способ получения минеральной ваты из отходов промышленности

Формула изобретения

1. Способ получения минеральной ваты из техногенного сырья путем плавления шихты, включающей SiO₂, СаО, Al ₂О₃, MgO, Fe₂O₃, Na ₂O, К₂O, TiO₂, SO₃, раздува водо-дутьевым способом, осаждения в камере, отличающийся тем, что для повышения температуры использования до 1000°С плавление проводится в восстановительной среде с разделением расплава на силикатную и железную части, а последующий раздув очищенной от железа силикатной части расплава с остаточным содержанием железа общего не более 0,05% при следующем содержании компонентов в исходном техногенном сырье, мас.%: SiO₂-54,73, Al ₂О₃-10,15, Fe₂О₃-8,67, СаО-20,72, MgO-4,55, SO₃-0,13, TiO₂-0,38, Na₂O-0,31, К₂О-0,36.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическая часть расплава на основе железа выливалась в изложницы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области использования отходов промышленности для получения температуростойкой минеральной ваты с попутным извлечением железа.

В известном способе [Charles Н., Schwarb el al. Apparatus and method for making mineral wool from coal-ash, US Patent 4969940, Nov.13, 1990] получения минеральной ваты из золошлаковых отходов в дуговой трехэлектродной печи, заключающемся в том, что первоначально в дуговой печи плавят металл, затем ведут загрузку золы и добавок, которые плавятся за счет тепла расплавленного металла, подачи расплава золы в специальное отверстие и последующего слива расплава золы на вращающиеся барабаны и сдува образующихся волокон струей воздуха в камеру осаждения. Поскольку процесс плавления идет в условиях, не приводящих к восстановлению железа, полученная минеральная вата имеет ограниченную область температур использования до 600°С.

Известен способ [US Patent 5576252: November 19, 1996. Rapp, et al.] получения стекловолокна неправильной формы, состоящего из двух несмешивающихся стекол с разными коэффициентами теплового расширения (КТР) из чистых окисных материалов: одно (стекло А) - содержит окислы железа, второе (стекло В) - имеет в своем составе значительное количество щелочных окислов (до 20%) и, в приведенном примере наилучшего способа внедрения изобретения, в стекле В отсутствуют окислы железа. В результате после раздува получаются двухкомпонентные волокна, т.е. стекловолокна состоят из двух стекол разных составов (стекло А и стекло В), которые собираются и формируются в стандартный изоляционный продукт. Неправильная форма волокна позволяет достичь однородного заполнения объема, что приводит к более низкому значению теплопроводности, а также обеспечивает лучшую целостность волоконного пакета. На оптических микрофотографиях волокон видны две компоненты, поскольку их коэффициенты преломления различны. Две компоненты можно видеть из-за разницы в цвете, если содержание железа в двух стеклах значительно различается. Железо содержится либо в каждом из двух стеклах этого изоляционного продукта, при этом содержание его может значительно различаться, либо в одном из них. Значительное количество в конечном продукте окислов как щелочных металлов, так и железа не приводит к увеличению температуростойкости полученного изоляционного продукта, особенно при температурах использования 800-1200°С, вследствие фазовых превращений, сопровождающихся изменением объема (усадкой), приводящей к изменению физико-механических свойств.

Известен способ [RU 2149841, 2000, Асланова Л.Г.] получения минераловатных изделий из природных минералов базальтовой группы, отличающихся неоднородностью химического состава и содержащих Fe₂О₃ (1-7%) и FeO (3-16%). При плавлении в обычных стационарных печах (газовых или электрических) происходит значительное окисление закиси железа и увеличение доли окиси железа в расплаве, т.е. значительно увеличивается соотношение Fe₂О₃/FeO по сравнению с соотношением их в первоначальной породе. Для минимизации скорости окисления железа закисного в железо окисное, получения наибольшего значения соотношения FeO/Fe₂О₃, придания необходимых выработочных свойств расплаву (в частности, вязкости) и получения высококачественного температуроустойчивого (850-915°С) волокна состав базальтовой породы ограничивается соотношением основных оксидов: (Al₂О₃+SiO₂)/(СаО+MgO)=3,0-7,0:FeO/FeO ₃>0,5; а сумма FeO+Fe₂O₃=7,0-14,5%. Плавление проводится в условиях, не нарушающих эти соотношения. Поскольку используются угольные электроды, в печи создается слабо восстановительная среда, приводящая к улучшению технологических свойств расплава базальтовой породы: специально поддерживаемое необходимое соотношение и сумма железа закисного (FeO) и железа окисного(Fe₂O₃) (таблица 1, [RU 2149841, 2000, Асланова Л.Г.). Это также приводит к частичному восстановлению оксидов до металлического состояния (сливается через шпуровое отверстие). Неоднородность раздуваемого расплава, обусловленная наличием в нем значительного количества железа в разных валентных состояниях, неизбежно приводит к разбросу механических свойств волокон, что ограничивает температурную область ее использования.

Данный способ выбран в качестве прототипа по максимальному совпадению существенных признаков.

В основу заявляемого изобретения положена задача разработки способа получения минеральной ваты, практически не содержащей железа, с температурой использования до 1000°С из техногенного сырья с попутным извлечением железа.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения минеральной ваты из техногенного сырья, заключающемся в том, что в сырье следующего состава, мас.%: SiO₂-54,73; Al₂О₃-10,15; Fe₂O₃ -8,67; СаО-20,72; MgO-4,55; SO₃-0,13; TiO₂ -0,38; Na₂O-0,31; К₂O-0,36 доводят содержание углерода до 5 мас.% сверх 100 мас.% и плавят в восстановительной среде до полною восстановления железа и разделения расплава, затем силикатную часть расплава раздувают вододутьевым способом с последующим осаждением в камере, а восстановленное железо, содержащее переходные металлы, сливается в изложницы.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в процессе восстановительного плавления окислы железа и переходные металлы, содержащиеся в шихте, восстанавливаются до металлического состояния, опускаются на дно ванны печи, поскольку плотность расплава железа больше плотности силикатной части расплава, и через нижнее шнуровое отверстие расплав на основе железа сливается в изложницы. Раздуву подвергается силикатная часть расплава, при этом содержание остаточного железа в ней составляет не более 0,05 мас. %. Обезжелезненная таким образом силикатная часть расплава, практически не содержащая железа в разных валентных состояниях, обладает необходимыми выработочными свойствами для получения минеральной ваты. Процесс обезжелезнения минеральной ваты приводит к расширению температурного интервала ее использования до 1000°C.

Предлагаемый способ получения минеральной ваты из техногенного сырья, в частности, из золошлаковых отходов поясняется конкретным примером его осуществления.

Пример 1. К 50 кг золошлаковых отходов, содержащих SiO ₂; Al₂О₃; Fe₂ О₃; CaO; MgO; SO₃; TiO₂; Na ₂O; К₂O добавляется углерод в количестве 2,5 кг, шихта плавится в восстановительной среде при температуре 1580-1600°C в течение 4 часов до полного разделения расплава. Силикатная часть расплава, практически не содержащая железа, раздувается вододутьевым способом и осаждается в осадительной камере. Температура использования полученной минеральной ваты - 1000°С. Металлическая часть расплава на основе железа, содержащая переходные металлы, сливается в изложницы через нижнее шнуровое отверстие.