Способ изготовления минеральных волокон из базальтовых горных пород

 

Изобретение относится к области производства непрерывных и штапельных минеральных волокон из расплава базальтовых горных пород с повышенной прочностью и химической устойчивостью и может быть использовано в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, энергетике и других отраслях. Технический результат: повышение прочности и химической устойчивости минеральных волокон из базальтовых горных пород. Заявлен способ изготовления минеральных волокон из базальтовых горных пород, в котором в качестве исходной используют породу, включающую SiO2, Al2O3, CaO, MgO, Fe2О3, К2О и Na2O, при этом основные стеклообразующие и щелочные оксиды содержатся в ней при следующем соотношении (мас.%): SiO2 - 61-64 и К2О+Na2О - 9,0-9,2. 1 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области производства непрерывных и штапельных минеральных волокон из расплава базальтовых горных пород с повышенной прочностью и химической устойчивостью и может быть использовано в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, энергетике и других отраслях.

Известны способы производства минеральных волокон путем плавления шихты сырьевых компонентов, включающих: SiO2, Аl2О3, СаО, Fе2О3, MgO, К2О, Na2O и др., в которых синтезируются целевые технические свойства волокон и выработочные (технологические) свойства расплава в зависимости от способа выработки волокон [1-3].

Недостатком этих способов является то, что приготовление синтезированных составов шихты из физических компонентов является очень трудоемким и дорогостоящим процессом. Кроме того, для превращения физической смеси компонентов шихты в однородную массу на стадии силикатообразования необходимы дополнительные затраты энергии.

Известен также наиболее близкий по технической сущности к заявляемому изобретению способ (RU 2102342, кл. С 03 В 37/00, опубл. 20.01.1998, 3с.) изготовления минеральных волокон из базальтовых горных пород, в котором в качестве исходной стеклообразующей породы используют базальтовую породу, включающую SiO2, Аl2О3, СаО, MgO, Fе2О3, К2О и Na2O при следующем соотношении (мас.%): SiO2 - 47-57, Аl2O3 - 13-18 и К2О+Na2O- 3-6 [4].

Недостатком описанного способа является низкая прочность выработанных минеральных волокон, их высокая гигроскопичность, недостаточная химическая стойкость и температуроустойчивость.

Целью изобретения является повышение прочности и химической устойчивости минеральных волокон из базальтовых горных пород.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления минеральных волокон из базальтовых горных пород, в котором в качестве исходной стеклообразующей породы, включающей SiO2, Аl2О3, СаО, MgO, Fе2О3, К2О и Nа2О, согласно изобретению берут породу, содержащую основные стеклообразующие и щелочные оксиды при следующем соотношении (мас.%): SiO2 - 61-64 и К2О+Na2O - 9,0-9,2.

Физическая сущность изобретения состоит в том, что при увеличении процентного содержания кремнезема и глинозема в породе повышается температура плавления и вязкость расплава, условия выработки минеральных волокон ухудшаются, что приводит к увеличению их дефектности, т.е. к уменьшению прочности и химической устойчивости. Увеличение же содержания К2О и Nа2О в алюмосиликатных системах, напротив, приводит к уменьшению вязкости расплава и увеличению прочности волокон. Поэтому для достижения цели изобретения необходимо не только увеличение содержания щелочных оксидов, но и увеличение содержания основных оксидов.

Причинно-следственная связь между совокупностью заявляемых признаков и техническими результатами, которые достигаются при ее реализации, состоит в следующем. Использование в качестве исходного сырья базальтовых горных пород с определенным соотношением содержащихся в ней оксидов за счет одновременно протекающих процессов кристаллизации и стеклообразования в процессе формирования волокна позволяет управлять процессом изготовления минеральных волокон, вследствие чего уменьшается дефектность и повышается их качество, а именно: повышается химическая стойкость и температуроустойчивость, увеличивается прочность.

Пример 1. Получение непрерывного волокна.

В качестве однокомпонентного сырья берут базальтовый порфирит месторождения горы Магнитной следующего состава: мас.%: SiO2 64, Аl2О3 18, CaO 3,0, MgO 0,8, FeO 3,0, ТiO2 0,8, Na2O 6,2, К2О 3,0, ппп 1,2.

Базальтовый порфирит измельчают до кусков размером 20-40 мм, загружают в печь и плавят при температуре 1450-1490С.

Из расплава через фильеры диаметром 2,2 мм вытягивают непрерывное волокно и наматывают на бобину наматывающего агрегата. Выработку волокна осуществляют при температуре 1250-1400С. Температурный интервал выработки волокна из расплава порфирита, С - 150. Температура верхнего предела кристаллизации, С - 1170.

Полученное волокно характеризуется следующими показателями:

Средний диаметр, мкм 9

Прочность на разрыв, МПа 2250

Химическая устойчивость, %:

- к воде 98,8

- к 0,5 н. NaOH 97,9

- к 2 н. NaOH 93,2

- к 2 н. НСl 89,5

температуроустойчивость, С 800

гигроскопичность, % 0,1

Пример 2. Получение непрерывного волокна

В качестве однокомпонентного сырья берут пироксеновый порфирит Хавчазерского месторождения Карелии следующего состава, мас.%: SiO2 51,2, Аl2O3 12,9, CaO 9,83, MgO 7,2, FeO 8,84, Fе2О3 1,91, ТiO2 1,78, Nа2О 2,2, К2О 0,99, ппп 3,2.

Выработка волокна характеризуется температурой верхнего предела кристаллизации, которая составляет 1230С.

Полученное волокно характеризуется следующими показателями:

Средний диаметр, мкм 12

Прочность на разрыв, МПа 2000

Химическая устойчивость, %:

- к воде 99,4

- к 0,5 н. NaOH 97,8

- к 2 н. NaOH 91,2

- к 2 н. НСl 69,1

- температуроустойчивость, С 700

- гигроскопичность, % 0,3

Пример 3. Получение штапельного волокна

В качестве двухкомпонентного сырья для изготовления штапельного волокна берут синтезированную шихту, состоящую из 75% базальтового порфирита месторождения горы Магнитной (см. пример 1) и 25% известняка с химическим составом, мас.%: SiO2 1,0, CaO 55,0, MgO 2,0, ппп 4,4. Использование синтезированной шихты, суммарный химический состав которой характеризуется следующим соотношением основных оксидов: SiO2 48,3, Аl2О3 13,5 и К2O+Na2O 6,9, является необходимым в связи с тем, что базальтовый порфирит (базовый состав) при плавлении образует высоковязкий расплав, непригодный для изготовления штапельного волокна, так как не подвергается раздуву.

Базальтовый порфирит измельчают до кусков размером 20-40 мм, известняк - до кусков размером 5-40 мм, затем дозируют и смешивают компоненты. Приготовленную шихту загружают в плавильную печь и плавят при температуре 1450-1490С. Струи расплава из жаропрочного фильерного питателя при температуре 1190-1350С направляют в узел волокнообразования, в котором раздуваются воздухом методом вертикального раздува.

Выработка волокна характеризуется температурой верхнего предела кристаллизации 1190С.

Полученное волокно характеризуется следующими показателями:

Средний диаметр, мкм 5-9

Прочность на разрыв, МПа 800-1000

Химическая устойчивость, %:

- к воде 97,2

- к 0,5 н. NaOH 97,8

- к 2 н. NаОН 93,2

- к 2 н. НСl 88,3

- температуроустойчивость, С 800

- гигроскопичность, % 0,2

Результаты экспериментальных исследований свойств полученных волокон приведены в таблице.

Как показали экспериментальные исследования, повышение прочности и химической стойкости минеральных волокон по сравнению с прототипом (п.5 и п.6) достигается при использовании исходной породы, которая содержит (в мас.%) SiO2 61-64 и К2O+Na2O 9,0-9,2 (п.1, пример 1). Достижение положительного эффекта иллюстрируется также улучшением свойств полученных минеральных волокон по сравнению с промышленноосвоенными образцами, наиболее полно исследованными и изученными (пп.2-4).

*-протопип (SiO2 - 47-57, Аl2О3 - 13-18 и К2O+Na2O -3-6 [4]).

Источники информации

1. Матвеев М.А. и др. Структура, состав, свойства и формование волокон. - Мат. первого Всесоюзн. симпозиума по стеклянному волокну. - М., 7-9 февраля 1967, с. 87.

2. Школьников Я.А. и др. Стеклянное штапельное волокно. - М.: Химия. 1969.

3. RU 2039019, кл. С 03 С 13/00.

4. RU 2102342, кл. С 03 В 37/00.

Формула изобретения

Способ изготовления минеральных волокон из базальтовых горных пород, в котором в качестве исходной используют породу, включающую SiO2, Аl2O3, CaO, MgO, Fе2О3, К2О и Na2O, отличающийся тем, что основные стеклообразующие и щелочные оксиды содержатся в ней при следующем соотношении: SiO2 - 61-64 мас.% и К2О+Na2О - 9,0-9,2 мас.%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству минерального волокна, используемого для теплоизоляции трубопроводов, утепления перекрытий в строительстве и для звукоизоляции
Изобретение относится к области материаловедения

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов из силикатных расплавов и может найти применение в промышленности строительных материалов и др

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

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов, а именно к производству минерального волокна, используемого для утепления и звукоизоляции в строительной индустрии

Изобретение относится к технологии силикатов и может быть использовано в производстве минеральной ваты

Изобретение относится к производству теплоизоляционных материалов, а именно к производству минеральной ваты, используемой для утепления перекрытий и звукоизоляции в строительной индустрии

Изобретение относится к области волоконно-оптических стойких линий связи, к воздействию ионизирующего и ультрафиолетового излучения, и может быть использовано в устройствах для передачи изображений и рамановских волоконных лазерах и усилителях

Изобретение относится к области производства минеральных волокон из расплавов горных пород, а именно к области фильерных питателей для производства непрерывного минерального волокна, и может быть использовано при получении волокон посредством высокотемпературной переработки минеральных горных пород

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве высокотемпературных изоляционных материалов из супертонкого базальтового волокна

Изобретение относится к области производства строительных теплозвукоизоляционных материалов и может быть использовано в производстве супертонких штапельных волокон из минеральных расплавов путем вертикального раздува высокоскоростной струей газообразного энергоносителя

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при производстве высокотемпературных изоляционных материалов из супертонкого, преимущественно базальтового, волокна

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в волоконно-оптических датчиках физических величин и волоконно-оптических гироскопах

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, в частности к оборудованию заводов стеклянного волокна

Изобретение относится к способам получения минеральных волокон, в том числе базальтового волокна, которое находит широкое применение в машиностроении, текстильной, химической, аэрокосмической промышленности, стройиндустрии и других областях хозяйства

Изобретение относится к минераловатному производству, в частности к устройствам для получения тонких и супертонких волокон методом раздува

Изобретение относится к области производства непрерывных и штапельных минеральных волокон из расплава базальтовых горных пород с повышенной прочностью и химической устойчивостью и может быть использовано в промышленности строительных материалов с тепло- и звукоизоляционными свойствами, энергетике и других отраслях

Наверх