一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维及其制备方法，所述原料组分包括：按整个玻璃纤维的质量百分比，40-75％高炉矿渣、20-40％SiO2、2-8％Al2O3、4-6％B2O3、0-1％MgO、0-4％CaO、1-3％Na2O、0-1％添加剂。制备方法：称取原料后进行研磨、混匀，得到混合料，然后将混合料加到坩埚中，并置于熔化炉中；在1550-1600℃温度下，熔制3-4h，得到玻璃液，然后进行水淬处理，得到矿渣玻璃；将上述矿渣玻璃经清洗、挑选、去污后，进行拉丝，烘干，得到玻璃纤维。本发明开发出的矿渣玻纤产品具有非常大的经济效益、环境效益和社会效益。
【专利说明】一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于玻璃纤维材料及其制备领域，特别涉及一种以高炉矿渣为原料的玻璃 纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 高炉矿渣是高炉炼铁过程中的一种主要副产品。我国每年的高炉矿渣产出量十分 巨大，以2013年为例，我国生铁总产量达70897万吨，单位生铁的出渣量按0. 35t计算， 则可产生高炉渣24814万吨。高炉矿渣大致有下列用途：固态干（块）渣主要用于修筑公 路、铁路、地基工程、熔炼矿棉的原料或作混凝土骨料，水淬渣大量用作水泥混合材（填料） 等。这些用途所创造的经济效益较小，还会造成一定的环境污染。
[0003] 实验研究发现，高炉矿渣的成分和玻璃纤维的成分较为相似，即高炉矿渣制造玻 璃纤维是具有可行性的。如将高炉矿渣制备成玻璃纤维，将给企业带来巨大的经济效益、环 保效益和社会效益。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维及其制备 方法，该发明将高炉矿渣和配合料添加剂按E玻璃成分配比，进而熔制和拉丝。形成经济效 益较高的矿渣玻璃纤维制品。
[0005] 本发明的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维，所述原料组分包括：按整个玻璃纤 维的质量百分比，40-75%高炉矿渣、20-40% Si02、2-8% Al203、4-6% B203、0-1% Mg0、0-4% Ca0、l-3% Na20、0-1%添加剂。
[0006] 所述添加剂为玻璃澄清剂。
[0007] 所述玻璃澄清剂为Sb203、CeO2中的一种或几种。
[0008] 本发明的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维的制备方法，包括：
[0009] (1)称取原料后进行研磨、混匀，得到混合料，然后将混合料加到坩埚中，并置于熔 化炉中；
[0010] (2)在1550-1600°c温度下，熔制3-4h，得到玻璃液，然后进行水淬处理，得到矿渣 玻璃；
[0011] (3)将上述矿渣玻璃经清洗、挑选、去污后，进行拉丝，并在拉丝过程中涂覆浸润 齐U，烘干，得到玻璃纤维。
[0012] 所述步骤（3)中拉丝的工艺参数为：1350°C下保温2小时，拉丝温度为1250? 1340,玻璃纤维在85?110下烘干6?12小时。
[0013] 所述步骤⑶中去污后，加入到钼铑合金坩埚内，升温到1350°C后保温2小时后， 然后根据玻璃液粘度在1250?1340°C进行拉丝，并在拉丝过程中涂覆浸润剂，拉好的玻璃 纤维在85?IKTC下烘干6?12小时。
[0014] 有益效果
[0015] (1)本发明以高炉矿渣为主要原料制备玻璃纤维，将制得的矿渣玻纤和E玻纤进 行各项物化性能对比；结果发现其性能与E玻璃纤维相当，甚至可以超过E玻纤；
[0016] (2)本发明开发出的矿渣玻纤产品具有非常大的经济效益、环境效益和社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1为50 %矿渣含量玻纤的XRD图样；
[0018] 图2为矿渣含量为50 %的玻璃纤维在X 6100倍SEM图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0020] 实施例1
[0021] (a)按照表1配方，将各种原料按配比称量，原料中的SiO2, A1203、B203、MgO、CaO、 Na 20、Sb2O3,分别以石英砂、Al (0H)3、H3B03、MgC03、CaC03、纯碱、Sb 2O3形式引入，以上引入物 纯度均为化学纯。
[0022] 原料称重为：2. 4g Sb203、321. I g Si02、61. 5 g Al203、48 g B203、8 g Mg0、32. I g Ca0、24 g Na20。矿渣的质量百分含量为40%。
[0023] 原料中的高炉矿渣取某炼铁厂高炉矿渣，其组分如表2。分别将配合料用研钵进行 研磨，混合均匀。
[0024] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0025] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0026] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0027] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在1250°C进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在85°C下烘干12小时，送至坩埚内。用高温拉丝装置进行 拉丝，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0028] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0029] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为3. 61cN/dteX
[0030] 实施例2
[0031] (a)原料称重（单位为 g)为：2.4 Sb203、306.2 Si02、55.2 Al203、48 B203、5 MgO、 16Ca0、24 Na20。矿渣的质量百分含量为45%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0032] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0033] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0034] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0035] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在1260°C进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在90°C下烘干12小时，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0036] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0037] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为3. 62cN/dteX
[0038] 实施例3
[0039] (a)原料称重（单位为 g)为：2.4 Sb203、366.5 Si02、61. I Al203、48 B203、2 MgO、 lCa0、24 Na20。矿渣的质量百分含量为50%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0040] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0041] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0042] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0043] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在1280°C进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在90°C下烘干11小时，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0044] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0045] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为3. 68cN/dtex
[0046] 实施例4
[0047] (a)原料称重（单位为 g)为：2.4 Sb203、280. I Si02、42.6 Al203、48 B203、0 MgO、 OCaO、24 Na20。矿渣的质量百分含量为55%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0048] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0049] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0050] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0051] (e)将步骤⑷得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在1300°C进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在90°C下烘干11小时，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0052] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0053] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为3. 91cN/dtex
[0054] 实施例5
[0055] (a)原料称重（单位为 g)为：2. 4 Sb203、267 Si02、36. 3 Al203、48 B203、0 MgO、 OCaO、24 Na20。矿渣的质量百分含量为60%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0056] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0057] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0058] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0059] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在13KTC进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在95°C下烘干10小时，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0060] ⑴将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0061] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为4. 92cN/dteX
[0062] 实施例6
[0063] (a)原料称重（单位为 g)为：2.4 Sb203、253.9 Si02、29.9 Al2〇3、48 B2〇3、0 MgO、 OCaO、24 Na20。矿渣的质量百分含量为65%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0064] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0065] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0066] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0067] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，送至坩埚内。用高温拉 丝装置进行拉丝，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0068] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0069] 实施例7
[0070] (a)原料称重（单位为 g)为：2.4 Sb203、240.8 Si02、23.6 Al2〇3、48 B2〇3、0 MgO、 OCaO、24 Na20。矿渣的质量百分含量为70%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0071] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0072] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0073] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0074] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在1320°C进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在ll〇°C下烘干8小时，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0075] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0076] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为6. 26 cN/dtex
[0077] 实施例8
[0078] (a)原料称重（单位为 g)为：2.4 Sb203、227.7 Si02、17.3 Al203、48 B203、0 MgO、 OCaO、24 Na20。矿渣的质量百分含量为75%，分别将配合料用研钵进行研磨，混合均匀。
[0079] (b)将步骤（a)的配合料加到石英坩埚中，将坩埚至于熔化炉中。
[0080] (c)在1550°C?1600°C炉温下熔制3?4h，待玻璃液经澄清、均化。
[0081] (d)将高温玻璃液进行水淬处理，得到矿渣玻璃。
[0082] (e)将步骤（d)得到的矿渣玻璃经过清洗、挑选和去污后，加入到钼铑合金坩埚 内，升温到1350°C后保温2小时后，然后根据玻璃液粘度在1340°C进行拉丝，并在拉丝过程 中涂覆浸润剂，拉好的玻璃纤维在IKTC下烘干8小时，制取相应的矿渣玻璃纤维。
[0083] (f)将步骤（e)得到的矿渣玻璃纤维进行烘干，分别按编号包装后保存。
[0084] (g)测试发现该玻璃纤维的拉伸强度为8. 13 cN/dtex
[0085] 对按照上述工艺步骤制备的矿渣玻纤进行以下测试（实施例1-8):
[0086] (1)以上实施的玻璃纤维的拉伸强度见表3 :经测试其强度由3. 61cN/dteX逐渐增 加到8. 13cN/dteX。E玻纤的强度为3. 71 cN/dtex，与50%矿渣玻纤强度相当。
[0087] (2)XRD :图1为矿渣含量为50%的矿渣玻纤样品的X衍射图谱，从中可以看出玻 纤样品中没有存在晶体特征峰，以"馒头峰"形式出现。根据图示说明的结果可以发现不同 含量的矿渣的引入对纤维拉丝过程中并未造成任何析晶现象。可以得出结论是，矿渣引入 将不会对拉丝工艺造成影响。
[0088] (3)扫描电镜分析：图2为矿渣含量为50%的玻纤扫描电镜图，经过拉丝制得的矿 渣玻璃纤维表面完整，表面未经过浸润剂涂覆，没有出现任何结构缺陷。拉丝工艺中拉丝速 度为3000r/min，经过SEM测得的纤维直径为10 μ m。
[0089] 表1高炉矿渣玻璃纤维配合料成分表
[0090]
【权利要求】
1. 一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维，其特征在于：所述原料组分包括：按整个玻璃 纤维的质量百分比，40-75%高炉矿渣、20-40%510 2、2-8%六1203、4-6%8203、0-1%]\%0、 0-4% CaO、l-3% Na20、0-1%添加剂。
2. 根据权利要求1所述的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维，其特征在于：所述添加 剂为玻璃澄清剂。
3. 根据权利要求2所述的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维，其特征在于：所述玻璃 澄清剂为Sb203、CeO 2中的一种或几种。
4. 一种如权利要求1-3任一所述的以高炉矿渣为原料的玻璃纤维的制备方法，包括： (1) 称取原料后进行研磨、混匀，得到混合料，然后将混合料加到坩埚中，并置于熔化炉 中； (2) 在1550-1600°C温度下，熔制3-4h，得到玻璃液，然后进行水淬处理，得到矿渣玻 璃； (3) 将上述矿渣玻璃经清洗、挑选、去污后，进行拉丝，烘干，得到玻璃纤维。
5. 根据权利要求4所述的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维的制备方法，其特征在 于：所述步骤（3)中拉丝过程中涂敷浸润剂。
6. 根据权利要求4所述的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维的制备方法，其特征在 于：所述步骤（3)中拉丝的具体工艺参数为：1350下保温2小时，拉丝温度为1250?1340。
7. 根据权利要求4所述的一种以高炉矿渣为原料的玻璃纤维的制备方法，其特征在 于：所述步骤（3)中烘干温度为85?110,时间为6?12小时。
【文档编号】C03B37/02GK104310788SQ201410503821
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】汪庆卫, 宁伟, 马卓识, 丁林峰, 罗理达, 李金龙 申请人:东华大学