一种粉煤灰基无机纤维及其制备方法技术

本申请实施例提供一种粉煤灰基无机纤维及其制备方法，涉及无机纤维制备技术领域。粉煤灰基无机纤维主要是由生料熔融、拉丝形成，生料包括粉煤灰、石英砂和添加剂，生料的化学成分中，SiO

A kind of fly ash based inorganic fiber and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种粉煤灰基无机纤维及其制备方法
本申请涉及无机纤维制备
，具体而言，涉及一种粉煤灰基无机纤维及其制备方法。
技术介绍
粉煤灰是煤粉锅炉中排出的烟气中的细微粉末，粉煤灰呈灰褐色，通常为球状颗粒，主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO等。据不完全统计，全球电厂每年产生的废弃粉煤灰超过50亿吨，粉煤灰作为废弃物不仅占用大量土地资源，且对环境污染严重。目前，我国粉煤灰的利用途径主要在筑路、填坑，土壤改良，水泥和砖类建材，一般陶瓷，提取金属铝，提取空心微珠等领域，对粉煤灰的资源化利用程度不高，创造经济价值不大。为了进一步提高粉煤灰的应用附加值，出现了一些利用粉煤灰制备纤维的技术，但是现有采用粉煤灰制得的纤维强度较低，导致应用受到限制。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种粉煤灰基无机纤维及其制备方法，制得的无机纤维强度高，应用广泛，实现粉煤灰等固体废弃物的绿色高值化利用。第一方面，本申请实施例提供了一种粉煤灰基无机纤维，其主要是由生料熔融、拉丝形成，生料包括粉煤灰、石英砂和添加剂，生料的化学成分中，SiO2和Al2O3的质量之和占生料总质量的60％～80％，SiO2和Al2O3的质量比为2.5：1～3.5：1，Al2O3的质量大于CaO和MgO的质量之和，CaO的质量占生料总质量的5％～14％，MgO的质量占生料总质量的3％～10％，Na2O和K2O的质量之和占生料总质量的1％～6％，Na2O和K2O的质量比为3：1～6：1。在上述技术方案中，为了能够制得细而长的连续无机纤维，且其具有强度高、耐腐蚀、耐高温、吸波、吸声及良好的绝缘性等多重优异性能，需要控制生料的主要化学成分为SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O等氧化物，且各化学组分需按照合理配比。具体地，本申请采用的主要原料为粉煤灰和石英砂，其中粉煤灰提供主要的SiO2、Al2O3及部分Fe2O3、CaO、MgO等化学组分，石英砂用于控制生料中SiO2的含量范围及SiO2与Al2O3的质量比。SiO2和Al2O3作为无机纤维的硅铝骨架的核心结构，构成纤维的结构网络，有助于粉煤灰形成无机纤维，尤其是形成连续无机纤维，保证纤维的化学稳定性和优异的力学性能，同时提高纤维的耐酸性，因此，本申请中的SiO2和Al2O3的质量控制为：SiO2和Al2O3的质量之和占生料总质量的60％～80％，SiO2与Al2O3的质量比为2.5：1～3.5：1。另外，K、Na、Ca、Mg等金属氧化物的阳离子可进入到结构网络的空隙，从而有利于SiO2从晶相向非晶相转变，使生料能够形成玻璃体的熟料，在拉丝过程中无析晶现象产生，便于形成长纤维，且提高纤维的耐碱性能，故Al2O3的质量大于CaO和MgO的质量之和，且CaO的质量占生料总质量的5％～14％，MgO的质量占生料总质量的3％～10％，碱金属氧化物Na2O和K2O的质量之和占生料总质量的1％～6％。为了进一步提高纤维的耐水性、耐酸碱性以及纤维的力学性能，其K含量不易过高，主要通过控制Na2O-MO-SiO2体系(MO代表其他金属氧化物)，故Na2O与K2O的质量比为3：1～6：1。在一种可能的实现方式中，生料的化学成分中，Fe2O3的质量占生料总质量的2％～15％，FeO的质量占生料总质量的2％～15％；可选地，MnO2的质量占生料总质量的0.5％～2％，TiO2的质量占生料总质量的0.5％～2％。在上述技术方案中，为了提高纤维的耐高温性，同时具有一定的吸波性能，需要引入二价铁，粉煤灰提供部分Fe2O3，故控制Fe2O3和FeO的质量分别占生料总质量的2％～15％和2％～15％。进一步可选地，为了制备直径小于12μm长纤维，需要引入TiO2，以增强长纤维表面张力和表面延展性，TiO2质量占比控制为0.5％～2％。由于以粉煤灰为主要原料制备无机纤维时，其纤维表面张力差，不利于长纤维的形成，故在原料中引入MnO2以提高熔融拉丝过程中纤维的表面张力和粘度，有利于长纤维的形成和成品率的提高，故控制MnO2的质量占生料总质量的0.5～2％。在一种可能的实现方式中，添加剂选自废玻璃、生石灰、磁铁矿、方镁石、锰渣和钛白粉中的至少一种。在上述技术方案中，通过废玻璃可引入碱金属氧化物Na2O和K2O，提高纤维的耐腐蚀性和防水性。通过生石灰和/或方镁石可控制生料中CaO和MgO的含量范围，从而有助于生料的融化，降低拉丝熟料液的黏度便于形成细长纤维，同时提高纤维的耐酸性。通过磁铁矿可引入Fe2O3和FeO，从而提高纤维的强度和耐高温性，同时赋予纤维一定的吸声和吸波特性。通过锰渣可引入MnO2，有助于提高纤维的表面张力和高温稳定性，从而有利于形成长纤维。通过加入钛白粉引入Ti2O，有助于制备直径小的连续长纤维。因此不同添加剂中所含的CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Na2O、K2O、MnO2、Ti2O等金属氧化物均可作为性能调节剂，以赋予粉煤灰基无机纤维特殊的性能特征。在一种可能的实现方式中，按质量百分数计，生料包括：粉煤灰50％～90％，石英砂3％～15％，废玻璃2％～30％，生石灰0～10％，磁铁矿1％～8％，方镁石1％～8％、锰渣0～5％和钛白粉0～5％。在上述技术方案中，根据对生料中各化学成分要求及各主要原料、添加剂的化学成分分析结果，本申请采用粉煤灰、石英砂为主要原料，废玻璃、生石灰、磁铁矿、方镁石、锰渣和钛白粉为添加剂，并按照一定配比组成生料，制备无机纤维，尤其是连续无机纤维。具体地，本申请是以工业固废粉煤灰和石英砂为主要原料，并添加废玻璃、生石灰、磁铁矿、方镁石、锰渣和钛白粉，根据无机晶相结构分析参数，调整合理的无定型态组分比例，发挥各原料中无机化学成分的作用，增强纤维的连续性、耐腐蚀性、耐高温性，高强度以及吸声、吸波等性能，为粉煤灰等工业固废的绿色高值化利用开辟了新途径。在一种可能的实现方式中，按质量百分数计，生料包括：粉煤灰60％～80％，石英砂4％～10％，废玻璃6％～20％，生石灰3～5％，磁铁矿1％～5％，方镁石2％～5％、锰渣0～3％和钛白粉0～3％。在上述技术方案中，本申请采用特定配比的原料组成生料，严格控制其中各化学成分的含量范围，从而实现制得的纤维的多重优异性能。在一种可能的实现方式中，无机纤维的直径为6～25μm。在上述技术方案中，控制无机纤维的直径为6～25μm，能够保证纤维的连续性。第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面提供的粉煤灰基无机纤维的制备方法，其包括以下步骤：将生料混合熔融，制成熟料液，然后进行淬灭得到熟料；将熟料进行拉丝。在上述技术方案中，将生料混合熔融制成熟料液，淬灭得到熟料，再进行拉丝，保证能够形成连续长纤维，并通过控制生料中各化学成分的含量，保证纤维的优异性能。在一种可能的实现方式中，采用高温熔料炉进行熔融，可选地，熔融的条件为：升温程序为4-10段，升温温度段为25～1600℃，升温速度为3～10℃/min，升温时间为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉煤灰基无机纤维，其特征在于，其主要是由生料熔融、拉丝形成，所述生料包括粉煤灰、石英砂和添加剂，所述生料的化学成分中，SiO

【技术特征摘要】
1.一种粉煤灰基无机纤维，其特征在于，其主要是由生料熔融、拉丝形成，所述生料包括粉煤灰、石英砂和添加剂，所述生料的化学成分中，SiO2和Al2O3的质量之和占所述生料总质量的60％～80％，所述SiO2和所述Al2O3的质量比为2.5：1～3.5：1，所述Al2O3的质量大于CaO和MgO的质量之和，所述CaO的质量占所述生料总质量的5％～14％，所述MgO的质量占所述生料总质量的3％～10％，Na2O和K2O的质量之和占所述生料总质量的1％～6％，所述Na2O和所述K2O的质量比为3：1～6：1。


2.根据权利要求1所述的粉煤灰基无机纤维，其特征在于，所述生料的化学成分中，Fe2O3的质量占所述生料总质量的2％～15％，FeO的质量占所述生料总质量的2％～15％；可选地，MnO2的质量占所述生料总质量的0.5％～2％，TiO2的质量占所述生料总质量的0.5％～2％。


3.根据权利要求1所述的粉煤灰基无机纤维，其特征在于，所述添加剂选自废玻璃、生石灰、磁铁矿、方镁石、锰渣和钛白粉中的至少一种。


4.根据权利要求1或3所述的粉煤灰基无机纤维，其特征在于，按质量百分数计，所述生料包括：粉煤灰50％～90％，石英砂3％～15％，废玻璃2％～30％，生石灰0～10％，磁铁矿1％～8％，方镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立忠，闫升，张瑞，杨晓丽，李凯，张亚娟，李晓静，杨青平，刘晓燕，杨慧琳，李国明，
申请(专利权)人：九和同创碳金宁夏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64