Базальтовое тонкое волокно и способ изготовления базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя

 

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов из силикатных расплавов и может найти применение в промышленности строительных материалов и др. Сущность изобретения заключается в том, что базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород включает следующие компоненты, мас. %: SiO₂ 48 - 52; TiO₂ 2 - 3; Аl₂О₃ 12,5 - 15,5; Fе₂O₃ 4 - 8; FeO 6,5 - 10,5; CaO 8,5 - 10,5; MgO 5 - 7; MnO 0,1 - 0,5; Na₂O 1,5 - 3,5; K₂O 0,5 - 2,5; P₂O₅ 0,2 - 0,5; ZrO₂ 1 - 3; Сr₂O₃, CuO или их смесь 0,5 - 2,0. Способ изготовления базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя включает плавку шихты вышеуказанного состава с возможным введением дополнительно Li₂O, последующее волокнообразование, формирование волокнистого материала, подачу экологически чистого композиционного связующего, калибровку ковра и его сушку. Оксид лития вводят в количестве 0,5 - 1 мас.%, причем сумма Na₂O + K₂O + Li₂O равна 2,5 - 7,0 мас.%. Технический результат изобретения заключается в снижении производственных затрат, расширении сырьевой базы, улучшении качества и эксплуатационных характеристик базальтового волокна и базальтоволокнистого утеплителя. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов из силикатных расплавов и может найти применение в промышленности строительных материалов, теплоизоляции и огнестойкой защите печных агрегатов, сушильных камер, котлов, воздуховодов, теплотрасс и т.д.

Известно минеральное волокно, получаемое из расплава следующего состава, мас. %: SiO₂ 27-61; Al₂O₃ 8-23; TiO₂ 0,5-3,0; Fe₂O₃ 0,8-12,0; FeO 0,1-4,0; MnO 0,5-1,0; CaO 8-20; MgO 4,5-21; R₂O 0,1-5,5 (SU N 649670, 1979 г.).

Расплав перерабатывают в волокно центробежновалковым способом при 1340- 1400^oC. Недостатком этого волокна является невысокая механическая прочность.

Наиболее близким аналогом предлагаемого тонкого базальтового волокна по п. 1 заявленного изобретения по технической сущности и достигаемому результату является минеральное волокно, полученное из расплава базальтовых горных пород следующего состава, мас.%: SiO₂ 43,5-47,0, Al₂O₃ 11,0-13,0, CaO 10,0 - 12,0; MgO 8,0-11,0, остальное: P₂O₅, FeO, Fe₂O₃, MnO₂, Na₂O, K₂O, TiO₂ (патент США N 3929497, 1973 г., столб. 4 описания).

Недостатком известного волокна является его низкая механическая прочность, водо- и щелочеустойчивость.

Наиболее близким аналогом заявленного способа является способ производства изделий из минерального волокна, включающий плавление минеральной шихты, раздув расплава на центрифуге с одновременным нанесением на образующиеся волокна связующего, формирование в камере осаждения равноплотного ковра, его уплотнение и термообработку (патент РФ 2044706, опубл. 27.09.95, с. 2 описания).

Недостатком известного способа является большая энергоемкость вследствие длительного процесса термообработки и высокой температуры нагрева.

Задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является повышение механической прочности базальтового тонкого волокна, снижение энергозатрат и расширение сырьевой базы при изготовлении базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя и повышение эксплуатационных свойств материала.

Сущность изобретения заключается в том, что базальтовое тонкое волокно на основе расплава базальтовых горных пород, включающее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, Fe₂O₃, FeO, K₂O, Na₂O, TiO₂, MnO и P₂O₅, дополнительно содержит ZrO₂, а также Cr₂O₃, CuO или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 48-52; TiO₂ 2-3; Al₂O₃ 12,5-15,5; Fe₂O₃ 4-8; FeO 6,5-10,5; CaO 8,5-10,5; MgO 5-7; MnO 0,1-0,5; Na₂O 1,5-3,5; K₂O 0,5-2,5; P₂O₅ 0,2-0,5; ZrO₂ 1-3; Cr₂O₃ и/или CuO 0,5-2,0. Введение в состав волокна ZrO₂ повышает его механическую прочность, а оксиды Cr₂O₃ и CuO позволяют получить базальтовое тонкое волокно сине-зеленых тонов. С целью экономии дорогостоящих материалов, внедрения ресурсосберегающей технологии, оксиды хрома и меди вводят в расплав при получении базальтового тонкого волокна в виде хромово-медных осадков, полученных методами электрокоагуляции при очистке сточных вод машино- и приборостроительных предприятий.

Способ изготовления базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя включает плавку минеральной шихты, последующее образование волокна, формирование волокнистого материала, подачу связующего, калибровку ковра и его сушку, при том, что полученное волокно имеет состав, указанный выше, а образование волокна осуществляют методом раздува.

При варке шихты в состав может быть дополнительно введен Li₂O в количестве 0,5-1 мас.%, причем сумма Na₂O + К₂O + Li₂O равна 2,5-7,0.

Наличие в составе Na₂O, К₂O и Li₂O создает при плавке полищелочной эффект, в результате чего снижается температура плавления до 1100-1200^oC.

Для получения тонкого базальтового волокна и изготовления базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя используют следующие материалы: базальты системы SiO₂ - Me₂O₃ - RO-R₂O различных месторождений России, хромовомедные осадки из очистных сооружений промышленных предприятий (возможно применение оксидов хрома, оксидов меди или медного купороса), углекислый литий, цирконовую руду.

Для обеспечения заданной области составов применяют базальты месторождений, имеющие минералогический состав, мас. %: плагиоклаз 30-45, пироксен 25-38; магнетит 5-15; стекло базальтовое с микролитами 15-39.

Технический результат изобретения заключается в снижении энергетических и материальных затрат, расширении сырьевой базы и улучшении эксплуатационных характеристик базальтовых волокон и базальтоволокнистой плиты.

Примеры осуществления изобретения, относящегося к веществу.

Пример 1. В загрузчик плавильной печи загружают базальтовый щебень следующего состава (мас.%): [SiO₂ 48-52; TiO₂ 2-3; Al₂O₃ 12,5-15,5; Fe₂O₃ 4-8; FeO 6,5-10,5; CaO 8,5-10,5; MgO 5-7; MnO 0,1-0,5; Na₂O 1,5-3,5; K₂O 0,5-2,5; P₂O₅ 0,2-0,5] - 98,5; ZrO₂ - 1; Cr₂O₃ - 0,5. Сырье перемешивают и плавят при температуре 1200^oC. Топливом служит природный газ. Расплав из бассейна печи поступает к выработочным отверстиям в фидере. В фидере происходит образование и стабилизация выработочных качеств расплава. Поддержание температуры расплава осуществляется горелками на газовоздушной смеси. Струи расплава формируют в разогретом электрическим током питателе под действием гидростатического давления столба расплава. Сформированные струи попадают в раздувочный узел и сжатым воздухом раздуваются в тонкие волокна. Формирование струи расплава осуществляется без использования драгоценных металлов платиновой группы.

Пример 2. В загрузчик плавильной печи загружают базальтовый щебень состава (мас. %) по примеру 1-97. Дополнительно загружают ZrO₂ - 1,5 и окись меди в количестве 1,5 мас.%. Технология и оборудование получения тонкого базальтового волокна - по примеру 1.

Пример 3. В загрузчик плавильной печи загружают базальтовый щебень состава (мас.%) по примеру 1-95. Дополнительно загружают ZrO₂ - 3 мас.%, окись хрома в количестве 1 мас.% и окись меди в количестве 1 мас.%.

Технология и оборудование получения базальтового тонкого волокна - по примеру 1.

Примеры осуществления изобретения, относящегося к способу.

Пример 4. В загрузчик плавильной печи загружают базальтовый щебень следующего состава (мас.%): [SiO 48-52; TiO₂ 2-3; Al₂O₃ 12,5-15,5; Fe₂O₃ 4-8; FeO 6,5-10,5; CaO 8,5-10,5; MgO 5-7; MnO 0,1-0,5; Na₂O 1,5-3,5; K₂O 0,5-2,5; P₂O₅ 0,2-0,5] - 94. Дополнительно загружают (мас.%): ZrO₂ 3; Cr₂O₃ - 1; CuO - 1; Li₂O - 1. Сырье перемешивают и плавят при температуре 1200^oC, в процессе варки выдерживают соотношение Na₂O + K₂O + Li₂O = 5. Топливом служит природный газ. Расплав из бассейна печи поступает к выработочным отверстиям в фидере. В фидере происходит образование и стабилизация выработочных качеств расплава. Поддержание температуры расплава осуществляется горелками на газовоздушной смеси. Струи расплава формируют в разогретом электрическим током питателе под действием гидростатического давления столба расплава. Сформированные струи попадают в раздувочный узел и сжатым воздухом раздуваются в тонкие волокна.

Формирование волокнистого ковра происходит за счет фильтрации потока воздуха со взвешенными в нем волокнами в камере волокноосаждения. Толщина волокнистого ковра регулируется скоростью движения приемо-формирующего конвейера, расположенного под камерой волокноосаждения. На конвейере осуществляется подпрессовка волокна и передача сетчатым транспортерным элементом в виде волокнистого непрерывного ковра.

Приготовление композиционного связующего производится поочередно в двух смесителях, по мере расходования. Гидрофобизирующий компонент готовят в эмульгаторе. Готовая эмульсия гидрофобизатора со связующими порциями подается в смеситель и смешиванием с водой доводится до заданной консистенции. Затем производится подача композиционного связующего в перфорированный желоб из расходной емкости и равномерное его проливание по всей ширине ковра.

Калибровка ковра осуществляется калибровочным валом, и после вакуумирования плита подается в сушильную камеру. Сушильная камера имеет несколько зон сушки с рециркуляцией теплоносителя, а сушка производится прососом теплоносителя сквозь волокнистый слой.

После сушки волокнистый ковер подается на поперечную резку до получения базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя нужных размеров.

Пример 5. В загрузчик плавильной печи загружают базальтовый щебень состава (мас.%) по примеру 1-96,5. Дополнительно загружают (мас.%): ZrO₂ - 1,0; Cr₂O₃ - 1,5; CuO - 0,5; LiO₂ - 0,5.

Сырье перемешивают и плавят при температуре 1150^oC, в процессе варки выдерживают соотношение: Na₂O + К₂O + Li₂O = 7.

Технология и оборудование приготовления базальтоволокнистого экологически чистого утеплителя - по примеру 4.

Технический результат изобретения заключается в снижении производственных затрат, расширении сырьевой базы, улучшении качества и эксплуатационных характеристик базальтового волокна и базальтоволокнистого утеплителя.

Формула изобретения

1. Тонкое базальтовое волокно на основе расплава базальтовых горных пород, включающее SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, FeO, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, MnO, P₂O₅, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит ZrO₂, Cr₂O₃ и/или CuO при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ - 48,0 - 52,0 TiO₂ - 2,0 - 3,0 Al₂O₃ - 12,5 - 15,5 Fe₂O₃ - 4,0 - 8,0 FeO - 6,5 - 10,5 CaO - 8,5 - 10,5 MgO - 5,0 - 7,0 MnO - 0,1 - 0,5
Na₂O - 1,5 - 3,5
K₂O - 0,5 - 2,5
P₂O₅ - 0,2 - 0,5
ZrO₂ - 1,0 - 3,0
Cr₂O₃ и/или CuO - 0,5 - 2
2. Способ изготовления базальтоволокнистого утеплителя, включающий плавку минеральной шихты, образование волокна, формирование волокнистого ковра, подачу связующего, калибровку ковра и его сушку, отличающийся тем, что полученное волокно имеет состав по п.1, а образование волокна осуществляют методом раздува.

3. Способ изготовления базальтоволокнистого утеплителя по п.2, отличающийся тем, что при варке шихты в состав дополнительно вводят Li₂O в количестве 0,5 - 1 мас.%, причем сумма Na₂O + К₂О + Li₂O равна 2,5 - 7,0 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1