專利名稱：超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種玄武巖纖維的生產(chǎn)方法，特別是涉及一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
玄武巖是一種地下巖漿從火山中噴出或從地表裂隙中溢出凝結(jié)形成的火成巖。玄武巖的主要成分是硅鋁酸鈉或硅鋁酸鈣，二氧化硅的含量大約是45-52%，還含有較高的氧化鐵和氧化鎂，是一種細(xì)粒致密的黑色巖石。由于噴發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量氣孔，有時(shí)是大孔如杏仁狀構(gòu)造，后來(lái)中間常被其他礦物充填。玄武巖巖漿的黏度小，易于流動(dòng)，形成很大的覆蓋層，常形成廣大的熔巖臺(tái)地，所以分布很廣。
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玄武巖根據(jù)其成分不同可以分為拉斑玄武巖、堿性玄武巖、高鋁玄武巖；按其結(jié)構(gòu)不同可分為氣孔狀玄武巖、杏仁狀玄武巖、玄武玻璃；按其充填礦物不同可分為橄欖玄武巖、紫蘇輝石玄武巖等。沒(méi)有被風(fēng)化的玄武巖是黑色或暗綠色的致密巖石，由于其凝結(jié)后產(chǎn)生六方晶體節(jié)理，被風(fēng)化后形成六方柱狀，風(fēng)化厲害可以形成黃褐色的玄武土，如果進(jìn)一部被雨水淋濾，除去二氧化硅形成鋁土礦。有的玄武巖氣孔中還充填有銅、鈷、硫磺等礦物。玄武巖是基性噴出巖的一種。成分相當(dāng)于輝長(zhǎng)巖。灰黑色。常具氣孔狀、杏仁狀構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶為橄欖石、輝石、基性長(zhǎng)石等；基質(zhì)一般為細(xì)?；螂[晶質(zhì)。按次要礦物的不同，可劃分為橄欖玄武巖、紫蘇輝石玄武巖等；按結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可分為氣孔狀玄武巖、杏仁狀玄武巖等；按化學(xué)成分和礦物成分，可分為高鋁玄武巖、堿性玄武巖和拉斑玄武巖等。由于玄武巖漿粘度小，流動(dòng)性大，噴溢地表易形成大規(guī)模熔巖流和熔巖被，但也有呈層狀侵入體的，如巖床等。在高原地區(qū)常形成面積達(dá)數(shù)千至數(shù)十萬(wàn)平方千米的熔巖臺(tái)地，有人稱其為高原玄武巖，如印度的德干高原玄武巖。在海洋則構(gòu)成海嶺和火山島。與之有關(guān)的礦產(chǎn)有銅、鈷、硫黃、冰洲石、寶石等，其本身亦可作耐酸鑄石原料。玄武巖連續(xù)纖維作為一種新型綠色環(huán)保原料出現(xiàn)于上世紀(jì)中期。從70年代起，美國(guó)和德國(guó)的科學(xué)家先后對(duì)玄武巖連續(xù)纖維的制備進(jìn)行了大量的探究，但未能成功的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)化。烏克蘭建筑材料工業(yè)部與當(dāng)年設(shè)立的科研生產(chǎn)聯(lián)合體，經(jīng)過(guò)幾十年的探索，終于在1985年成功的研制出了玄武巖纖維并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，玄武巖纖維直徑為13um。迄今為止，經(jīng)專家們的精心探研，玄武巖纖維的直徑可達(dá)7um以左右。玄武巖纖維化學(xué)性穩(wěn)定，具有良好的耐酸、耐堿性，使用溫度范圍大，力學(xué)性強(qiáng)，無(wú)毒，不易燃。而且具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，拉伸強(qiáng)度、彈性模量及斷裂伸長(zhǎng)都比較大。在一些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)完全可以替代玻璃纖維、碳纖維、高硅氧纖維、陶瓷纖維、芳綸及其他化學(xué)纖維等充當(dāng)復(fù)合材料的增強(qiáng)體。目前經(jīng)過(guò)多國(guó)專家20幾年的不懈攻關(guān)，玄武巖纖維的制作工藝已經(jīng)有了很大的提高，但仍然存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題I.整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程需要的成本較高。由于沒(méi)有找到合適的爐體材料，導(dǎo)致?tīng)t體壽命短，單位成本提高。也是因爐體材料的原因，如保溫做得好，爐體壽命就縮短，想延長(zhǎng)爐體壽命就不敢將爐體做太好的保溫層，導(dǎo)致加溫過(guò)程中電耗過(guò)高。2.玄武巖纖維的性能不能夠滿足特定的工況條件的需求。玄武巖的化學(xué)成分基本上是穩(wěn)定的，由于纖維直徑?jīng)Q定了一定的物理性能，所以必須將玄武巖的熔融條件進(jìn)行改變，也就是在其礦石中加入其他的成分。3.生產(chǎn)過(guò)程中的拉絲作業(yè)不穩(wěn)定目前國(guó)內(nèi)的一些玄武巖纖維生產(chǎn)企業(yè)，在生產(chǎn)中普遍存在纖維成型過(guò)程中作業(yè)不穩(wěn)定，成纖不勻，號(hào)數(shù)不勻率難控制的問(wèn)題，主要是因?yàn)闋t窯在融化巖石的過(guò)程中，電極分布不勻，電流不勻，導(dǎo)致融化熔體不勻所造成。4.拉絲爐、漏板的壽命短，產(chǎn)量低
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玄武巖纖維在熔化過(guò)程中的熔融溫度要比普通玻纖高200多度，而巖石中又有很多金屬鐵的存在，還有很多的氧化物的不斷揮發(fā)，對(duì)爐體和漏板有著極大的損傷，導(dǎo)致對(duì)兩者的嚴(yán)重破壞。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法存在的缺陷，而提供一種新的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的制備方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是降低玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)成本，從而更加適于實(shí)用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使生產(chǎn)的玄武巖連續(xù)纖維具有優(yōu)異的耐候性和耐折性能，從而更加適于實(shí)用。本發(fā)明的再一目的在于，提供一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是生產(chǎn)的玄武巖連續(xù)纖維的直徑更細(xì)，從而更加適于實(shí)用。本發(fā)明的還一目的在于，提供一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，所要解決的技術(shù)問(wèn)題是使生產(chǎn)中使用的具有更長(zhǎng)的壽命，使其滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，從而更加適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問(wèn)題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，包括以下步驟(I)將玄武巖礦石原料破碎、粉碎成直徑小于1_的小塊后洗凈，精磨成45-55目的粉末；(2)將粉碎后的玄武巖粉末用無(wú)機(jī)酸進(jìn)行除鐵，酸液的溶度為5wt% -10wt%，除鐵的反應(yīng)溫度為65°C -70°C ；(3)清洗除鐵后的原料，將原料與助溶劑混合；(4)將混合后的原料在池窯中熔化、浸潤(rùn)和拉絲；(5)將原絲進(jìn)行退解并捻。所述無(wú)機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸和/或磷酸。所述步驟(3)和步驟(4)之間還包括如下步驟在混合的原料中加入占混合原料總重O. 1-15wt %的添加劑，所述添加劑為粉石英、蠟石、高嶺土、石灰石、白云石、純堿、硼鎂石、螢石和/或氧化鉀中的一種或幾種。
步驟(4)中所述池窯可采用鋯鋼玉耐火材料制作爐體。步驟(4)中所述池窯拉絲主要由三部分組成熔化部，澄清部，作業(yè)部，由數(shù)塊漏板同時(shí)生產(chǎn)。所述熔化部與澄清部之間裝有鉬金擋墻。步驟(4)中所述拉絲是采用鉬金漏板拉絲。所述鉬金漏板呈錐形。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，與其他生產(chǎn)方法的不同之處I、采用大容量池窯法生產(chǎn)方式、更合理的爐體設(shè)計(jì)和更優(yōu)化的電極布置。
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2、池窯采用鋯鋼玉耐火材料制作爐體，從而提高了爐體的使用壽命。3、使用鉬金電極，從而避免了電極氧化問(wèn)題發(fā)生，提高了導(dǎo)電效率。4、使用的池窯鉬金做擋墻，該擋墻既可做為電極使用，又可均化各個(gè)融化室的溫度，使溫度控制更具有階梯性。5、工藝采用的化學(xué)濾浙法去除了礦石原料中的鐵元素，既潔凈了原料，又提煉出
了一些貴金屬。6、本發(fā)明在原料中加入了添加劑，所述的添加劑包括玄武巖礦石、粉石英、蠟石、高嶺土、石灰石、白云石、純堿、硼鎂石、螢石、氧化鉀等一種或幾種。7、本發(fā)明中的拉絲漏板的材料及設(shè)計(jì)形狀、不同的漏嘴設(shè)計(jì)使得本發(fā)明的拉絲工藝更加穩(wěn)定。綜上所述，本發(fā)明超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法具有下列優(yōu)點(diǎn)I、成本低本發(fā)明的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)成本能夠控制在每噸4000-6000元人民幣，比目前采用其他技術(shù)生產(chǎn)的纖維的成本至少低50%以上。這是因?yàn)楸景l(fā)明采用了如下工藝，從而大幅降低了成本(I)采用大容量坩堝的設(shè)計(jì)，使一次性熔化的巖石達(dá)到最大的飽和量。而且，大容量的池窯生產(chǎn)方法可以加強(qiáng)玄武巖料溶化時(shí)間，更好的將熔融液均勻化，從而實(shí)現(xiàn)混合物的均勻化，為拉絲成型提供最佳的控制玄武巖連續(xù)纖維的熔料。(2)采用鉬金電極加熱，有利于熱量的迅速傳導(dǎo)，并可盡量減少電流的供給量，達(dá)到節(jié)電的目的。(3)通體采用鋯剛玉磚進(jìn)行砌爐，局部采用鉬金作為爐體的擋墻，大幅提高了爐體壽命，從而達(dá)到了降低產(chǎn)品成本的目的。(4)因?yàn)楸景l(fā)明采用了耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷的爐體材料,使得本發(fā)明的爐體功率大幅降低，從而節(jié)省了能源，降低了成本。2、本方法生產(chǎn)的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維具有優(yōu)異的耐候性和耐折性能由于本發(fā)明將普通的玄武巖礦石再加上其他有助于熔化和成纖的礦石一起進(jìn)行熔化，既解決了熔融困難的問(wèn)題，又進(jìn)一步改善了纖維性能的問(wèn)題。因此，本發(fā)明生產(chǎn)的纖維其耐折性是普通玄武巖連續(xù)纖維的5. 5倍，耐酸耐堿性分別提高了 2. 5倍。3、本發(fā)明超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的單絲細(xì)度(直徑)低于5um本發(fā)明采用了化學(xué)方法對(duì)原料進(jìn)行篩選，使原料更純潔，更易于熔化，從而使熔體更均勻，使得成纖性能更加容易，進(jìn)而使得拉制出更細(xì)的纖維變成可能。4、本發(fā)明池窯的爐體壽命延長(zhǎng)本發(fā)明采用的爐體材料不同，爐體設(shè)計(jì)更加科學(xué)，保溫性能更好，使得爐體壽命可提高I. 5-3年，從而降低了成本投入。基于以上的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法能夠真正達(dá)到工業(yè)化大批量的生產(chǎn)，使得玄武巖纖維的工業(yè)化量產(chǎn)變成可能。綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類的方法中未見(jiàn)有類似的設(shè)計(jì)公開(kāi)發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在工藝上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)?！?br>

圖I所示的是本發(fā)明生產(chǎn)工藝的流程圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖I所示，本發(fā)明較佳實(shí)施例的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其主要包括以下步驟I、選礦首先是對(duì)從礦山開(kāi)采出的礦石進(jìn)行破碎，加工成直徑為5_的碎石。2、礦石粉碎及過(guò)篩。將礦石磨碎成直徑小于Imm的小塊后洗凈，繼續(xù)將其精磨制成50目左右的粉末狀。3、混合原料的除鐵。除鐵的過(guò)程中采用化學(xué)除鐵法，經(jīng)酸濾浙，在此過(guò)程中可產(chǎn)生一些有價(jià)值的貴金屬。除鐵過(guò)程中酸液的溫度為65°C，酸液為濃度為9wt%的硫酸，除鐵中也可以用鹽酸、硝酸和磷酸等。4、洗料。酸洗除鐵后，將分離后最后形成的礦石原料用清水清洗干凈。5、混料。加入3. 5%的高嶺土添加劑后，通過(guò)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)混料、加料、喂料，使原料能夠自動(dòng)混合、自動(dòng)加料。6、投料。將預(yù)處理后的原料通過(guò)投料口投入窯爐內(nèi)。7、升溫。升溫是爐體預(yù)熱的過(guò)程也是將原料逐步融化的過(guò)程，玄武巖礦石必須經(jīng)過(guò)高溫才能夠形成玄武巖熔融玻璃體，熔制溫度為129(Tl320°C。
8、浸潤(rùn)。本發(fā)明在生產(chǎn)中需使用德固賽公司所生產(chǎn)的潤(rùn)滑劑及道康寧公司生產(chǎn)的偶聯(lián)劑進(jìn)行浸潤(rùn)。該步驟是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的。9、采用鉬金漏板拉絲。優(yōu)選200孔或400孔的鉬金漏板，可以使拉絲作業(yè)具有很好的穩(wěn)定性。10、將原絲進(jìn)行退解并捻，形成完整的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維。下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明中所使用的池窯和其爐體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)池窯及其爐體結(jié)構(gòu)、電極設(shè)置，從而進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行公開(kāi)。本發(fā)明池窯的熔窯主要由三大部分組成熔化部，上升道(澄清部)，通道(作業(yè)部)。爐體選用材料為高密度的鋯鋼鈺磚等靜壓制而成，根據(jù)設(shè)計(jì)要求規(guī)格購(gòu)進(jìn)，以砌筑方式將其安裝，選用本材料可以延長(zhǎng)爐體壽命，提高生產(chǎn)效率?！け景l(fā)明池窯的鉬銠合金材料形成的電極，以不同的位置分別安裝在窯池中，更有效的達(dá)到熔化所需的的溫度，使玄武巖溶液在池窯內(nèi)流動(dòng)暢通，再配合熱電偶顯示溫度對(duì)其調(diào)解，使其發(fā)揮最佳效果。本發(fā)明池窯的鉬金擋墻的獨(dú)有設(shè)計(jì)加快了熔化部與澄清部之間的溫度均勻，是溫度控制更具有實(shí)用性與階梯性，達(dá)到理想要求。本發(fā)明漏板的設(shè)計(jì)采用鉬銠100%的含量材料，特別是獨(dú)特的錐形漏板設(shè)計(jì)使得粘性玄武巖熔液由圓錐體變成圓柱體，即在拉力作用下克服高粘度玄武巖液體的內(nèi)摩擦力和形成纖維新表面的表面漲力給玄武巖熔液以加速度從而引申變成纖維狀的這一過(guò)程提供最佳效果。再配合恒流恒溫的漏板控制系統(tǒng)使漏板溫度均勻，使得成纖均勻，在變頻調(diào)整拉絲機(jī)牽弓I下使號(hào)數(shù)均勻達(dá)到可控標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明為池窯拉絲，主要由三大部分組成熔化部，上升道(澄清部)，通道(作業(yè)部)。由數(shù)塊漏板進(jìn)行同時(shí)生產(chǎn)。熔化部?jī)?nèi)設(shè)有三對(duì)鉬銠合金電極，將熱電偶安裝在熔化部高溫區(qū)部分，根據(jù)電偶顯示溫度來(lái)調(diào)節(jié)電流大小，達(dá)到其熔化溫度。熔化部與上升道之間裝有一個(gè)鉬銠合金擋墻，距離窯底200cm上方有一個(gè)直徑150cm的流溢口。將完全熔化好的熔液流入到上升道內(nèi)。上升道內(nèi)裝有一對(duì)鉬金電極，將熔化好的熔液再次加熱，澄清，均化后再經(jīng)過(guò)爬坡磚流到作業(yè)部。作業(yè)部裝有鉬金電極和熱電偶，根據(jù)電偶顯示溫度來(lái)調(diào)整電極電流，使得溫度控制在1305°C ±2°C內(nèi)，玄武巖溶液經(jīng)過(guò)流溢槽再經(jīng)漏板，在拉絲機(jī)高速牽引下經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑槽完成拉絲過(guò)程。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將玄武巖礦石原料破碎、粉碎成直徑小于1_的小塊后洗凈，精磨成45-55目的粉末； (2)將粉碎后的玄武巖粉末用無(wú)機(jī)酸進(jìn)行除鐵，酸液的溶度為5-10wt%，除鐵的反應(yīng)溫度為 65°C -70°C ； (3)清洗除鐵后的原料，將原料與助溶劑混合； (4)將混合后的原料在池窯中熔化、浸潤(rùn)和拉絲； (5)將原絲進(jìn)行退解并捻。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)酸為鹽酸、硫酸、硝酸和/或磷酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維生產(chǎn)方法，其特征在于，所述步驟(3)和< 步驟(4)之間還包括如下步驟在混合的原料中加入占混合原料總重O. l_15wt%的添加齊U，所述添加劑為粉石英、蠟石、高嶺土、石灰石、白云石、純堿、硼鎂石、螢石和/或氧化鉀中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)中所述池窯采用鋯鋼玉耐火材料制作爐體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)中所述池窯拉絲主要由三部分組成熔化部,澄清部,作業(yè)部，由數(shù)塊漏板同時(shí)生產(chǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述熔化部與澄清部之間裝有鉬金擋墻。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟(4)中所述拉絲是采用鉬金漏板拉絲。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述鉬金漏板呈錐形。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維的生產(chǎn)方法，該方法包括將玄武巖礦石原料破碎、粉碎、過(guò)篩，對(duì)玄武巖原料粉進(jìn)行除鐵，原料的清洗，并將原料和助熔劑混合，然后將混合的原料在池窯中熔化、澄清均化、浸潤(rùn)和拉絲，最終得到超細(xì)玄武巖連續(xù)纖維。本發(fā)明提供的超細(xì)玄武巖纖維具有單絲直徑細(xì)、性能指標(biāo)優(yōu)異、成品率高、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03B37/00GK102786220SQ20121027993
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者宋朋澤 申請(qǐng)人:宋朋澤