CN102786220A - 超细玄武岩连续纤维的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超细玄武岩连续纤维的生产方法，该方法包括将玄武岩矿石原料破碎、粉碎、过筛，对玄武岩原料粉进行除铁，原料的清洗，并将原料和助熔剂混合，然后将混合的原料在池窑中熔化、澄清均化、浸润和拉丝，最终得到超细玄武岩连续纤维。本发明提供的超细玄武岩纤维具有单丝直径细、性能指标优异、成品率高、生产成本低等特点。

Description

超细玄武岩连续纤维的生产方法

技术领域

本发明提供一种玄武岩纤维的生产方法，特别是涉及一种超细玄武岩连续纤维的生产方法。

背景技术

玄武岩是一种地下岩浆从火山中喷出或从地表裂隙中溢出凝结形成的火成岩。玄武岩的主要成分是硅铝酸钠或硅铝酸钙，二氧化硅的含量大约是45-52％，还含有较高的氧化铁和氧化镁，是一种细粒致密的黑色岩石。由于喷发时产生大量气孔，有时是大孔如杏仁状构造，后来中间常被其他矿物充填。玄武岩岩浆的黏度小，易于流动，形成很大的覆盖层，常形成广大的熔岩台地，所以分布很广。

玄武岩根据其成分不同可以分为拉斑玄武岩、碱性玄武岩、高铝玄武岩；按其结构不同可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩、玄武玻璃；按其充填矿物不同可分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等。没有被风化的玄武岩是黑色或暗绿色的致密岩石，由于其凝结后产生六方晶体节理，被风化后形成六方柱状，风化厉害可以形成黄褐色的玄武土，如果进一部被雨水淋滤，除去二氧化硅形成铝土矿。有的玄武岩气孔中还充填有铜、钴、硫磺等矿物。

玄武岩是基性喷出岩的一种。成分相当于辉长岩。灰黑色。常具气孔状、杏仁状构造和斑状结构。斑晶为橄榄石、辉石、基性长石等；基质一般为细粒或隐晶质。按次要矿物的不同，可划分为橄榄玄武岩、紫苏辉石玄武岩等；按结构构造，可分为气孔状玄武岩、杏仁状玄武岩等；按化学成分和矿物成分，可分为高铝玄武岩、碱性玄武岩和拉斑玄武岩等。由于玄武岩浆粘度小，流动性大，喷溢地表易形成大规模熔岩流和熔岩被，但也有呈层状侵入体的，如岩床等。在高原地区常形成面积达数千至数十万平方千米的熔岩台地，有人称其为高原玄武岩，如印度的德干高原玄武岩。在海洋则构成海岭和火山岛。与之有关的矿产有铜、钴、硫黄、冰洲石、宝石等，其本身亦可作耐酸铸石原料。

玄武岩连续纤维作为一种新型绿色环保原料出现于上世纪中期。从70年代起，美国和德国的科学家先后对玄武岩连续纤维的制备进行了大量的探究，但未能成功的实现生产化。乌克兰建筑材料工业部与当年设立的科研生产联合体，经过几十年的探索，终于在1985年成功的研制出了玄武岩纤维并实现工业化生产，玄武岩纤维直径为13um。迄今为止，经专家们的精心探研，玄武岩纤维的直径可达7um以左右。

玄武岩纤维化学性稳定，具有良好的耐酸、耐碱性，使用温度范围大，力学性强，无毒，不易燃。而且具有优良的物理机械性能，拉伸强度、弹性模量及断裂伸长都比较大。在一些应用领域内完全可以替代玻璃纤维、碳纤维、高硅氧纤维、陶瓷纤维、芳纶及其他化学纤维等充当复合材料的增强体。

目前经过多国专家20几年的不懈攻关，玄武岩纤维的制作工艺已经有了很大的提高，但仍然存在以下几点问题：

1.整个生产过程需要的成本较高。

由于没有找到合适的炉体材料，导致炉体寿命短，单位成本提高。也是因炉体材料的原因，如保温做得好，炉体寿命就缩短，想延长炉体寿命就不敢将炉体做太好的保温层，导致加温过程中电耗过高。

2.玄武岩纤维的性能不能够满足特定的工况条件的需求。

玄武岩的化学成分基本上是稳定的，由于纤维直径决定了一定的物理性能，所以必须将玄武岩的熔融条件进行改变，也就是在其矿石中加入其他的成分。

3.生产过程中的拉丝作业不稳定

目前国内的一些玄武岩纤维生产企业，在生产中普遍存在纤维成型过程中作业不稳定，成纤不匀，号数不匀率难控制的问题，主要是因为炉窑在融化岩石的过程中，电极分布不匀，电流不匀，导致融化熔体不匀所造成。

4.拉丝炉、漏板的寿命短，产量低

玄武岩纤维在熔化过程中的熔融温度要比普通玻纤高200多度，而岩石中又有很多金属铁的存在，还有很多的氧化物的不断挥发，对炉体和漏板有着极大的损伤，导致对两者的严重破坏。由此可见，上述现有的玄武岩连续纤维的生产方法显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的玄武岩连续纤维的生产方法存在的缺陷，而提供一种新的超细玄武岩连续纤维的制备方法，所要解决的技术问题是降低玄武岩连续纤维的生产成本，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。本发明的另一目的在于，提供一种超细玄武岩连续纤维的生产方法，所要解决的技术问题是使生产的玄武岩连续纤维具有优异的耐候性和耐折性能，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，提供一种超细玄武岩连续纤维的生产方法，所要解决的技术问题是生产的玄武岩连续纤维的直径更细，从而更加适于实用。

本发明的还一目的在于，提供一种超细玄武岩连续纤维的生产方法，所要解决的技术问题是使生产中使用的具有更长的寿命，使其满足工业化生产的要求，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种超细玄武岩连续纤维的生产方法，包括以下步骤：

（1）将玄武岩矿石原料破碎、粉碎成直径小于1mm的小块后洗净，精磨成45-55目的粉末；

（2）将粉碎后的玄武岩粉末用无机酸进行除铁，酸液的溶度为5wt％-10wt％，除铁的反应温度为65℃-70℃；

（3）清洗除铁后的原料，将原料与助溶剂混合；

（4）将混合后的原料在池窑中熔化、浸润和拉丝；

（5）将原丝进行退解并捻。

所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和/或磷酸。

所述步骤（3）和步骤（4）之间还包括如下步骤：在混合的原料中加入占混合原料总重0.1-15wt％的添加剂，所述添加剂为粉石英、蜡石、高岭土、石灰石、白云石、纯碱、硼镁石、萤石和/或氧化钾中的一种或几种。

步骤（4）中所述池窑可采用锆钢玉耐火材料制作炉体。

步骤（4）中所述池窑拉丝主要由三部分组成：熔化部，澄清部，作业部，由数块漏板同时生产。

所述熔化部与澄清部之间装有铂金挡墙。

步骤（4）中所述拉丝是采用铂金漏板拉丝。

所述铂金漏板呈锥形。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，与其他生产方法的不同之处：

1、采用大容量池窑法生产方式、更合理的炉体设计和更优化的电极布置。

2、池窑采用锆钢玉耐火材料制作炉体，从而提高了炉体的使用寿命。

3、使用铂金电极，从而避免了电极氧化问题发生，提高了导电效率。

4、使用的池窑铂金做挡墙，该挡墙既可做为电极使用，又可均化各个融化室的温度，使温度控制更具有阶梯性。

5、工艺采用的化学滤沥法去除了矿石原料中的铁元素，既洁净了原料，又提炼出了一些贵金属。

6、本发明在原料中加入了添加剂，所述的添加剂包括玄武岩矿石、粉石英、蜡石、高岭土、石灰石、白云石、纯碱、硼镁石、萤石、氧化钾等一种或几种。

7、本发明中的拉丝漏板的材料及设计形状、不同的漏嘴设计使得本发明的拉丝工艺更加稳定。

综上所述，本发明超细玄武岩连续纤维的生产方法具有下列优点：

1、成本低

本发明的超细玄武岩连续纤维的生产成本能够控制在每吨4000-6000元人民币，比目前采用其他技术生产的纤维的成本至少低50％以上。这是因为本发明采用了如下工艺，从而大幅降低了成本：

（1）采用大容量坩埚的设计，使一次性熔化的岩石达到最大的饱和量。而且，大容量的池窑生产方法可以加强玄武岩料溶化时间，更好的将熔融液均匀化，从而实现混合物的均匀化，为拉丝成型提供最佳的控制玄武岩连续纤维的熔料。

（2）采用铂金电极加热，有利于热量的迅速传导，并可尽量减少电流的供给量，达到节电的目的。

（3）通体采用锆刚玉砖进行砌炉，局部采用铂金作为炉体的挡墙，大幅提高了炉体寿命，从而达到了降低产品成本的目的。

（4）因为本发明采用了耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的炉体材料，使得本发明的炉体功率大幅降低，从而节省了能源，降低了成本。

2、本方法生产的超细玄武岩连续纤维具有优异的耐候性和耐折性能

由于本发明将普通的玄武岩矿石再加上其他有助于熔化和成纤的矿石一起进行熔化，既解决了熔融困难的问题，又进一步改善了纤维性能的问题。因此，本发明生产的纤维其耐折性是普通玄武岩连续纤维的5.5倍，耐酸耐碱性分别提高了2.5倍。

3、本发明超细玄武岩连续纤维的单丝细度（直径）低于5um

本发明采用了化学方法对原料进行筛选，使原料更纯洁，更易于熔化，从而使熔体更均匀，使得成纤性能更加容易，进而使得拉制出更细的纤维变成可能。

4、本发明池窑的炉体寿命延长

本发明采用的炉体材料不同，炉体设计更加科学，保温性能更好，使得炉体寿命可提高1.5-3年，从而降低了成本投入。

基于以上的优点，本发明提出的超细玄武岩连续纤维的生产方法能够真正达到工业化大批量的生产，使得玄武岩纤维的工业化量产变成可能。

综上所述，本发明特殊结构的超细玄武岩连续纤维的生产方法具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类的方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在工艺上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的玄武岩连续纤维的生产方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

附图说明

图1所示的是本发明生产工艺的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的超细玄武岩连续纤维的生产方法详细说明。

请参阅图1所示，本发明较佳实施例的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其主要包括以下步骤：

1、选矿

首先是对从矿山开采出的矿石进行破碎，加工成直径为5mm的碎石。

2、矿石粉碎及过筛。

将矿石磨碎成直径小于1mm的小块后洗净，继续将其精磨制成50目左右的粉末状。

3、混合原料的除铁。

除铁的过程中采用化学除铁法，经酸滤沥，在此过程中可产生一些有价值的贵金属。除铁过程中酸液的温度为65℃，酸液为浓度为9wt％的硫酸，除铁中也可以用盐酸、硝酸和磷酸等。

4、洗料。

酸洗除铁后，将分离后最后形成的矿石原料用清水清洗干净。

5、混料。

加入3.5％的高岭土添加剂后，通过机械设备的自动混料、加料、喂料，使原料能够自动混合、自动加料。

6、投料。

将预处理后的原料通过投料口投入窑炉内。

7、升温。

升温是炉体预热的过程也是将原料逐步融化的过程，玄武岩矿石必须经过高温才能够形成玄武岩熔融玻璃体，熔制温度为1290~1320℃。

8、浸润。

本发明在生产中需使用德固赛公司所生产的润滑剂及道康宁公司生产的偶联剂进行浸润。该步骤是本领域普通技术人员公知的。

9、采用铂金漏板拉丝。优选200孔或400孔的铂金漏板，可以使拉丝作业具有很好的稳定性。

10、将原丝进行退解并捻，形成完整的超细玄武岩连续纤维。

下面进一步阐述本发明中所使用的池窑和其炉体结构，通过对池窑及其炉体结构、电极设置，从而进一步对本发明进行公开。

本发明池窑的熔窑主要由三大部分组成：熔化部，上升道（澄清部），通道（作业部）。炉体选用材料为高密度的锆钢钰砖等静压制而成，根据设计要求规格购进，以砌筑方式将其安装，选用本材料可以延长炉体寿命，提高生产效率。

本发明池窑的铂铑合金材料形成的电极，以不同的位置分别安装在窑池中，更有效的达到熔化所需的的温度，使玄武岩溶液在池窑内流动畅通，再配合热电偶显示温度对其调解，使其发挥最佳效果。

本发明池窑的铂金挡墙的独有设计加快了熔化部与澄清部之间的温度均匀，是温度控制更具有实用性与阶梯性，达到理想要求。

本发明漏板的设计采用铂铑100%的含量材料，特别是独特的锥形漏板设计使得粘性玄武岩熔液由圆锥体变成圆柱体，即在拉力作用下克服高粘度玄武岩液体的内摩擦力和形成纤维新表面的表面涨力给玄武岩熔液以加速度从而引申变成纤维状的这一过程提供最佳效果。再配合恒流恒温的漏板控制系统使漏板温度均匀，使得成纤均匀，在变频调整拉丝机牵引下使号数均匀达到可控标准。

本发明为池窑拉丝，主要由三大部分组成：熔化部，上升道（澄清部），通道（作业部）。由数块漏板进行同时生产。

熔化部内设有三对铂铑合金电极，将热电偶安装在熔化部高温区部分，根据电偶显示温度来调节电流大小，达到其熔化温度。熔化部与上升道之间装有一个铂铑合金挡墙，距离窑底200cm上方有一个直径150cm的流溢口。将完全熔化好的熔液流入到上升道内。

上升道内装有一对铂金电极，将熔化好的熔液再次加热，澄清，均化后再经过爬坡砖流到作业部。

作业部装有铂金电极和热电偶，根据电偶显示温度来调整电极电流，使得温度控制在1305℃±2℃内，玄武岩溶液经过流溢槽再经漏板，在拉丝机高速牵引下经过润滑槽完成拉丝过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将玄武岩矿石原料破碎、粉碎成直径小于1mm的小块后洗净，精磨成45-55目的粉末；

（2）将粉碎后的玄武岩粉末用无机酸进行除铁，酸液的溶度为5-10wt%，除铁的反应温度为65℃-70℃；

（3）清洗除铁后的原料，将原料与助溶剂混合；

（4）将混合后的原料在池窑中熔化、浸润和拉丝；

（5）将原丝进行退解并捻。

2.根据权利要求1所述的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，所述无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和/或磷酸。

3.根据权利要求1所述的超细玄武岩连续纤维生产方法，其特征在于，所述步骤（3）和步骤（4）之间还包括如下步骤：在混合的原料中加入占混合原料总重0.1-15wt％的添加剂，所述添加剂为粉石英、蜡石、高岭土、石灰石、白云石、纯碱、硼镁石、萤石和/或氧化钾中的一种或几种。

4.根据权利要求1中所述的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，步骤（4）中所述池窑采用锆钢玉耐火材料制作炉体。

5.根据权利要求1中所述的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，步骤（4）中所述池窑拉丝主要由三部分组成：熔化部，澄清部，作业部，由数块漏板同时生产。

6.根据权利要求5中所述的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，所述熔化部与澄清部之间装有铂金挡墙。

7.根据权利要求1所述的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，步骤（4）中所述拉丝是采用铂金漏板拉丝。

8.根据权利要求7所述的超细玄武岩连续纤维的生产方法，其特征在于，所述铂金漏板呈锥形。

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