专利名称：固体废弃物赤泥超细纤维及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种利用固体废弃物制造超细纤维的方法，特别涉及 利用高碱性的废弃赤泥制备超细纤维的工艺方法。
技术背景我国工业生产过程的无机固态残留物、废弃物及建筑垃圾等， 统称为无机固废物，每年排放量达亿吨之多。如，被称为赤泥的固 废物，来自以高含量的铝矿物为原料提炼生产铝粉或氢氧化铝后余留下的大量浅红色残渣，具强碱性，pH值在13 14，其中以苛性 钠(NaOH)为代表的碱性混合物含量高于10%。典型的赤泥元素测 定值为氧(0) 36.6%、钠(Na) 9. 1%、铁(Fe) 9. 3%，钙(Ca) 11. 9 %，铝(Al)16. 1%，硅(Si) 11.7%,其余为微量的K、 Ti等。 以这种高碱性的混杂无机化合物为土壤基质的环境，不适合于植物 生长、也不亦微生物生长，长期堆放浪费土地并造成生态恶化，且 污染水源及环境。如果能采用特殊的加工技术，充分利用其中有用 组份，仍有其循环应用价值。但是，赤泥因含强碱性组份，与通常 的矿渣、玄武岩、粉煤灰等不同，不能直接应用于制砖、水泥、铺 路，并因高腐蚀性造成提炼其中有用的元素或组份需要花费昂贵的 代价。因此，赤泥除了屯积堆放，占用土地、污染水源，至今无法 获得有价值的应用。本发明要解决的问题是，通过一种较经济的方法，改造赤泥的 高碱性特点，并通过组份调配使赤泥转变成能够满足制造超细纤维 的原料，再通过适当的高温熔化和控制成纤相结合的工艺，使赤泥 不仅在化学性质上"变性"，在物理形态上也"变身"，从高碱性的、无序的废弃物状态.变成低碱性的、有序的超细纤维，实现赤 泥作为再生资源的利用。当赤泥超细纤维具一定的细度和长度时， 通过实施各种表面处理技术，可实现各种应用，如制作纸浆、制备 保温隔音隔热材料和节能墙体材料、制造轻质阻燃建筑屋内吊顶、 制造纤维增强树脂的复合材料、工业过滤材料，用于改善国产沥青 低温开裂高温软化的低劣性能等。充分利用这样的无机固废物作为 再循环资源，这将为社会带来不可估量的效应，有着明显的经济价 值和社会意义。 发明内容本发明需要解决的技术问题是公开一种废弃物赤泥改性的方 法，以及用改性赤泥制备一种表面低碱性、具一定直径和长度、强度 的超细纤维，以发挥赤泥的应用价值。本发明的技术原理是先进行化学改性，通过使用酸性物质与 赤泥中的碱性物质发生中和反应，使赤泥的pH值降低；再进行物理 改性，通过添加组份调配剂，提高赤泥的氧化硅含量，使之具备成纤 的物质结构和组份条件；然后在加工助剂包括助流剂、增白剂的作用 下，赤泥混合物料在高温下成为熔体；接着，熔体在流动状态下同时 经历高速切线运动和降温过程，快速定型成为超细纤维；进一步经冷 却和表面处理，制造成适合各种应用的超细纤维。' 本发明的方法包括如下步骤在工业废弃物赤泥中添加入中和剂，搅拌反应后，加入组份调配 剂、助流剂、增白剂，拌和均匀后，物料通过计量均匀地连续输入到 管式熔化炉中，高温下转变成熔融态，控制料液熔体的粘度，经流道 连续输出，下落至高速辊轮进行离心甩丝，然后喷洒冷却剂，再喷洒 表面涂覆剂，制得赤泥超细纤维。所说的中和剂为无机中和剂或/和有机中和剂，无机中和剂和有 机中和剂的总量以废弃物赤泥的总重量计为3~8%;无机中和剂为具酸性的无机化合物，选自盐酸、磷酸、硫酸、高'氯酸中的一种或其混合物，最优选的无机中和剂为盐酸；有机中和剂为带酸性的有机化合物，选自甲酸、乙酸、乙二酸、 对甲苯磺酸中的一种或其混合物，最优选的有机中和剂为乙酸。所说的组份调配剂选自含硅无机化合物或混合物，包括硅灰石、 硅藻土、石英砂、珍珠岩、膨润土中的一种或其混合物，最优选的调 配剂为硅藻土；调配剂总量以赤泥的总重量计为10~25%;所说的助流剂选自滑石、海泡石、凹凸棒石中的一种或其混合 物；最优选的助流剂为滑石；助流剂总量以赤泥的总重量计为1 5%;所说的增白剂选自钛白粉、立德粉、重晶石中的一种或其混合 物，最优选的增白剂为钛白粉；钛白粉总量以赤泥的总重量计为0.5 ~ 3%;上述各种添加剂，天然矿石类型的均可采用原始矿石，无需经过提纯加工；合成化合物类型的均可采用工业级的，无需高纯度级别。 所说的冷却剂选自酸性稀溶液，包括醋酸稀溶液、盐酸稀溶液、硫酸稀溶液、磷酸稀溶液中的一种或其混合物，最优选的冷却剂为醋酸稀溶液；稀溶液的重量百分浓度小于1%;冷却剂可以循环使用； 所说的表面涂覆剂选自高分子乳液，包括聚丙烯酸胶乳液、聚醋酸乙烯酯胶乳液、丁苯胶乳液、聚二甲基硅烷硅油乳液中的一种或其混合物；表面涂覆剂可以循环使用；可根据目标纤维产物的用途不同，选择喷洒不同的表面涂覆剂，以满足后续应用的要求。例如赤泥超细纤维用作造纸时，最优选聚醋酸乙烯酯胶乳作涂覆剂；赤泥超细纤维用作吸附材料、过滤材料时，最优选聚丙烯酸胶乳作涂覆剂；赤泥超细纤维用作隔热、隔音、保温、保冷时，最优选丁苯胶乳; 赤泥超细纤维用作绝缘材料时、最优选聚二甲基硅垸硅油乳液。 所说的工业废弃物赤泥包括干态赤泥和湿态赤泥，优选干态赤泥。 在本发明技术方案中，组份调配后的赤泥物料输入到熔化炉中不需要造粒，呈粉状的、粒状的、块状的物料，均可直接加入熔化炉中熔融。在本发明技术方案中，熔化炉采用连续的管道式结构的熔化炉。 在本发明技术方案中，熔化温度为1100 140(TC，最优选的温度 为1200~1300°C。在本发明技术方案中，成纤方式采用4个辊轮并列成两排在高速 旋转下离心甩丝的方式。按照本发明技术所制得的赤泥超细纤维直径为2 8um，长度为 1 13cm。在最优选的工艺条件中所制得的赤泥超细纤维直径为3 5u m，长度为8 13cm;湿纤维表面的pH值为8 9;纤维收率70 85%。 本发明技术将固体废弃物赤泥进行改性和调配，再成纤，赋予赤 泥以超细纤维的形式出现，所采用的各种添加剂原料均为价格低廉的 原矿物或无机物，其造价较低。赤泥超细纤维在制造纸浆材料、隔绝 性材料、吸脱附材料、复合板材料等方面有很好的用途。本发明技术 使赤泥走上循环利用之路，可节省一部分自然资源，其经济意义是显 而易见的。
具体实施方式
实施例1取来自焦作的赤泥100份(按重量计，后述相同)，加入3.6%(重 量含量，后述相同)盐酸水溶液120份、3%甲酸水溶液10份，搅 拌10分钟后，沉淀、移除面层水份；加入硅灰石粉料20份、滑石粉 料3份、钛白粉1份，拌和均匀后，经计量装置均匀地连续输入到管 式熔化炉中，温度达到115(TC后，维持10分钟，放料，熔体下落到 正在高速转动的两排4辊轮机上甩出成纤；在距离辊轮机5米处履带 输送纤维处，用O. 1%醋酸水溶液IOOO份喷淋纤维，接着在距离辊 轮机8米处喷洒固含量为5%的聚醋酸乙烯酯胶乳液80份；收集纤 维。测定纤维的平均直径为4ym，长度为8 13cm，用精密pH试纸测 得湿纤维表面pH值为8.2;纤维收率79%。 所得纤维适合于制造纸浆。实施例2取来自焦作的赤泥100份(按重量计，后述相同)，加入4% (重 量含量，后述相同)磷酸水溶液100份、3%乙酸水溶液10份，搅 拌10分钟后，沉淀、移除面层水份；加入石英砂15份、海泡石粉料 2份、立德2份，拌和均匀后，经计量装置均匀地连续输入到管式熔 化炉中，温度达到125(TC后，维持10分钟，放料，熔体下落到正在 高速转动的两排4辊轮机上甩出成纤；在距离辊轮机5米处履带输送 纤维处，用0. 1%盐酸水溶液1000份喷淋纤维，接着在距离辊轮机8 米处喷洒固含量为5%的聚丙烯酸乳液80份；收集纤维。测定纤维的平均直径为5um，长度为5 10cm，用精密pH试纸测 得湿纤维表面pH值为8. 6;纤维收率76%。所得纤维适合于制造过滤、吸附材料。实施例3取来自焦作的赤泥100份(按重量计，后述相同)，加入3% (重
量含量，后述相同)高氯酸水溶液80份、3%乙二酸水溶液30份，搅拌10分钟后，沉淀、移除面层水份；加入膨润土25份、凹凸棒土5份、重晶石粉料3份，拌和均匀后，经计量装置均匀地连续输入到管式熔化炉中，温度达到135(TC后，维持10分钟，放料，熔体下落到正在高速转动的两排4辊轮机上甩出成纤；在距离辊轮机5米处履带输送纤维处，用0. 1%磷酸水溶液1000份喷淋纤维，接着在距离辊轮机8米处喷洒固含量为5%的丁苯胶乳80份；收集纤维。
测定纤维的平均直径为8um，长度为3 8cm，用精密pH试纸测得湿纤维表面pH值为8.4;纤维收率83%。所得纤维适合于制造隔音、隔热材料。
实施例4
取来自焦作的赤泥100份(按重量计，后述相同)，加入8% (重量含量，后述相同)硫酸水溶液90份、3%对甲苯磺酸水溶液20份，搅拌10分钟后，沉淀、移除面层水份；加入珍珠岩10份、凹凸棒土4份、重晶石粉料3份，拌和均匀后，经计量装置均匀地连续输入到管式熔化炉中，温度达到138(TC后，维持10分钟，放料，熔体下落到正在高速转动的两排4辊轮机上甩出成纤；在距离辊轮机5米处履带输送纤维处，用0. 1%硫酸水溶液1000份喷淋纤维，接着在距离辊轮机8米处喷洒固含量为5%的的聚二甲基硅烷硅油乳液80份;收集纤维。
测定纤维的平均直径为6ym，长度为1 9cm，用精密pH试纸测得湿纤维表面pH值为8. 8;纤维收率73%。所得纤维适合于制造绝缘材料。
权利要求
1. 一种以赤泥为原料制造超细纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤在工业废弃物赤泥中加入中和剂进行反应，再加入调配剂、助流剂、增白剂，拌和后物料连续输入到管式高温熔化炉中，熔融后放料，熔体连续输出下落至高速辊轮机经历离心甩丝成纤，然后喷洒冷却剂，再喷洒表面涂覆剂，制得赤泥超细纤维。所说的中和剂为无机中和剂或/和有机中和剂，无机中和剂选自盐酸、磷酸、硫酸、高氯酸中的一种或其混合物；有机中和剂选自甲酸、乙酸、乙二酸、对甲苯磺酸中的一种或其混合物；无机中和剂和有机中和剂的总量以赤泥的总重量计为3～8％；所说的调配剂选自硅灰石、硅藻土、石英砂、珍珠岩、膨润土中的一种或其混合物，调配剂总量以赤泥的总重量计为10～25％；所说的助流剂选自滑石、海泡石、凹凸棒石中的一种或其混合物，助流剂总量以赤泥的总重量计为1～5％；所说的增白剂选自钛白粉、立德粉、重晶石中的一种或其混合物，增白剂总量以赤泥的总重量计为0.5～3％；所说的冷却剂选自醋酸稀溶液、盐酸稀溶液、硫酸稀溶液、磷酸稀溶液中的一种或其混合物，稀溶液的重量百分浓度小于1％，冷却剂循环使用；所说的表面涂覆剂选自聚醋酸乙烯酯胶乳液、聚丙烯酸胶乳液、丁苯胶乳液、聚二甲基硅烷硅油乳液中的一种或其混合物，表面涂覆剂循环使用。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的工业废弃物 赤泥包括干态赤泥和湿态赤泥。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥物料直接输入到熔化炉中不需要造粒。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥物料在1100 1400°C条件下熔融。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，赤泥熔体成纤采 用4个辊轮并列成两排在高速旋转下离心甩丝方式。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所制得的赤泥超 细纤维直径为2 8 ii m，长度为1 13cm;湿纤维表面的pH值为8 9; 纤维收率70 85%。
全文摘要
一种利用工业废弃物赤泥制造超细纤维的工艺方法，包括如下步骤在工业废弃物赤泥中加入反应剂进行中和反应，再加入调配剂、助流剂、增白剂，拌和后物料连续输入到管式高温熔化炉中，熔融后放料，熔体连续输出流经高速辊轮进行离心甩丝，然后喷洒冷却剂，再喷洒表面涂覆剂，制得赤泥超细纤维。本发明的制造方法适合于工业化生产，本发明赋予废弃物赤泥以超细纤维的功能性，可实施各种应用，如制作纸浆、制备保温隔音隔热材料和节能墙体材料、制造轻质阻燃建筑屋内吊顶、工业过滤材料等，有着明显的经济价值和社会意义。
文档编号B09B3/00GK101519272SQ200910048598
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者王彦华, 陈建定 申请人:华东理工大学