一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維及其制備方法，所述原料組分包括：按整個玻璃纖維的質(zhì)量百分比，40-75％高爐礦渣、20-40％SiO2、2-8％Al2O3、4-6％B2O3、0-1％MgO、0-4％CaO、1-3％Na2O、0-1％添加劑。制備方法：稱取原料后進行研磨、混勻，得到混合料，然后將混合料加到坩堝中，并置于熔化爐中；在1550-1600℃溫度下，熔制3-4h，得到玻璃液，然后進行水淬處理，得到礦渣玻璃；將上述礦渣玻璃經(jīng)清洗、挑選、去污后，進行拉絲，烘干，得到玻璃纖維。本發(fā)明開發(fā)出的礦渣玻纖產(chǎn)品具有非常大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。
【專利說明】一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于玻璃纖維材料及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種以高爐礦渣為原料的玻璃 纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爐礦渣是高爐煉鐵過程中的一種主要副產(chǎn)品。我國每年的高爐礦渣產(chǎn)出量十分 巨大，以2013年為例，我國生鐵總產(chǎn)量達70897萬噸，單位生鐵的出渣量按0. 35t計算， 則可產(chǎn)生高爐渣24814萬噸。高爐礦渣大致有下列用途：固態(tài)干（塊）渣主要用于修筑公 路、鐵路、地基工程、熔煉礦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。這些用途所創(chuàng)造的經(jīng)濟效益較小，還會造成一定的環(huán)境污染。
[0003] 實驗研究發(fā)現(xiàn)，高爐礦渣的成分和玻璃纖維的成分較為相似，即高爐礦渣制造玻 璃纖維是具有可行性的。如將高爐礦渣制備成玻璃纖維，將給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益、環(huán) 保效益和社會效益。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維及其制備 方法，該發(fā)明將高爐礦渣和配合料添加劑按E玻璃成分配比，進而熔制和拉絲。形成經(jīng)濟效 益較高的礦渣玻璃纖維制品。
[0005] 本發(fā)明的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維，所述原料組分包括：按整個玻璃纖 維的質(zhì)量百分比，40-75%高爐礦渣、20-40% Si02、2-8% Al203、4-6% B203、0-1% Mg0、0-4% Ca0、l-3% Na20、0-1%添加劑。
[0006] 所述添加劑為玻璃澄清劑。
[0007] 所述玻璃澄清劑為Sb203、CeO2中的一種或幾種。
[0008] 本發(fā)明的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維的制備方法，包括：
[0009] (1)稱取原料后進行研磨、混勻，得到混合料，然后將混合料加到坩堝中，并置于熔 化爐中；
[0010] (2)在1550-1600°c溫度下，熔制3-4h，得到玻璃液，然后進行水淬處理，得到礦渣 玻璃；
[0011] (3)將上述礦渣玻璃經(jīng)清洗、挑選、去污后，進行拉絲，并在拉絲過程中涂覆浸潤 齊U，烘干，得到玻璃纖維。
[0012] 所述步驟（3)中拉絲的工藝參數(shù)為：1350°C下保溫2小時，拉絲溫度為1250? 1340,玻璃纖維在85?110下烘干6?12小時。
[0013] 所述步驟⑶中去污后，加入到鉬銠合金坩堝內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后， 然后根據(jù)玻璃液粘度在1250?1340°C進行拉絲，并在拉絲過程中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃 纖維在85?IKTC下烘干6?12小時。
[0014] 有益效果
[0015] (1)本發(fā)明以高爐礦渣為主要原料制備玻璃纖維，將制得的礦渣玻纖和E玻纖進 行各項物化性能對比；結(jié)果發(fā)現(xiàn)其性能與E玻璃纖維相當(dāng)，甚至可以超過E玻纖；
[0016] (2)本發(fā)明開發(fā)出的礦渣玻纖產(chǎn)品具有非常大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為50 %礦渣含量玻纖的XRD圖樣；
[0018] 圖2為礦渣含量為50 %的玻璃纖維在X 6100倍SEM圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。
[0020] 實施例1
[0021] (a)按照表1配方，將各種原料按配比稱量，原料中的SiO2, A1203、B203、MgO、CaO、 Na 20、Sb2O3,分別以石英砂、Al (0H)3、H3B03、MgC03、CaC03、純堿、Sb 2O3形式引入，以上引入物 純度均為化學(xué)純。
[0022] 原料稱重為：2. 4g Sb203、321. I g Si02、61. 5 g Al203、48 g B203、8 g Mg0、32. I g Ca0、24 g Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為40%。
[0023] 原料中的高爐礦渣取某煉鐵廠高爐礦渣，其組分如表2。分別將配合料用研缽進行 研磨，混合均勻。
[0024] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0025] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0026] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0027] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在1250°C進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在85°C下烘干12小時，送至坩堝內(nèi)。用高溫拉絲裝置進行 拉絲，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0028] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0029] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為3. 61cN/dteX
[0030] 實施例2
[0031] (a)原料稱重（單位為 g)為：2.4 Sb203、306.2 Si02、55.2 Al203、48 B203、5 MgO、 16Ca0、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為45%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0032] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0033] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0034] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0035] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在1260°C進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在90°C下烘干12小時，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0036] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0037] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為3. 62cN/dteX
[0038] 實施例3
[0039] (a)原料稱重（單位為 g)為：2.4 Sb203、366.5 Si02、61. I Al203、48 B203、2 MgO、 lCa0、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為50%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0040] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0041] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0042] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0043] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在1280°C進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在90°C下烘干11小時，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0044] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0045] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為3. 68cN/dtex
[0046] 實施例4
[0047] (a)原料稱重（單位為 g)為：2.4 Sb203、280. I Si02、42.6 Al203、48 B203、0 MgO、 OCaO、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為55%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0048] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0049] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0050] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0051] (e)將步驟⑷得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在1300°C進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在90°C下烘干11小時，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0052] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0053] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為3. 91cN/dtex
[0054] 實施例5
[0055] (a)原料稱重（單位為 g)為：2. 4 Sb203、267 Si02、36. 3 Al203、48 B203、0 MgO、 OCaO、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為60%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0056] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0057] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0058] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0059] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在13KTC進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在95°C下烘干10小時，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0060] ⑴將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0061] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為4. 92cN/dteX
[0062] 實施例6
[0063] (a)原料稱重（單位為 g)為：2.4 Sb203、253.9 Si02、29.9 Al2〇3、48 B2〇3、0 MgO、 OCaO、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為65%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0064] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0065] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0066] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0067] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，送至坩堝內(nèi)。用高溫拉 絲裝置進行拉絲，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0068] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0069] 實施例7
[0070] (a)原料稱重（單位為 g)為：2.4 Sb203、240.8 Si02、23.6 Al2〇3、48 B2〇3、0 MgO、 OCaO、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為70%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0071] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0072] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0073] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0074] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在1320°C進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在ll〇°C下烘干8小時，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0075] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0076] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為6. 26 cN/dtex
[0077] 實施例8
[0078] (a)原料稱重（單位為 g)為：2.4 Sb203、227.7 Si02、17.3 Al203、48 B203、0 MgO、 OCaO、24 Na20。礦渣的質(zhì)量百分含量為75%，分別將配合料用研缽進行研磨，混合均勻。
[0079] (b)將步驟（a)的配合料加到石英坩堝中，將坩堝至于熔化爐中。
[0080] (c)在1550°C?1600°C爐溫下熔制3?4h，待玻璃液經(jīng)澄清、均化。
[0081] (d)將高溫玻璃液進行水淬處理，得到礦渣玻璃。
[0082] (e)將步驟（d)得到的礦渣玻璃經(jīng)過清洗、挑選和去污后，加入到鉬銠合金坩堝 內(nèi)，升溫到1350°C后保溫2小時后，然后根據(jù)玻璃液粘度在1340°C進行拉絲，并在拉絲過程 中涂覆浸潤劑，拉好的玻璃纖維在IKTC下烘干8小時，制取相應(yīng)的礦渣玻璃纖維。
[0083] (f)將步驟（e)得到的礦渣玻璃纖維進行烘干，分別按編號包裝后保存。
[0084] (g)測試發(fā)現(xiàn)該玻璃纖維的拉伸強度為8. 13 cN/dtex
[0085] 對按照上述工藝步驟制備的礦渣玻纖進行以下測試（實施例1-8):
[0086] (1)以上實施的玻璃纖維的拉伸強度見表3 :經(jīng)測試其強度由3. 61cN/dteX逐漸增 加到8. 13cN/dteX。E玻纖的強度為3. 71 cN/dtex，與50%礦渣玻纖強度相當(dāng)。
[0087] (2)XRD :圖1為礦渣含量為50%的礦渣玻纖樣品的X衍射圖譜，從中可以看出玻 纖樣品中沒有存在晶體特征峰，以"饅頭峰"形式出現(xiàn)。根據(jù)圖示說明的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)不同 含量的礦渣的引入對纖維拉絲過程中并未造成任何析晶現(xiàn)象。可以得出結(jié)論是，礦渣引入 將不會對拉絲工藝造成影響。
[0088] (3)掃描電鏡分析：圖2為礦渣含量為50%的玻纖掃描電鏡圖，經(jīng)過拉絲制得的礦 渣玻璃纖維表面完整，表面未經(jīng)過浸潤劑涂覆，沒有出現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)缺陷。拉絲工藝中拉絲速 度為3000r/min，經(jīng)過SEM測得的纖維直徑為10 μ m。
[0089] 表1高爐礦渣玻璃纖維配合料成分表
[0090]
【權(quán)利要求】
1. 一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維，其特征在于：所述原料組分包括：按整個玻璃 纖維的質(zhì)量百分比，40-75%高爐礦渣、20-40%510 2、2-8%六1203、4-6%8203、0-1%]\%0、 0-4% CaO、l-3% Na20、0-1%添加劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維，其特征在于：所述添加 劑為玻璃澄清劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維，其特征在于：所述玻璃 澄清劑為Sb203、CeO 2中的一種或幾種。
4. 一種如權(quán)利要求1-3任一所述的以高爐礦渣為原料的玻璃纖維的制備方法，包括： (1) 稱取原料后進行研磨、混勻，得到混合料，然后將混合料加到坩堝中，并置于熔化爐 中； (2) 在1550-1600°C溫度下，熔制3-4h，得到玻璃液，然后進行水淬處理，得到礦渣玻 璃； (3) 將上述礦渣玻璃經(jīng)清洗、挑選、去污后，進行拉絲，烘干，得到玻璃纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維的制備方法，其特征在 于：所述步驟（3)中拉絲過程中涂敷浸潤劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維的制備方法，其特征在 于：所述步驟（3)中拉絲的具體工藝參數(shù)為：1350下保溫2小時，拉絲溫度為1250?1340。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以高爐礦渣為原料的玻璃纖維的制備方法，其特征在 于：所述步驟（3)中烘干溫度為85?110,時間為6?12小時。
【文檔編號】C03B37/02GK104310788SQ201410503821
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】汪慶衛(wèi), 寧偉, 馬卓識, 丁林峰, 羅理達, 李金龍 申請人:東華大學(xué)