минеральное волокно

Формула изобретения

Минеральное волокно, включающее SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, SO₃, K₂O и Na₂O, отличающееся тем, что оно содержит указанные компоненты в следующием количестве, мас.%:

SiO₂ - 35,61 - 37,16

Al₂O₃ - 17,24 - 19,28

TiO₂ - 0,76 - 1,12

Fe₂O₃ - 3,14 - 3,25

FeO - 0,84 - 1,57

CaO - 33,65 - 36,48

MgO - 1,74 - 2,51

SO₃ - 0,10 - 0,17

K₂O - 1,54 - 2,28

Na₂O - 0,49 - 1,12

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов, а именно к составам для изготовления минерального волокна из силикатного расплава.

Известна минеральная вата (а.с. СССР N 1583377 опубл. 07.08.90 г, кл. МКИ G 03 C 13/06), исходным сырьем для получения которой являются огненно-жидкие шлаки цветной металлургии и доломит. Минеральную вату получают в электродуговых печах из расплава температурой 1400-1500^oC.

Недостатком минеральной ваты является то, что она получена из высокотемпературного расплава, что отражается на качестве ваты. Содержание неволокнистых включений в вате колеблется от 5,5-8,0%. Кроме того, использование в качестве сырья шлаков цветной металлургии связано с перевозками их на большие расстояния с металлургических заводов, что экономически нецелесообразно.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является минеральное волокно, полученное плавлением шихты, состоящей из габбро-диорита и известняка (а.с. СССР 1726411, опубл. 15.04.92 г кл. МКИ C 03 C 13/06).

Минеральное волокно содержит в мас.%: SiO₂ 42,41-48,42, Al₂O₃ 12,60-13,25, TiO₂ 0,32-0,43, Fe₂O₃ 1,98-2,21, FeO 5,30-5,87, CaO 20,47-29,28, MgO 4,38-5,89, SO₃ 1,10-1,20, K₂O 1,24-1,40, Na₂O 1,13-1,18.

Волокно получают из расплава с температурой 1360-1380^oC. Полученное волокно содержит повышенное количество неволокнистых включений 9-12% и имеет очень большую плотность 75-78 кг/см³. Сырье, из которого получают волокно, является дефицитным, разведенные и отрабатываемые запасы которого на территории России весьма ограничены.

Достигаемым техническим результатом является снижение температуры выработки и плотности волокна, уменьшение содержания неволокнистых включений при переработке шихты.

Указанный технический результат достигается тем, что минеральное волокно, включающее SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, SO₃, K₂O и Na₂O содержит указанные компоненты в следующем количестве, мас.%:

SiO₂ - 35,61-37,16

Al₂O₃ - 17,24-19,28

TiO₂ - 0,76-1,12

Fe₂O₃ - 3,14-3,25

FeO - 0,84-1,57

CaO - 33,65-36,48

MgO - 1,74-2,51

SO₃ - 0,10-0,17

K₂O - 1,54-2,28

Na₂O - 0,49-1,12

Исходным сырьем для получения минерального волокна являются отходы добычи угля, поставляемые с терриконов шахты им.Кирова г. Новошахтинска и корректирующая добавка - известняк.

Химический состав исходных компонентов шихты приведен в таблице 1.

Соотношение исходных компонентов шихты и свойства получаемого расплава представлены в таблице 2.

Из составов, приведенных в таблице 2, было изготовлено минеральное волокно, состав и свойства которого представлены в таблице 3.

Изготовление минерального волокна осуществляют следующим образом.

Готовят шихту, состоящую из 50-54% отходов добычи угля и 46-50% известняка. Предварительно дробленное сырье подают в ванную плавильную печь, где происходит его плавление. На переработку в волокно расплав с температурой 1280-1320^oC поступает в фильерный питатель и через фильеры в виде струек стекает в камеру раздува, где под действием горячих газов раздувается в волокно. Полученное минеральное волокно осаждают в камере волокнообразования.

Пример 1. Готовят шихту, состоящую из 53,0 мас.% отходов добычи угля и 47,0 мас.% известняка (состав 2 таблицы 2), дробят и подают в ванную плавильную печь, где происходит плавление шихты. На переработку в волокно расплав с температурой 1280^oC поступает в фильерный питатель и через фильеры в виде струек стекает в камеру раздува, где под действием горячих газов раздувается в волокно. Полученное минеральное волокно осаждают в камере волокнообразования.

Как видно из приведенных в таблице 2 данных, оптимальными соотношениями компонентов шихты для получения минерального волокна являются составы 1, 2 и 3. При переработке в волокно шихты, состоящей из 45 мас.% отходов добычи угля и 55 мас.% известняка (состав 4, таблица 2) расплав получается очень жидкий, имеет низкую температуру выработки волокна 1200^oC, однако из такого расплава получить волокно не представляется возможным. При содержании в шихте 60 мас.% отходов добычи угля и 40 мас.% известняка (состав 5, таблица 2) расплав получается очень вязкий, имеет очень высокую температуру выработки волокна 1390^oC. Волокно, полученное из расплава такого состава, содержит большое количество неволокнистых включений 10,4% и имеет большую плотность 36 кг/м³ (состав 5 таблица 3).

Таким образом, выбранные соотношения компонентов шихты дают возможность получить расплав с более низкой температурой выработки волокна, из которого получают минеральное волокно с содержанием неволокнистых включений 4,12-5,88% и плотностью 25,0-26,0 кг/м³.

Снижение начальной и выработочной температуры достигается за счет того, что в шихте содержится до 36,0 мас.% окиси кальция, которая является плавнем, а также благодаря сильному флюссирующему действию оксидов натрия и калия на полиэвтектику кварц-плагиоклаз-слюда. Кроме того, известно, что при основности CaO/SiO₂ - 0,2-1,5 в четырехкомпонентной системе CaO-SiO₂ - Al₂O₃-MgO низкое содержание FeO (в шихте FeO содержится 1,58-1,75 мас.%) снижает вязкость расплава и температурный диапазон текучести, поэтому расплав хорошо перерабатывается в волокно при температуре 1280-1320^oC. Этому способствует и пониженное содержание MgO в шихте (1,95 мас.%), благодаря чему снижается вязкость и поверхностное натяжение расплава и улучшаются его формовочные свойства, улучшается волокнообразование и снижается количество неволокнистых включений в волокне, а следовательно, и плотность волокна (таблица 3).

Особенностью полученного минерального волокна является очень низкая его плотность (25-26 кг/м³, таблица 3) по сравнению с минеральным волокном, порученным из горной породы габбро-диорита и известняка (прототип, таблица 3). Снижение плотности волокна достигается за счет большой кислотности расплава, который представлен кислым маложелезистым стеклом, плотность которого в 1,3-1,6 раза ниже плотности стекла основного состава, порученного при плавлении шихты из габбро-диорита и известняка.

Снижение плотности полученного волокна объясняется также наличием в расплаве большого количества углекислого газа, образующегося при разложении известняка, входящего в состав шихты. Барботирующее действие углекислого газа определяет трубчатую структуру волокон, что существенно снижает их плотность.

Как видно из приведенных выше данных, использование в качестве сырья для производства минерального волокна отходов добычи угля и известняка обеспечивает улучшение качества волокна за счет снижения его плотности и содержания неволокнистых включений, а также снижение себестоимости волокна за счет более низкой цены используемого исходного сырья и снижения энергозатрат на производство, что связано с более низкими температурами плавления и переработки расплава в волокно.

Применение отходов добычи угля и известняка в качестве шихты позволяет расширить сырьевую базу исходных материалов для получения минерального волокна, кроме того, обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с горными породами типа габбро-диорита, которые заключается в следующем:

- породная масса уже извлечена из недр и складирована на поверхности, что исключает затраты на производство горных работ и добычу сырья,

- запасы этого сырья в районах интенсивной угледобычи на территории России огромны и постоянно возобновляются в связи с добычей угля,

- вовлечение отходов угледобычи в хозяйственный оборот позволяет ликвидировать источники загрязнения окружающей среды,

- терриконы угольных шахт и таким образом, оздоровить экологическую обстановку в угледобывающих регионах и вернуть в сельскохозяйственный оборот пахотные и пастбищные земли, занимаемые отвальными хозяйствами шахт.