一种含硼成分的岩棉及其制备方法与流程

1.本发明涉及岩棉保温材料技术领域，特别是涉及一种含硼成分的岩棉及其制备方法。


背景技术：

2.岩棉是性能出众的建筑保温材料，具有保温、吸音、隔热、防火、透气等性能。在已具有成熟应用技术的所有外墙外保温材料中，唯一能够完全满足我国现行国家和行业标准中a级不燃的保温材料。
3.随着岩棉产能的不断扩大，节能降耗成为企业发展的重中之重。传统岩棉产品均采用优质玄武岩、白云石等为主要原材料，经1450℃以上高温熔化后，采用国际先进的四轴离心机高速离心成纤维，同时喷入一定量粘结剂、防尘油、憎水剂，经集棉机收集、通过摆锤法工艺，然后进行固化、切割，形成不同规格和用途的岩棉产品。如何降低冲天炉生产能耗成为节能改造的重点。
4.传统岩棉制备过程中，存在熔体温度高，并且熔体温度范围窄的缺陷，造成能耗较大，同时温度不容易控制。
5.专利申请“采用红土镍矿联产镍生铁和岩棉制品的工艺”(申请号：cn201510119518.1)文件中有如下叙述：为降低熔体的粘度，配料中常掺加一定量的白云石和块状高炉冷却渣，在熔炼过程中，为降低焦炭的消耗量，还需采用加热送风、富氧送风等手段。但是玄武岩等矿石受产地限制，长距离运输会增加成本，不能普遍发展岩棉产业。为了降低能耗，专利申请“用于岩棉熔体温度多点精确控制的纯氧燃烧系统”(申请号：cn201510601219.1)采用温度多点精确控制的纯氧燃烧系统，然而，仍无法彻底解决熔体温度高和范围窄的问题。
6.可见，现有岩棉生产方面存在改进空间。


技术实现要素：

7.为解决现有技术的以上缺陷，本发明提出一种含硼成分的岩棉及其制备方法，在作为保温材料的岩棉生产过程中，可有效的降低原材料的熔融温度，降低能耗，本发明采用了如下技术方案：
8.作为本发明的第一个方面，在于提供了一种含硼成分的岩棉，按重量份数计，包括以下组分：玄武岩40
‑
50份、白云石10
‑
20份、砖块20
‑
30份，矿渣5
‑
10份、焦炭10
‑
20份、含硼材料5
‑
10份，粘结剂6
‑
10份。
9.优选的，所述含硼材料为硼镁石、硼砂、硬硼钙石、硼钠解石一种或几种混合而成，含硼量在20
‑
50％。
10.更优选的，所述含硼材料为硬硼钙石。
11.优选的，所述粘结剂为酚醛树脂、氨水、憎水剂、偶联剂、软化水中的任意一种或多种混合物。
12.优选的，所述岩棉包括如下组分：
[0013][0014]
或者，优选的，所述岩棉包括如下组分：
[0015][0016]
或者，优选的，所述岩棉包括如下组分：
[0017][0018][0019]
或者，优选的，所述岩棉包括如下组分：
[0020][0021]
或者，优选的，所述岩棉包括如下组分：
[0022][0023]
优选的，所述玄武岩的的块度为100
‑
300mm，超粒度比例＜10％，酸度系数＞1.2，密度大于1.6g/cm3。
[0024]
优选的，所述白云石的的块度为60
‑
90mm，超粒度比例＜10％。
[0025]
优选的，所述砖块的的块度为100
‑
200mm，超粒度比例＜10％。所述的砖块按照如下步骤制得：砖块由回收废岩棉破碎，根据配方加入水泥进行混料，压制成型，然后进入经蒸养窑进行养护。
[0026]
其中，砖块中水泥添加比例为30
‑
45％，废棉添加比例为30
‑
40％，混料含水率在20
‑
30％。
[0027]
优选的，所述矿渣的块度为100
‑
150mm，超粒度比例＜10％。
[0028]
优选的，所述焦炭的的块度为200
‑
300mm，超粒度比例＜10％，热值大于6500k。
[0029]
作为本发明的第二个方面，在于提供了所述岩棉的制备方法，按照如下步骤：
[0030]
步骤1、将玄武岩、白云石、砖块、矿渣、焦炭和含硼材料按照重量比例分别称重，而后混合；
[0031]
步骤2、将混合后原料加入冲天炉中，保持冲天炉中温度在1300～1400℃范围内，使原料熔化得到熔体；
[0032]
步骤3、熔化的熔体经过四轮高速离心成纤，离心过程中喷洒粘结剂，粘结剂的喷洒量为6
‑
10份；喷洒速率2000
‑
3000l/h、喷洒温度为常温。
[0033]
步骤4、岩棉纤维经打褶加压后进入固化炉固化，而后切割，形成不同规格和用途的岩棉产品。
[0034]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0035]
本发明提供的岩棉成分及配比以及制备方法，使得岩棉生产过程中，原料的熔体温度从1450℃降至1350℃，熔体粘度在0.5
‑
2.5pas，最佳成纤温度的范围跨度随着10℃增加到40℃。同时，对含硼材料的岩棉纤维的表征表明，加入了硼材料后纤维的平均直径从5.6
±
0.45μm减至3.4
±
0.27μm，而将其抗拉强度从1700
±
80mpa增加至2100
±
100mpa。
[0036]
另外，本发明所提供的制备方法可使冲天炉的生产能耗降低10％左右，生产控制更加稳定，而且制得的岩棉制品质量提升。
具体实施方式
[0037]
为了充分说明本发明专利的制备思路和构思，在下述实施例中验证本发明说述的制备方法，这些实施例仅供举例说明和特例代表，不应被解释或理解为对本发明保护的限制。
[0038]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0039]
本发明中，超粒度比例为大于或小于块度尺寸的部分所占总体的比例。
[0040]
1，本发明采用的原料均为市售产品购买所得，如没有特殊说明，可以采用如下成分的原料：
[0041][0042][0043]
硼镁石含硼量低，使用成本高；硼砂和硼钠解石的含硼成分较高，但价格较高，因此，本发明实施例采用硬硼钙石研究不同添加量的产品性能。
[0044]
憎水剂采用岩棉憎水剂瓦克化学生产的silres bs 1042；偶联剂选自岩棉用硅烷偶联剂。
[0045]
2，本实施例采用的粘结剂为水溶性酚醛树脂，固含量在30
‑
50％，游离醛含量≤0.7％，游离酚含量≤1％。粘结剂采用酚醛树脂加水稀释后使用，含量为5～20％。
[0046]
3，本实施例采用的砖块，按照如下步骤制得：
[0047]
砖块由回收废岩棉破碎，根据配方加入水泥进行混料，压制成型，然后进入经蒸养窑进行养护。
[0048]
其中，砖块中水泥添加比例为30
‑
45％，废棉添加比例为30
‑
40％，混料含水率在20
‑
30％。
[0049]
废棉主要有生产线所产生的废棉，不合格岩棉板，回收的渣球，成分与岩棉板成分
一致；砖块添加主要是解决生产线所产生的的废棉，生产线生产的不合格产品粉碎后也进行制砖，然后再次熔融成棉，废物利用
[0050]
实施例1，一种含硼成分的岩棉保温材料的生产配方
[0051]
包括以下组分：
[0052]
玄武岩50份，块度为100
‑
300mm，超粒度比例8％，酸度系数1.35，密度为1.71g/cm3；
[0053]
白云石10份，块度为60
‑
90mm，超粒度比例8％；
[0054]
砖块20份，块度为100
‑
200mm，超粒度比例3％；水泥添加比例为20％，废棉添加比例为30％，混料含水率为20％；
[0055]
矿渣5份；
[0056]
焦炭18.1份；
[0057]
硬硼钙石5份，含硼量以三氧化二硼计为36.84％；
[0058]
粘结剂6份。
[0059]
实施例2，一种含硼成分的岩棉保温材料的生产配方
[0060]
包括以下组分：
[0061]
玄武岩40份，块度为100
‑
300mm，超粒度比例9％，酸度系数1.35，密度为1.71g/cm3；
[0062]
白云石20份，块度为60
‑
90mm，超粒度比例9％；
[0063]
砖块30份，块度为100
‑
200mm，超粒度比例5％；水泥添加比例为30％，废棉添加比例为20％，混料含水率为10％；
[0064]
矿渣10份；
[0065]
焦炭17.5份；
[0066]
硬硼钙石6份；
[0067]
粘结剂6份。
[0068]
实施例3，一种含硼成分的岩棉保温材料的生产配方
[0069]
包括以下组分：
[0070]
玄武岩45份，块度为100
‑
300mm，超粒度比例6％，酸度系数1.35，密度1.71g/cm3；
[0071]
白云石10份，块度为60
‑
90mm，超粒度比例6％；
[0072]
砖块20份，块度为100
‑
200mm，超粒度比例4％；水泥添加比例为28％，废棉添加比例为15％，混料含水率为15％；
[0073]
矿渣5份；
[0074]
焦炭17.8份；
[0075]
硬硼钙石7份；
[0076]
粘结剂6份。
[0077]
实施例4，一种含硼成分的岩棉保温材料的生产配方
[0078]
包括以下组分：
[0079]
玄武岩45份，块度为100
‑
300mm，超粒度比例10％，酸度系数1.35，密度为1.71g/cm3；
[0080]
白云石10份，块度为60
‑
90mm，超粒度比例10％；
[0081]
砖块20份，块度为100
‑
200mm，超粒度比例8％；水泥添加比例为24％，废棉添加比例为18％，混料含水率为15％；
[0082]
矿渣5份；
[0083]
焦炭17.6份；
[0084]
硬硼钙石8份；
[0085]
粘结剂6份。
[0086]
实施例5，一种含硼成分的岩棉保温材料的生产配方
[0087]
包括以下组分：
[0088]
玄武岩45份，块度为100
‑
300mm，超粒度比例7％，酸度系数1.35，密度为1.71g/cm3；
[0089]
白云石10份，块度为60
‑
90mm，超粒度比例7％；
[0090]
砖块20份，块度为100
‑
200mm，超粒度比例5％；水泥添加比例为26％，废棉添加比例为18％，混料含水率为16％；
[0091]
矿渣5份；
[0092]
焦炭16.9份；
[0093]
硬硼钙石10份；
[0094]
粘结剂6份。
[0095]
对比例1：
[0096]
采用如下组分的岩棉配方为：
[0097][0098]
实施例6：岩棉的制备方法，按照如下步骤：
[0099]
步骤1、将玄武岩、白云石、砖块、矿渣、焦炭和含硼材料按照重量比例分别称重，而后混合；
[0100]
步骤2、将混合后原料加入冲天炉中，保持冲天炉中温度在1300～1500℃范围内，使原料熔化得到熔体；
[0101]
步骤3、熔化的熔体经过四轮高速离心成纤，离心过程中喷洒粘结剂，粘结剂的喷洒量6
‑
10份；喷洒速率2000
‑
3000l/h、喷洒温度为常温。
[0102]
步骤4、岩棉纤维经打褶加压后进入固化炉固化，而后切割，形成不同规格和用途的岩棉产品。
[0103]
将实施例1～5及对比例1分别按照实施例6提供的制备方法制备岩棉产品，并检测岩棉产品的抗拉强度和导热系数，结果汇总如下表所示：
[0104]
其中，岩棉成品抗拉强度检测根据岩棉标准《gb/t25975
‑
2018》。
[0105]
导热系数检测方法或标准为《gb/t25975
‑
2018》
[0106]
平均纤维直径标准为《gb/t5480
‑
2017》
[0107]
表2实施例1～5及对比例1制得的岩棉产品能耗和性能对照表
[0108] 熔体温度焦炭用量岩棉抗拉度平均纤维直径导热系数实施例11400℃
‑
1430℃18.1份197kpa4.55um0.039w/(m
·
k)实施例21390℃
‑
1415℃17.5份224kpa4.38um0.0381w/(m
·
k)实施例31385℃
‑
1412℃17.8份202kpa4.11um0.0363w/(m
·
k)实施例41368℃
‑
1398℃17.6份235kpa3.85um0.0361w/(m
·
k)实施例51350℃
‑
1390℃16.9份252kpa3.37um0.0342w/(m
·
k)对比例11450℃
‑
1460℃18.6份150kpa4.82um0.0410w/(m
·
k)
[0109]
表格中焦炭用量为提供热量的焦炭量，关系生产耗能大小。
[0110]
熔体温度为从冲天炉虹吸口出来的熔体表观温度。
[0111]
通过对比可见，采用本发明提供的含硼成分的岩棉配方和制备方法，冲天炉的生产能耗降低10％左右，生产成本明显降低，生产控制更加稳定，而且制得的岩棉制品强度增加。
[0112]
熔体粘度在0.5
‑
2.5pas时，熔体被离心所产生的岩棉纤维最好，熔体粘度过小过大，均难以成纤；熔体粘度是随着熔体温度的升高而降低的，现有技术，在熔体粘度在0.5
‑
2.5pas时，熔体温度为1450
‑
1460℃，加入适量的含硼材料，熔体粘度在0.5
‑
2.5pas时，熔体温度在1350
‑
1390℃，范围更宽，生产中更容易控制。
[0113]
分析可能的原因如下：在岩棉成分中，二氧化硅的含量占比在45％以上，含硼材料b
‑
o四面体与sio2的s
‑
o四面体直接连接，在连接过程中使原来的正四面体构型发生变化，导致sio2本身稳定性下降，从而降低其熔融温度。
[0114]
现有技术中，熔体需要升温到1450℃左右才有合适的粘度，而且范围较窄；而加入含硼材料后，熔体只需要升温到1350℃，所需要的焦炭量降低，降低能耗。
[0115]
岩棉生产过程中，由于熔体的最佳成纤的温度范围扩大，熔体粘度更稳定，因此产生的岩棉纤维更均匀。岩棉纤维均匀也降低了传热系数，主要是因为纤维均匀后，岩棉材料中空间均匀，有利于热量的散失和辐射。传热系数小，热量传递慢，保温效果好。
[0116]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。