专利名称：一种利用铁尾矿制备无机矿渣纤维的方法
技术领域：
本发明属于无机非金属材料制备技术领域，特别涉及一种利用铁尾矿制备无机 矿渣纤维的方法，实现铁矿尾矿的高附加值利用。
背景技术：
铁尾矿是铁矿选矿的副产品之一，是选矿作业中有用目标组分含量最低的部 分。铁尾矿并不是完全无用的废料，往往含有可作其他用途的组分，通过合理的工艺进 行综合利用，可望实现矿产资源充分利用和改善生态环境。伴随着我国钢铁产业的发展，黑色冶金矿山企业以尾矿等形式排弃了大量的工 业废料。据统计，目前我国累计堆存的铁尾矿量高达50亿吨左右，而且随着铁矿产能 的不断提高，铁尾矿堆存量以5亿吨/年的速度增长。这些工业废料占用了土地资源， 污染了环境，需要投入相当大的社会资源去恢复治理。而同时，这些废弃工业废料又是 蕴含了大量资源的“人工矿床”，是非常宝贵的二次资源。针对这一问题，工业和信 息化部、科技部、国土资源部等部门组织编制的《金属尾矿综合利用专项规划(2010 2015)))提出到2015年，实现全国尾矿利用率达到20%的目标。当前我国绝大多数尾矿 尚未被综合利用，综合利用率不足10%，尤其是铁尾矿的利用率更低。对铁尾矿进行综 合处理利用，既提高了资源的利用率，又为环境恢复和治理提供了重要途径，符合国际
“十一五”规划提出的建设资源节约型、环境友好型社会的目标和方向。铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经加工、磁选后以泥浆状排放的矿 物废料。全国各地铁尾矿含量及成分有差异，但主要化学成分有Si0220% 70%， Al2O3I^ 12%，Fe2036% 25%，CaOl % 30%，MgOl % 13%，还含有少量 Na2O> K2O以及S、P等元素。现在国内已经加强了对铁尾矿的综合利用的研究，目前主要集中在用铁尾矿制 备水泥、路面建材以及饰面玻璃等方面，总体来看，资源再利用水平不高、经济效益一 般。高炉渣是高炉炼铁中由加入高炉矿石中的脉石、焦炭灰分同熔剂反应熔化形 成的副产物，是含有多种氧化物的复杂硅酸盐，常含有少量硫化物、氟化物和碳化物 等。它的成分和产量因高炉原料和燃料的成分不同而有所不同。通常高炉渣主要含有 Si0228% 42%、Al2036% 17%、Ca038% 49%和 MgOl % 13%。冶炼每吨铁生 成的渣量约为300 600公斤。目前，我国大多数钢铁厂对高炉渣采用水冲方法处理，即让高炉熔渣在冲制箱 内由多孔喷头喷出的高压水进行水淬，水淬渣流经粒化槽，进入沉渣池。沉渣池中的水 渣由抓斗吊抓出堆放于渣场继续脱水。沉渣池内的水及悬浮物流入设有砾石过滤层的过 滤池，经过滤后的水由泵加压后送入冷却塔冷却，循环使用。水量损失必须由新水补 充。这种水冲渣系统存在很多问题，其中最大两个问题是耗水太多与能量损失严重。每 冲渣1吨，需要循环用水量10吨，消耗新水1.2吨，如以2007年我国生铁生产计算，仅用于冲渣的新水消耗就接近2亿吨。其次，水冲渣过程浪费了大量热量。1400-155(TC 的高炉渣被带走的热约占炼铁能耗的8%左右。全国各钢铁厂每年的高炉渣总热能损失超 过1000万吨标准煤。钢渣是炼钢过程的冶金渣，主要成分为CaO、MgO和SiO2等，目前钢渣没有得 到很好利用，其利用率不足20%。发明人经研究发现，以铁尾矿为主要原料，在其中加入一定量的冶金渣(包括 炼铁渣、炼钢渣)进行调质，通过喷吹法或者离心法，可以制备出优质的矿渣纤维，此 纤维可以制备建筑保温材料，工业窑炉的隔热材料，部分精选的超细纤维还可用于造纸 纤维，代替树木纤维，从而保护生态环境。同时，热能通过尾气回收还可以得到充分利用。本发明利用铁尾矿为主要原料制备矿物纤维，是资源、能源循环与再生利用的 新技术。这一技术和方法是一项开拓性的节能减排的新技术和新工艺，对提高废弃物利 用效率、充分利用废弃能源、促进我国的经济与社会、人与自然的和谐发展，实现资源 经济向循环经济的跨跃具有极其深远的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铁尾矿制备无机矿渣纤维的方法，该方法以铁 尾矿为主要原料，加入一定量的冶金渣，制备具有一定直径和长度以及一定柔性和强度 的无机纤维。具体工艺为将铁尾矿和冶金渣混合、加热至熔融状态，经喷吹或甩丝制备无机矿渣纤维。 所述液态混合物中的铁尾矿的重量百分比优选在30%到90%的范围内，高炉渣的重量百 分比优选在70%到10%的范围内。具体来说，可先在铁尾矿中加入冶金渣，通过加热，并控制温度与组成，从而 控制熔融液的黏度与表面张力；所述的加热至熔融状态的温度在11oo°c到18oo°c。所述的冶金渣为炼铁渣、炼钢渣中的一种或其混合物；加入冶金渣对铁尾矿起 改性作用。所述的喷吹是在加压下(0.75 1.2MPa)由多孔喷丝板将熔融液喷出成丝，然后 将得到的丝冷却，制得无机矿渣纤维。所述的甩丝是由电阻炉熔融铁尾矿和冶金渣，使得到的液体流入甩丝机，在甩 丝辊离心力的作用下，根据不同的线速度使该液体形成长短不同的丝，将这些丝冷却即 得到无机矿渣纤维。还可在铁尾矿和高炉渣的液态混合物中加入具有不同功能的添加剂，比如在制 作耐火或保温材料时可加入耐火砖粉或矾土或两者的混合物等等。可以理解，通过调节熔融液中各成分的种类和各成分之间的配比，制备所涉及 的温度等参数，以及添加剂的种类和用量，可以获得不同性能与规格的无机矿渣纤维； 同时由于工业废料铁尾矿与高炉渣的成分各有不同，除制备本发明所述无机纤维所涉及 的主要原料外，其中还可能含有不同成分的氧化钙、氧化镁和氧化铁等成分从而影响无 机纤维的形貌以及性能。制得的无机纤维的直径优选在0.01mm到IOOmm的范围内，长 径比优选在4到2000的范围内。
本领域技术人员可在本发明方法的指导下，通过比较在不同条件下制备的无机 纤维的长径比之间的区别而得到最优的工艺条件。本发明制得的无机纤维可制备建筑保温材料，工业窑炉的隔热材料，部分精选 的超细纤维还可用于造纸纤维，代替树木纤维，从而保护生态环境。同时，还可通过尾 气回收使热能得到充分利用。和现有技术相比，本发明方法具有下列优点工艺简单易行，实施方便。实现了铁尾矿和高炉渣等不同工业废料的综合利 用，提高了铁尾矿综合利用的附加值，具有良好的经济和环境效益。
图1是本发明实施例方法流程图。图2是本发明实施例1制备得到的无机纤维的显微镜下的照片。图3是本发明实施例2制备得到的无机纤维的显微镜下的照片。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。下述实施例的制备过程如附图1所示。实施例1铁尾矿在混合物中重量百分比为70%，高炉渣为30%。将混合物放入温度为 1600°C的熔化电阻炉中，待完全熔化后，使熔融液流入甩丝机中，在甩丝辊离心力的作 用下，根据不同的线速度得到长短不同的无机纤维丝，同时喷吹压缩空气冷却得到的无 机矿渣纤维丝，如图2所示。实施例2采用和实施例1相同的制备方法，其区别在于，铁尾矿在混合物中的重量百分 比为50%，最后得到的无机矿渣纤维如图3所示。实施例3采用和实施例1相同的制备方法，其区别在于，熔化电阻炉的温度为1500°C， 并使用多孔喷丝机喷制成丝，冷却后获得无机矿渣矿物纤维。
权利要求
1.一种利用铁尾矿制备无机矿渣纤维的方法，其特征在于，将铁尾矿和冶金渣混 合，加热至熔融状态后，经喷吹或甩丝制备无机矿渣纤维；在熔融状态混合物中的铁尾 矿的重量百分比在30%到90%，高炉渣的重量百分比在70%到10%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的冶金渣为炼铁渣、炼钢渣中的一种 或其混合物；加入冶金渣对铁尾矿起改性作用。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的加热至熔融状态的温度为 1100°C 1800 "C。
4.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述无机矿渣纤维的直径在0.01mm到 IOOmm的范围内，长径比在4到2000的范围内。
5.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述的喷吹是在加压下0.75 1.2MPa 由多孔喷丝板将熔融液喷出成丝，然后将得到的丝冷却，制得无机矿渣纤维。
6.如权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述的甩丝是由电阻炉熔融铁尾矿和冶 金渣，使得到的液体流入甩丝机，在甩丝辊离心力的作用下，根据不同的线速度使该液 体形成长短不同的丝，将这些丝冷却，得到无机矿渣纤维。
全文摘要
一种利用铁尾矿制备无机矿渣纤维的方法，属于无机非金属材料制备技术领域。将铁尾矿和冶金渣混合，加热至熔融状态，经喷吹或甩丝制备无机矿渣纤维；在熔融状态混合物中的铁尾矿的重量百分比在30％到90％，高炉渣的重量百分比在70％到10％。优点在于，工艺简单易行，实施方便，实现了铁尾矿和冶金渣等不同工业废料的综合利用，提高了铁尾矿综合利用的附加值，具有良好的经济和环境效益。
文档编号C03B37/00GK102010122SQ20101056984
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者张作泰, 王习东, 王景峰, 赵大伟 申请人:北京大学, 长治市华兴环保工程有限公司