硅酸铝纤维及其制备方法
【专利摘要】本发明一种硅酸铝纤维的制备方法，包括以下步骤：将水渣熟料和矿物熟料经熔融、成纤处理得到硅酸铝纤维；所述矿物选自煤矸石、焦宝石和高岭岩中的一种或几种。本发明提供的硅酸铝纤维的制备方法以炼铁废弃物水渣熟料和煤矸石熟料为原料制备硅酸铝纤维，不仅可在1000℃下使用，能够满足电力、石化、冶金等大部分领域的绝热保温的需要，而且可代替玄武岩、矿渣使用，原料取自工业废弃物、成本较低，并且减少了废弃物对于环境的污染。
【专利说明】硅酸铝纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于保温材料领域，尤其涉及一种硅酸铝纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 保温材料分为很多种，应用范围也很广。按材料成份分类包括：有机隔热保温材 料、无机隔热保温材料、金属类隔热保温材料。按材料形状分类包括：松散隔热保温材料、板 状隔热保温材料以及整体保温隔热材料。
[0003] 现有技术中制作无机隔热保温材料包括玻璃棉、岩棉等。其中，玻璃棉的使用温度 在250°C以下，岩棉使用温度在450°C以下，使用温度均较低。并且其主要采用天然的玄武 岩、矿渣等材料进行生产，而上述自然资源日益减少再加上国家加大对环境资源的保护，生 产能力逐渐减少。而面对上述保温材料在电力、冶金、化工、医药、轻纺、船舶、车辆、电器等 领域各类冷热介质管道和容器的保温系统中的广泛应用和市场需求，众多硅酸铝纤维制造 企业和科研院所纷纷开发玄武岩的替代材料。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种硅酸铝纤维的制备方法，本发明提供的硅酸铝纤维使 用温度为l〇〇〇°C以下，且成本较为低廉。
[0005] 本发明提供了一种硅酸铝纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 将水渣熟料和矿物熟料经熔融、成纤处理得到硅酸铝纤维；
[0007] 所述矿物选自煤矸石、焦宝石和高岭岩中的一种或几种。
[0008] 优选的，所述水渣熟料和矿物熟料的质量比为（1?50) : (1?90)。
[0009] 优选的，所述水渣熟料由下列组分组成：
[0010] Al2〇3 5.0 wt %~ 15 wt %; Si〇2 30 wt %~40wt %; CaO 36 wt %?45 wt %; MgO 5 wt %~10 wt %;
[0011] Fe2〇3 0 wt %~5 wt %; K2O +Na20 0 wt %~3 wt %; TiO 0 wt %-5 wt %: 余量。
[0012] 优选的，所述矿物熟料由下列组分组成：
[0013] Al2〇3 35 wt %~49 wt %; Si〇2 50 wt %?56 wt %; Fe2〇3 0 wt %~3 wt %; K20 +Na20 0 wt %?3 wt %; TiO 0 wt %~2 wt %; 余量。
[0014] 优选的，所述矿物熟料按照以下方法制备：
[0015] 将矿物进行煅烧，得到矿物熟料。
[0016] 优选的，所述熔融的温度为2000°C?2400°C。
[0017] 本发明提供了一种硅酸铝纤维，由上述权利要求任意一项所述的制备方法制备得 到。
[0018] 本发明提供了一种硅酸铝纤维制品，包括上述权利要求所述的硅酸铝纤维。
[0019] 本发明提供了一种硅酸铝纤维制品的制备方法，包括上述权利要求任意一项所述 的制备方法。
[0020] 与现有技术相比，本发明一种硅酸铝纤维的制备方法，包括以下步骤：将水渣熟料 和矿物熟料经熔融、成纤处理得到硅酸铝纤维；所述矿物选自煤矸石、焦宝石和高岭岩中的 一种或几种。本发明提供的硅酸铝纤维的制备方法以炼铁废弃物水渣熟料和煤矸石熟料为 原料制备硅酸铝纤维，不仅可在1000°C下使用，能够满足电力、石化、冶金等大部分领域的 绝热保温的需要，而且可代替玄武岩、矿渣使用，原料取自工业废弃物、成本较低，并且减少 了废弃物对于环境的污染。
【具体实施方式】
[0021] 一种硅酸铝纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0022] 将水渣熟料和矿物熟料经熔融、成纤处理得到硅酸铝纤维；
[0023] 所述矿物选自煤矸石、焦宝石和高岭岩中的一种或几种。
[0024] 本发明首先将水渣熟料和矿物熟料熔融。在本发明中，对于水渣熟料的来源不进 行限定，本领域技术人员公知的水渣熟料即可。水渣是把热熔状态的高炉渣置于水中急速 冷却的过程，主要有渣池水淬或炉前水淬两种方式。本发明对于所述水渣熟料的组分和来 源不进行限定，工业上的常规废弃物均可。优选的，所述水渣熟料由下列组分组成：
[0025] 5.0wt%-15 wt %; Si02 30 wt %~40wt %; CaO 36 wt %?45 wt %; MgO 5 wt %~10 wt %; Fe203 0 wt %~5 wt %: K20 +Na20 0 wt %~3 wt %: TiO 0 wt %?5 wt %;
[0026] 余量。
[0027] 所述矿物熟料按照以下方法制备，以煤矸石为例：
[0028] 将煤矸石进行煅烧，得到煤矸石熟料。本发明对所述煅烧的温度和时间没有特殊 限制，本领域技术人员熟知的、能够得到煤矸石熟料即可。优选为经过1000?1600°C下煅 烧300?360h。本发明实施例采用的煅烧为在1500°C下煅烧330h。焦宝石和高岭岩熟料 的制备方法同煤矸石，在此不再赘述。
[0029] 煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴 生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程 中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是A1 203、 Si02，另外还含有数量不等的Fe203、CaO、MgO、Na 20、K20等。焦宝石是多种含铝硅酸盐的混 合物。主要化学成分是Α120 3和Si02两种氧化物，杂质主要为碱、碱土和铁、钛等的氧化物， 以及一些有机物。高岭岩，又称高岭土、瓷土、白土、观音土、陶土等，以A1 203和Si02为主要 成分。本发明对于所述矿物熟料即煤矸石、焦宝石和高岭岩中的一种或几种的组分和来源 不进行限定，可以为市售。优选的，所述矿物熟料由下列组分组成：
[0030] Al2〇3 35 wt %?49 wt %; Si〇2 50 wt %~56 wt %; Fe?〇3 0 wt %?3 wt %; K20 +Na?0 0 wt %~3 wt %; TiO 0 wt %~2 wt %;
[0031] 余量。
[0032] 现有技术中，水渣大都被用来制成：矿渣硅酸盐水泥、石膏矿渣水泥、石灰矿渣水 泥、矿渣砖、矿渣混凝土等。煤矸石、焦宝石以及高岭岩大都被制成化工产品、制成工艺品 等，综合发电是其最好的利用途径之一。并没有任何技术公开以水渣和煤矸石熟料制备硅 酸铝纤维，发明人创造性地发现，特定配比的水渣和煤矸石熟料可以用作原料制备硅酸铝 纤维，而且制备得到的硅酸铝纤维具有良好的保温、绝热性能，可在l〇〇〇°C以下使用，能够 满足电力、石化、冶金等大部分领域的绝热保温的需要。
[0033] 在本发明中，所述水渣熟料和矿物熟料的质量比优选为（1?50) : (1?90)，更优 选为（10 ?40) :(10 ?80)。
[0034] 得到水渣和矿物熟料后，将其混合熔融。本发明优选将所述水渣熟料破碎，优选 破碎至粒度不大于15mm的颗粒，本发明优选将所述矿物熟料破碎，优选破碎至粒度不大于 15mm的颗粒；而后将上述破碎后熟料混合，本发明对上述混合方式并没有特殊限制，能够 使得上述两种熟料混合均匀的混合方式均可。然后将混合物熔融。本发明优选在电阻炉或 电弧炉中对所述高岭岩熟料进行熔融，所述熔融的温度优选为2000°C?2400°C，更优选为 2100。。?2300。。。
[0035] 得到熔融液后，对所述熔融液进行成纤处理，即可得到硅酸铝纤维。在本发明中， 所述成纤处理可以为喷吹处理或离心甩丝。本发明对所述喷吹处理或离心甩丝没有任何限 制，能够得到硅酸铝纤维即可。
[0036] 本发明提供的硅酸铝纤维的制备方法以炼铁废弃物水渣熟料和煤矸石熟料为原 料制备硅酸铝纤维，不仅可在1000°c下使用，能够满足电力、石化、冶金等大部分领域的绝 热保温的需要，而且可代替玄武岩、矿渣使用，原料取自工业废弃物、成本较低，并且减少了 废弃物对于环境的污染。
[0037] 本发明还提供了一种上述技术方案提供的方法制备得到的硅酸铝纤维，即以将 水渣熟料和煤矸石熟料经熔融、成纤处理得到硅酸铝纤维；所述水渣由下列组分组成： Al2035. 0wt%~ 15wt%> Si0230wt%~ 40wt%> Ca036wt%~ 45wt%> Mg05wt%~ 10wt%> Fe2030wt % ?5wt %、K20+Na200wt % ?3wt %、TiOOwt % ?5wt %、余量；所述矿物熟料 由下列组分组成：Al20335wt % ?49wt %、Si0250wt % ?56wt %、Fe2030wt % ?3wt %、 K20+Na200wt%?3wt%、TiOOwt%?2wt%、余量。该方法制备得到的硅酸铝纤维的典型组 成可以为：
[0038] 30wt % ?45wt % 的 A1203 ;
[0039] 40wt% ?70wt% 的 Si02 ;
[0040] 5 ?15wt% 的 CaO ;
[0041] 1 ?12wt% 的 MgO;
[0042] Fe203、Na20 和 K20 的加和不超过 10wt % ;
[0043] 与上述制备方法制备的硅酸铝纤维在组成上具有相似之处，区别在于，该硅酸铝 纤维的组成与水渣和矿物熟料的组成相关，其他方面本申请在此不再赘述。
[0044] 本发明制备得到硅酸铝纤维后，还可将其加工成毯状、毡状、板状、组块、纺织品和 纸等硅酸铝纤维制品。
[0045] 本发明还提供了一种硅酸铝纤维制品，包括上述权利要求所述的硅酸铝纤维。
[0046] 本发明还提供了一种硅酸铝纤维制品的制备方法，包括上述权利要求任意一项所 述的制备方法。
[0047] 例如，一种硅酸铝纤维保温毯的制备方法，由上述权利要求所述的硅酸铝纤维或 上述权利要求所述的硅酸铝纤维的制备方法制备得到的硅酸铝纤维经过针刺工序制备得 到。
[0048] 本发明对所述针刺并无特殊限制，本领域技术人员熟知的制备纤维保温毯的针刺 工艺即可。采用本发明的制备工艺得到纤维保温毯的体积密度为64?160kg/m3。
[0049] 采用本发明的方法，制备得到的硅酸铝纤维性能指标如下：抗拉强度0.01? 0.061〇^、使用温度为500?9001：、渣球含量为5?16%、纤维平均直径1?6以111。1001： 导热系数为〇. 025?0. 035W/m. k、200°C导热系数为0. 040?0. 065W/m. k、400°C导热系数 为 0· 070 ?0· 100W/m· k、500°C导热系数为 0· 070 ?0· 100W/m· k。
[0050] 为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的硅酸铝纤维及其制备方 法进行描述，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0051] 实施例1
[0052] 将 20 %质量百分比组成为 Α12035· 0 %、Si0230wt %、Ca036wt %、Mg05wt %、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10 %的水渣熟料和80 %质量百分比组成为Al20335 %、 5;10250￥1:(%、？6203、1( 20、似20、110质量百分比总量〈10(%的煤砰石熟料破碎至粒度为15111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Α1 20334· 20%、Si0240. 05%、Ca05. 81wt%、Mg02. Olwt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维棉直径为Ιμπι?6μπι，纤维长度为5mm?100mm，渣球含量为16%。
[0053] 实施例2
[0054] 将 30 %质量百分比组成为 Α120310· 0 %、Si0235wt %、Ca040wt %、Mg08wt %、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10%的水渣熟料和70%质量百分比组成为Al 20340 %、 5;10253￥1:(%、？6203、1( 20、似20、110质量百分比总量〈10(%的煤砰石熟料破碎至粒度为14111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Α1 20334· 20%、Si0240. 05%、Ca05. 81wt%、Mg02. Olwt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维直径2 μ m?5 μ m，纤维长度30mm?60mm，渣球含量14%。
[0055] 实施例3
[0056] 将 40%质量百分比组成为 Α120315· 0%、Si0240wt%、Ca045wt%、Mg010wt%、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10 %的水渣熟料和60 %质量百分比组成为Al20349 %、 5;10256￥1:(%、？6203、1( 20、似20、110质量百分比总量〈10(%的煤砰石熟料破碎至粒度为13111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Al 20338. 20%、Si0247. 05%、Ca09. 81wt%、Mg03. 34wt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维直径1 μ m?6 μ m，纤维长度30mm?80mm，渣球含量12%。
[0057] 实施例4
[0058] 将 20 %质量百分比组成为 Α12035· 0 %、Si0230wt %、Ca036wt %、Mg05wt %、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10 %的水渣熟料和80 %质量百分比组成为Al20335 %、 5;[0250￥1:(%、？6203、1( 20、似20、110质量百分比总量〈10(%的焦宝石熟料破碎至粒度为15111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Α1 20334· 20%、Si0240. 05%、Ca05. 81wt%、Mg02. Olwt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维棉直径为Ιμπι?5μπι，纤维长度为5mm?100mm，渣球含量为16%。
[0059] 实施例5
[0060] 将 30 %质量百分比组成为 Α120310· 0 %、Si0235wt %、Ca040wt %、Mg08wt %、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10%的水渣熟料和70%质量百分比组成为Al 20340 %、 5;[0253￥1:(%、？6203、1( 20、似20、110质量百分比总量〈10(%的焦宝石熟料破碎至粒度为14111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Α1 20334· 20%、Si0240. 05%、Ca05. 81wt%、Mg02. Olwt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维直径1 μ m?5 μ m，纤维长度30mm?60mm，渣球含量14%。
[0061] 实施例6
[0062] 将 40%质量百分比组成为 Α120315· 0%、Si0240wt%、Ca045wt%、Mg010wt%、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10 %的水渣熟料和60 %质量百分比组成为Al20349 %、 5;[0256￥1:(%、？6203、1( 20、似20、110质量百分比总量〈10(%的焦宝石熟料破碎至粒度为13111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Al 20338. 20%、Si0247. 05%、Ca09. 81wt%、Mg03. 34wt%、其它成份质量百分比总 量〈10 %。纤维直径2 μ m?6 μ m，纤维长度30mm?80mm，渣球含量7 %。
[0063] 实施例7
[0064] 将 20 %质量百分比组成为 Α12035· 0 %、Si0230wt %、Ca036wt %、Mg05wt %、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10 %的水渣熟料和80 %质量百分比组成为Al20335 %、 51025(^%、？6203、1(20、似 20、110质量百分比总量〈10%的高岭岩熟料破碎至粒度为15111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Α1 20334· 20%、Si0240. 05%、Ca05. 81wt%、Mg02. Olwt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维棉直径为Ιμπι?5μπι，纤维长度为5mm?100mm，渣球含量为16%。
[0065] 实施例8
[0066] 将 30 %质量百分比组成为 Α120310· 0 %、Si0235wt %、Ca040wt %、Mg08wt %、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10%的水渣熟料和70%质量百分比组成为Al 20340 %、 Si0253wt%、Fe203、K20、Na 20、TiO质量百分比总量〈10%的高岭岩熟料破碎至粒度为14mm， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Α1 20334· 20%、Si0240. 05%、Ca05. 81wt%、Mg02. Olwt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维直径2 μ m?6 μ m，纤维长度30mm?60mm，渣球含量14%。
[0067] 实施例9
[0068] 将 40%质量百分比组成为 Α120315· 0%、Si0240wt%、Ca045wt%、Mg010wt%、Fe203、 K20、Na20、TiO质量百分比总量〈10 %的水渣熟料和60 %质量百分比组成为Al20349 %、 510256?七％、？6203、1(20、似 20、110质量百分比总量〈10%的高岭岩熟料破碎至粒度为13111111， 加入到电阻炉内，在2200°C下熔融；高温熔液通过高速离心装置甩丝成纤维棉，纤维棉化 学指标为：Al 20338. 20%、Si0247. 05%、Ca09. 81wt%、Mg03. 34wt%、其它成份质量百分比总 量〈10%。纤维直径Ιμπι?6μπι，纤维长度30mm?80mm，渣球含量5%。
[0069] 实施例10
[0070] 将实施例1?9制备的纤维棉制成纤维毯，测量其加热永久线变化，结果表明，实 施例1?3制备的纤维棉制成的纤维毯在600°C时，其加热永久线变化（收缩率）为2. 8 %; 实施例4?6制备的纤维棉制成的纤维毯在800°C时，其加热永久线变化（收缩率）为 2. 7%;实施例7?9制备的纤维棉制成的纤维毯在1000°C时，其加热永久线变化（收缩率） 为 2. 9%。
[0071] 实施例11
[0072] 对本发明实施例1?9制备的纤维棉制成纤维毯进行抗拉强度测定以及导热系数 的测定，结果见表1，
[0073] 表1本发明实施例1?9制备的纤维棉制成纤维毯进行抗拉强度测定以及导热系 数的测定
[0074]
【权利要求】
1. 一种硅酸铝纤维的制备方法，包括以下步骤： 将水渣熟料和矿物熟料经熔融、成纤处理得到硅酸铝纤维； 所述矿物选自煤矸石、焦宝石和高岭岩中的一种或几种。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水渣熟料和矿物熟料的质量比 为（1 ?50) :(1 ?90)。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水渣熟料由下列组分组成： AI2〇3 5.0 wt %~ 15 wt %; Si〇2 30 wt %-40wt %; CaO 36 wt %~45 wt %; MgO 5 wt %?10 wt %; Fe2〇3 0 wt %~5 wt %; K20 +Na20 0 wt %~3 wt %; TiO 0 wt %~5 wt %; 余量。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述矿物熟料由下列组分组成： Al2〇3 35 wt %~49 wt %; Si〇2 50 wt %?56 wt %; Fe2〇3 0 wt %~3 wt %; K20 +Na20 0 wt %~3 wt %; TiO 0 wt %~2 wt %; 余量。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述矿物熟料按照以下方法制备： 将矿物进行煅烧，得到矿物熟料。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为2000°C?2400°C。
7. -种硅酸铝纤维，其特征在于，由权利要求1?6任意一项所述的制备方法制备得 到。
8. -种硅酸铝纤维制品，其特征在于，包括权利要求7所述的硅酸铝纤维。
9. 一种硅酸铝纤维制品的制备方法，其特征在于，包括权利要求1?6任意一项所述的 制备方法。
【文档编号】C03C13/06GK104193163SQ201410407633
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】鹿成滨 申请人:鹿成滨