4中列出。表4 推荐选取的玄武岩矿石中K2O和Na2O的含量应不高于2.5％。2.原料粉碎，即将制取玄武岩短纤维用的玄武岩矿石捣碎至容易向熔化炉内装填的细度(如将矿石加工到20～50mm的颗粒度或比这更高的颗粒度)，燃料装填的份额以保证熔化炉内的熔融区熔融物水平面稳定为准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：奥斯诺斯·谢尔盖·彼德洛维奇，李中郢，
申请(专利权)人：深圳国际技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：