Сырье для получения базальтовых волокон
Изобретение относится к сырьевой шихте для расплава для получения непрерывных минеральных волокон. Технический результат изобретения заключается в повышении термостойкости, прочности на разрыв, стойкости к химикатам и щелочам. Сырьевая шихта для получения волокон содержит от 30% до 70% базальта и/или диабаза, от 19% до 34% кварцевого песка и от 7% до 13% доменного шлака. 3 н. и 11 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к сырьевой шихте для плавки для получения непрерывных минеральных волокон, а также к способу получения непрерывных минеральных волокон из расплава и к применению сырьевой шихты по изобретению.
Минеральные волокна являются волокнами из неорганического сырья. К минеральным волокнам относятся также базальтовые волокна, получаемые промышленно, тонкие каменные волокна, в частности волокна из базальта.
Вообще говоря, хотя минеральные волокна внешне похожи на стекловолокна, их химический состав из-за высокого содержания железа, а также кальция и магния и сравнительно низкого содержания диоксида кремния и алюминия значительно отличается от состава стекловолокон.
Здесь следует, однако, четко различать базальтовую вату и непрерывные базальтовые волокна. Непрерывные базальтовые волокна не представляют опасности для здоровья. Согласно современному уровню научных знаний, исходят из того, что только волокна длиной более 5 мкм, диаметром <3 мкм и отношением длина/толщина >3 (волокна согласно ВОЗ) при вдыхании представляют риск возникновения опухолей легкого у человека. Для более толстых волокон (диаметр >3 мкм) такой опасности ожидать не следует, так как эти более толстые волокна при вдыхании будут задерживаться в носу и поэтому не смогут попасть в легкие.
Возможности промышленного применения минеральных волокон многочисленны и разнообразны. Физические свойства и, тем самым, области применения, аналогичны тем, что и для стекловолокон. Базальтовые волокна используются в качестве армирующих волокон в композитных стеклопластиковых материалах, таких как облегченные конструкции в легковых и грузовых автомобилях, используются в космонавтике, военной и авиационной промышленности и т.д., или используются в качестве теплозащитного материала. Они подходят для применения во многих приложениях, связанных с высокими температурами. С помощью новых технологий можно производить также тончайшие волокна толщиной менее 0,01 мм и перерабатывать с получением ткани.
Базальтовое волокно, точнее сказать, непрерывное базальтовое волокно (EBF), получают в процессе плавки. При этом базальтовую породу с определенными химическими свойствами перерабатывают сложным способом плавления в базальтовые волокна. Их получают из жидкого расплава базальта при температуре примерно 1400°C. Состав расплава влияет на физические и химические свойства базальтовых волокон.
Общеизвестно, что для получения минеральных волокон используются горные породы, как базальт, доломит, известняк, или шлак металлургического производства. Однако базальты не очень годятся для плавки в вагранках или электропечах. Они размягчаются при относительно низкой температуре плавления, но при дальнейшем повышении температуры являются вязкотекучими в широком интервале температур. Вследствие этого не гарантируется непрерывный процесс плавки и однородное вытекание расплава из плавильного агрегата. Хотя добавлением в базальт основных добавок, таких как известняк или доломит, или вспененные доменные шлаки, достигают однородного расплава, но одновременно также получается короткий интервал размягчения. Это отрицательно сказывается как на последующем производстве волокна, так и на качестве волокна, а также на выходе волокон.
Из документа DD 223435A1 известен расплав для получения минеральных волокон из расплавленной породы, состоящий из 75-45% базальта и 25-55% диабаза. В расплав можно добавлять до 10% доменного шлака или известняка. Подготовительная обработка для гомогенизации или окомкования компонентов перед их введением в плавильный агрегат не требуется.
Задачей настоящего изобретения является создание сырьевой шихты для расплава для получения непрерывных минеральных волокон, с которой достигаются улучшенные свойства расплава, с целью усовершенствования производства непрерывных минеральных волокон высокого качества, в частности непрерывных базальтовых волокон.
Задача изобретения независимо решена при помощи сырьевой шихты, содержащей от 30% до 70% базальта и/или диабаза, от 10% до 40% кварцевого компонента, в частности кварцевого песка, и от 5% до 30% шлака, в частности доменного шлака, а также способом получения непрерывных минеральных волокон из расплава, образованного из сырья, содержащего от 30% до 70% базальта и/или диабаза, от 8% до 40% кварцевого компонента, в частности кварцевого песка, и от 5% до 30% шлака, в частности доменного шлака, а также применением этого способа для получения минерального волокна в качестве неметаллического упрочнения или армирования.
При этом оказалось выгодным, что благодаря использованию базальта или диабаза как основного компонента сырьевой шихты применяется материал, который благодаря чрезвычайно широкому распространению и непрерывному образованию в результате вулканической активности может рассматриваться как неисчерпаемое сырье.
Аналогичное справедливо для применения кварцевого песка - запасы кварцевого песка в мире практически безграничны. Благодаря применению кварцевого песка достигается желательная доля диоксида кремния в непрерывном базальтовом волокне, который требуется в качестве сеткообразователя.
Шлаком называют в металлургии стеклянные или кристаллические застывшие отходы плавки неметаллического типа. Он состоит в основном из кальциевого силиката и силикатного стекла. Доля стекла обычно превышает 75%. Шлак, в частности доменный шлак, предпочтительно служит для достижения содержания диоксида кремния и, тем самым, его требуемой доли как сеткообразователя в расплаве или минеральном волокне. Добавкой сырьевых материалов согласно изобретению для получения минеральных волокон можно удерживать низкими производственные расходы по сравнению с добавкой требуемых веществ в чистой форме.
В результате применения описанных исходных материалов, как базальт или диабаз, кварцевый песок и доменный шлак, можно снизить или удерживать как можно более низким количество дополнительных добавок, которые, с одной стороны, повышают расходы на получение минеральных волокон, в частности, непрерывных базальтовых волокон, а с другой стороны, могут быть также вредными для окружающей среды.
Базальтовые волокна из сырья согласно изобретению не содержат ядовитых и/или опасных компонентов. Бесконечные нити согласно изобретению являются ориентированными волокнами со средним диаметром волокна >9 мкм и вследствие малого стандартного отклонения, примерно 10%, не содержат волокон с диаметром <3 мкм. Они также не расщепляются вдоль (не фибриллируют), благодаря чему не возникает фрагментов волокон, которые могли бы попасть в альвеолы легких. Согласно Техническим правилам по обращению с опасными веществами TRGS 521, частицы длиной более 5 мкм, диаметром меньше 3 мкм и отношением длины к диаметру больше 3:1 считаются волокнистой пылью. Базальтовое волокно настолько толстое, что оно не может попасть в легкие, кроме того, оно не фибриллируется, т.е. не расщепляется вдоль, из-за чего могло бы стать тоньше. Время полураспада, то есть время, требующееся для того, чтобы разложилось половина находящегося в теле материала, составляет для базальтовых волокон заметно меньше 40 дней, поэтому они не попадают в категорию канцерогенных веществ.
Благодаря предлагаемому изобретением составу сырья для плавки для получения непрерывных минеральных волокон, содержащему от 45% до 55% базальтовой породы и/или диабаза, от 19% до 34% кварцевого песка и от 7% до 13% шлака, в частности доменного шлака, достигается высокий выход волокна при хорошем качестве волокна. Таким образом, можно получить бобины постоянного размера без разрыва нитей.
Непрерывное базальтовое волокно, полученное из сырья согласно изобретению, отличается прежде всего высокой термостойкостью, высокой прочностью на разрыв, высокой стойкостью к химикатам и щелочам, очень хорошими изоляционными свойствами и свойствами при растяжении, а также хорошо пригодны для переработки и вторичного использования.
Более тонкие волокна наряду с повышенной удельной поверхностью имеют повышенную удельную прочность. Благодаря своему профилю свойств и, прежде всего, повышенному модулю E, повышенной химической стойкости и повышенной термостабильности, эти непрерывные базальтовые волокна имеют заметные преимущества по сравнению с волокнами из стекла E. Базальтовые волокна могут стать конкурентами стекловолокнам. При этом замена на базальтовые волокна возможна прежде всего в тех областях, где значение имеет комбинация повышенного модуля E, повышенной термостойкости и улучшенной химической стойкости, прежде всего к щелочам. При этом базальтовые волокна занимают нишу, в которой стекловолокна могут применяться лишь ограниченно, а применение очень дорогих углеродных волокон не оправдано с экономической точки зрения. Непрерывные базальтовые волокна могут применяться как замена стекловолокну, например, в качестве тепло- и звукоизолирующих наполнителей и т.д. Поскольку непрерывное базальтовое волокно является также очень жаростойким, его можно также применять как замену асбестовому волокну. Существует также бетон с непрерывными базальтовыми волокнами, который может применяться вместо железобетона.
Вторичная переработка базальтовых волокон возможна без проблем, как и стекла. Стекло уже имеет долю возврата свыше 80%. С технической точки зрения базальтовые волокна могут достичь более высокой степени возврата, так как они получены из натурального сырья.
Преимуществом по сравнению с обычными волокнами является также то, что непрерывные базальтовые волокна можно перерабатывать и вторично использовать, так как они получены из натурального сырья.
Выгодным оказалось присутствие от 2% до 20%, в частности от 5% до 12% глины, в частности глинистых минералов и примесей, так как глины и их производные продукты при нагревании превращаются в твердые и жесткие минералы. Кроме того, глина служит источником кремния и алюминия.
Соединения бора, в частности борная кислота и/или ее производные, в частности соли, применяются в количестве, выбранном из диапазона с нижней границей 1%, в частности, 3%, и верхней границей 10%, предпочтительно 5%, причем соединения бора используются в качестве флюса. Кроме того, они улучшают коррозионную стойкость минеральных волокон. Соединения бора, в частности борная кислота или ее производные, могут снижать коэффициент теплового расширения и тем самым улучшают стойкость непрерывных базальтовых волокон к температурным изменениям, например, в случае армирующих волокон.
Соединения железа используются в количестве, выбранном в диапазоне с нижней границей 0,1%, в частности, 0,5%, и верхней границей 10%, предпочтительно 1%, причем соединения железа служат модификатором сетки и, следовательно, изменяют структуру и свойства волокна. Модификаторы сетки встраиваются в каркас, образованный сеткообразователем. Для обычного стекла для бытовых нужд (известково-щелочное стекло) - это оксид натрия или калия и оксид кальция. Эти модификаторы сетки разрывают структуру сетки. При этом разрываются связи мостикового кислорода в тетраэдрах оксида кремния. Вместо атомной связи с кремнием кислород вступает в ионную связь с атомом щелочи.
Оксид кальция используется для расплава в количестве, выбранном из диапазона с нижней границей 1%, в частности 2%, и верхней границей 10%, предпочтительно 4%, причем оксид кальция может служить модификатором сетки. CaO в умеренном добавлении согласно изобретению повышает твердость и химическую стойкость, в частности стойкость к щелочам, полученного из расплава минерального волокна, в частности непрерывного базальтового волокна. Соединения Ca откладываются на поверхности базальтовых волокон.
Носители фтора, как плавиковый шпат, применяются в количестве из диапазона с нижней границей 1%, в частности, 2%, и верхней границей 10%, предпочтительно 3%, причем плавиковый шпат добавляют в качестве флюса. Эта присадка облегчает процесс плавления и манипуляции с расплавленными материалами. Кроме того, снижаются температура плавления и вязкость расплава.
Далее, в сырьевую шихту можно также добавлять минералы и сырье, выбранное из группы, содержащей соединения металлов, как соединения марганца, титана, меди, алюминия, кобальта, щелочные соединения, как соединения натрия, калия, щелочноземельные соединения, как соединения магния или бария, каолин, соду, благодаря чему можно получать непрерывные базальтовые волокна в соответствии с желаемыми свойствами.
В одном усовершенствовании изобретения для получения расплава применяется сырье, по меньшей мере частично образованное как молотый материал и/или как формованные тела, которые состоят из частиц, в частности, молотого материала, из базальта и/или диабаза, по меньшей мере одного кварцевого компонента, в частности кварцевого песка и шлака, в частности доменного шлака, благодаря чему можно облегчить процесс плавления, создавая гомогенные условия в плавильной печи, и в результате улучшается качество минерального волокна, а также повышается выход минерального волокна.
Особенно выгодными оказались формованные заготовки размером с верхней границей 100 мм, так как тем самым можно удерживать низким внесение энергии для расплавления формованных тел в плавильной печи, не ухудшая в то же время свойства расплава.
При применении способа по изобретению для получения непрерывных минеральных волокон из расплава сырья, содержащего от 30% до 70% базальта и/или диабаза, от 10% до 40% кварцевого песка и от 5% до 30% шлака, в частности доменного шлака, выгодным оказалось, что все процессы обработки и переработки базальтовых продуктов соответствуют предписаниям Киотского договора от 2012. При нагреве не образуются ни ядовитые газы, пены или пары, ни другие вредные для человека или окружающей среды продукты или отходы.
Оказалось выгодным также, что для получения расплава сырье применяется, по меньшей мере частично, в виде формованных тел, которые образованы из частиц базальта и/или диабаза с по меньшей мере кварцевым песком и шлаком. С волокнами, полученными настоящим способом, не ожидается образования волокнистой пыли, так что ни при получении, ни при обработке, ни при применении и ни при утилизации этих волокон можно не ждать опасности для здоровья вовлеченных в это лиц. Для определенных применений базальтовые волокна, полученные способом по изобретению, можно также использовать как замену асбестовым волокнам.
Во введении следует зафиксировать, что в различных описанных примерах осуществления одинаковые детали имеют одинаковые обозначения, причем содержащееся во всем описании раскрытие может быть перенесено по смыслу на одинаковые детали с одинаковым обозначением. Равным образом, выбранные в описании указания на положение, как, например, сверху, снизу, сбоку и т.д., относятся к непосредственно описываемой и показанной фигуре, и при изменении положения должны по смыслу переноситься на новое положение. Далее, все отличительные признаки или комбинации отличительных признаков различных показанных и описанных примеров осуществления также могут представлять собой также независимые изобретательские решения или решения согласно изобретению.
Все указания на ширину диапазонов в настоящем описании следует понимать так, что они охватывают все без исключения подобласти этих диапазонов, например, указание "от 1 до 10" следует понимать так, оно охватывает все подобласти в пределах от нижней границы 1 до верхней границы 10, т.е. все подобласти, начинающиеся с нижней границы 1 или выше и заканчивающиеся у верхней границы 10 или ниже, например, от 1 до 1,7 или от 3,2 до 8,1, или от 5,5 до 10.
Процентные величины в связи с изобретением относятся к весовым процентам, если не указано иное.
Под базальтом в связи с изобретением понимается основная вулканическая порода. Она состоит главным образом из смеси силикатов железа и магния с оливином и пироксеном, а также богатого кальцием полевого шпата (плагиоклаз). Господствующими минеральными группами являются плагиоклаз, пироксен, преимущественно как авгит или диопсид. Оливин, биотит, амфиболит, как роговая обманка, щелочной полевой шпат, кварц, роговиковая порода и фельдшпатиты встречаются в некоторых месторождениях базальта. В связи с изобретением под базальтом понимаются также диабаз, мелафир, фельдшпатоидная порода, латит, фонолит, мелилитит, пикрит, тефрит, андезит, порфир, спилит, трахит и т.д. Итого базальты по своему химическому составу оказываются исключительной переменной породой, что противоречит его довольно одинаковому виду.
Настоящее изобретение описывает сырье, которое применяется для получения расплава для дальнейшей обработки в минеральные волокна, в частности непрерывные базальтовые волокна. В связи с изобретением речь идет о волокнах MMMF (man made mineral fibers - искусственные минеральные волокна), то есть о минеральных волокнах, полученных синтезом.
Таким образом, минеральные волокна можно получать без больших затрат. Их можно получать из множества материалов, включая изверженную горную породу и базальт, из шлака, образующегося в доменных печах, применяющихся при производстве стали и других металлов, и из отходов фосфатной промышленности.
В качестве базальта можно применять, наряду с прочим, породу с месторождений базальта в Radlpaß, Klöch, Oberhaag, Kirn, Solosnica, Losonec, Kamenec, Zelesice, Zbraslav, Belice, Okucani, Rakovac, Ceramide и т.д.
Предпочтительно, основным компонентом расплава является базальт. Состав расплава влияет на химические и физические характеристики базальтового волокна, в частности, через содержание железа.
Применяя кварцевый компонент, в частности кварцевый песок, в комбинации со шлаком, в частности доменным шлаком, для получения расплава, можно ввести в расплав необходимое количество SiO2. Более того, этим можно также благоприятно повлиять на характеристики плавления расплава и способствовать затем аморфному застыванию расплава. Подходящий для применения в изобретении кварцевый песок более предпочтительно состоит более чем на 95% из SiO2.
Добавляя дополнительные вещества, можно улучшить выход и качество непрерывного минерального волокна.
Глина, в частности глинистые минералы, а также примеси и производные продукты приводят к высокой прочности непрерывных минеральных волокон, полученных из сырья согласно изобретению. Глина служит источником SiO2 и Al2O3 и при необходимости источником Fe2O3. Так, глины, типичные для применения в изобретении, содержат от 50 до 90% SiO2, от 10 до 30% Al2O3 и до 20% Fe2O3, а также незначительные количества CaO, MgO, K2O, TiO2.
Флюсы, как соединения фтора, в частности, плавиковый шпат, и/или соединения бора, как борная кислота, влияют на вязкость расплава, и тем самым можно оптимизировать производственные параметры для последующего процесса вытягивания или прядения.
Оксид кальция и соединения железа используются в качестве модификаторов сетки. Кроме того, благодаря присутствию железа можно также целенаправленно использовать поливалентные свойства железа, например оптические свойства, в частности поглощение инфракрасного излучения, механические свойства, как прочность при растяжении, способность связывать пластмассы и т.д. Соединения железа можно также добавлять, чтобы улучшить реологические свойства расплава или для окрашивания.
Полевой шпат служит также источником SiO2 и Al2O3. Типичные подходящие для изобретения полевые шпаты имеют содержание SiO2 выше 60% и содержание Al2O3 выше 15%. Каолин также применяется как источник SiO2 и Al2O3.
Благодаря применению сырья в виде формованных тел образуется однородный расплав с вязкостью, при которой из него можно вытягивать или прясть непрерывные минеральные волокна.
В качестве шлака применяется размолотый доменный шлак с основными компонентами SiO2, CaO, Al2O3 и MgO. Например, состав одного подходящего для использования в изобретении доменного шлака следующий: 37% SiO2, 36,3% CaO, 8,4% MgO, 10,6% Al2O3, 0,4% Fe2O3, 4,1% Na2O, 0,1% P2O5, 1,4% K2O, 0,5% TiO2, 1,3% MnO.
В одном усовершенствовании можно также добавлять синтетические минералы и сырье, выбранные из группы, содержащей соединения железа, соединения марганца, соединения титана, соединения бора и т.д., чтобы оптимизировать технологические параметры или соответствующим образом повлиять на свойства непрерывного базальтового волокна.
Точный химический состав базальтовых волокон зависит от состава расплава и тем самым от сырья, использовавшегося для получения расплава. Известные из уровня техники базальтовые волокна фирмы Basaltex имеют следующий состав (в массовых процентах): 52% SiO2, 17% Al2O3, 9% CaO, 5% MgO и 17% другие компоненты.
Применяя указанные согласно изобретению исходные материалы для образования расплава, можно получить непрерывные минеральные волокна следующего состава (в вес.%):
| Группа | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| SiO2 | 42-51 | 51-65 | 45-55 | 48-52 | 55-65 |
| CaO | 4-18 | 6-15 | 10-20 | 18-23 | 10-15 |
| MgO | 3-10 | 2-8 | 2-10 | 10-16 | 1-4 |
| Al2O3 | 10-15 | 8-15 | 15-25 | 8-12 | 8-18 |
| Fe2O3 | 10-18 | 8-15 | 5-15 | 4-7 | 2-6 |
| Na2O | 1-6 | 1-6 | 1-6 | 1-3 | 0,3-5 |
| P2O5 | 0-1 | 0-0,5 | 0-1 | - | 0,1-0,9 |
| K2O | 0-5 | 0-5 | 0-5 | - | 1-5 |
| TiO2 | 1-3 | 0-2 | 0-2 | 2-4 | 0,3-3 |
| MnO | 0-0,5 | 0-0,5 | 0-0,5 | - | 0,1-0,9 |
| Сумма | не определено | не определено | не определено | не определено | не определено |
Минеральные волокна группы 1 можно получить, например, используя базальт из месторождения Klöch. Минеральные волокна группы 2 имеют повышенное содержание SiO2. Базальтовые волокна группы 3 имеют повышенное содержание Al2O3. Для волокон группы 4 в качестве сырья использовался диабаз, а для волокон группы 5 - андезит.
В частности, из сырья согласно изобретению можно получить непрерывные минеральные волокна, в частности непрерывные базальтовые волокна, следующего состава, согласно рентгенодифракционному анализу (РДА) (возможны незначительные отклонения суммы от 100% из-за погрешностей измерений, потери при прокаливании и т.д.):
| Группа | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| SiO2 | 61,3 | 55,6 | 60,8 | 60,2 | 64,4 | 49,9 |
| CaO | 12,4 | 14,1 | 13,1 | 12 | 11,6 | 7,4 |
| MgO | 3,2 | 4,5 | 3,1 | 3,3 | 4,5 | 4,8 |
| Al2O3 | 12,1 | 15,3 | 14 | 13,6 | 8,6 | 10,3 |
| Fe2O3 | 5,7 | 7,1 | 5,9 | 5,6 | 6,0 | 6,6 |
| Na2O | 1,7 | 0,3 | 0,3 | 1,7 | 2,2 | 0,5 |
| P2O5 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,3 |
| K2O | 1,2 | 1,6 | 1,5 | 1,3 | 1,0 | 1,0 |
| TiO2 | 0,8 | 0,9 | 0,9 | 0,8 | 1,1 | 1,4 |
| MnO | 0,2 | 0,4 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,2 |
| Cr (ч./млн) | - | 467,2 | 132,1 | 173,9 | 316,9 | 382 |
| Группа | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| SiO2 | 61,1 | 63,5 | 56,6 | 75,3 | 64,5 | 42,2 |
| CaO | 11,4 | 13,9 | 9,2 | 4,9 | 7,7 | 4,7 |
| MgO | 2,3 | 1 | 3,8 | 6,2 | 0,2 | 8,2 |
| Al2O3 | 15 | 12,7 | 16,5 | 26,2 | 12,2 | 9 |
| Fe2O3 | 3,1 | 3 | 6,1 | 3,1 | 5 | 5 |
| Na2O | 3,3 | 2,7 | 2 | 1,4 | 8,8 | 0,9 |
| P2O5 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0 | 0,2 | 0,1 |
| K2O | 2,4 | 2,1 | 1,2 | 1,2 | 1,2 | 2,4 |
| TiO2 | 0,8 | 0,7 | 0,7 | 0,3 | 0,2 | 0,3 |
| MnO | 0,4 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | - | 0,1 |
| Cr (ч./млн) | - | - | - | 89,4 | 69 | 348,2 |
| Группа | 18 | 19 | 20 | 21 |
| SiO2 | 52 | 60,5 | 64,2 | 60,5 |
| CaO | 9,6 | 12,3 | 7,8 | 12,2 |
| MgO | 6 | 2,3 | 4,4 | 2,3 |
| Al2O3 | 13,5 | 13,4 | 18 | 13,3 |
| Fe2O3 | 4,6 | 5,1 | 7,1 | 5,3 |
| Na2O | 2,4 | 1,6 | 1,9 | 1,6 |
| P2O5 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,3 |
| K2O | 1,6 | 1,5 | 1,6 | 1,5 |
| TiO2 | 0,4 | 1 | 0,4 | 1 |
| MnO | 0,3 | 0,2 | 1,9 | 0,2 |
| Cr (ч./млн) | 119,6 | - | 374,1 | - |
Сырье, прежде чем оно попадет в плавильную печь, готовят предпочтительно в виде формованных тел, в частности, размером с нижней границей 1 мм и верхней границей 100 мм. При этом применяют формованные тела, какие описаны в патентной заявке "Предварительная обработка сырья для получения базальтовых волокон", поданная Заявителем 23.12.2010.
В альтернативном варианте осуществления сырье может также вводиться в плавильную печь как молотый материал.
Сырье в виде молотого материала или формованных тел загружают в плавильную печь, где с помощью электродов сырье расплавляется. Альтернативно можно также отапливать печь с сырьем углем или газом, вследствие чего сырье расплавляется.
В качестве способа получения можно применять любой известный из уровня техники способ получения непрерывных минеральных волокон. Например, расплавление сырья в плавильной печи, вытягивание расплава с получением непрерывных волокон, нанесение покрытия на волокна, сушка, намотка и последующая надлежащая переработка.
Далее приводится несколько примеров осуществления для состава сырьевой шихты по изобретению, причем эти примеры не должны рассматриваться как ограничительные.
| A | B | C | D | E | |
| базальт | 70 | 55 | 54 | - | - |
| диабаз | - | - | - | 40 | 60 |
| кварцевый песок | 10 | 19 | 19 | 34 | 30 |
| глинистый минерал | 7 | 12 | 12 | 5 | - |
| доменный шлак | 13 | 10 | 10 | 13 | 7 |
| борная кислота | - | - | - | 5 | 3 |
| Fe2O3 | - | - | 1 | - | - |
| CaO | - | 4 | 4 | - | - |
| плавиковый шпат | - | - | - | 3 | - |
| Сумма | - | - | - | - | - |
В примерах сырьевой шихты A, B и C основная часть образована базальтом, а в примерах осуществления D и E - диабазом.
Согласно рентгенодифракционному анализу, из сырьевой шихты A можно получить, например, минеральные волокна группы 7. Из состава B можно получить минеральные волокна группы 8, из состава C - минеральные волокна группы 9, из состава D - минеральные волокна группы 10, из состава E - минеральные волокна группы 11.
Следующие возможные составы сырьевой шихты согласно изобретению приводятся ниже.
| F | G | H | I | J | |
| базальт | - | - | 65 | 35 | 37 |
| андезит | 60 | 60 | - | - | - |
| кварц | 8 | 18 | 12 | 30 | 38 |
| глина | 8 | 5 | 11 | 3 | - |
| доменный шлак | 24 | 9 | - | 5 | 5 |
| борная кислота | - | - | - | 3 | - |
| Fe2O3 | - | - | - | - | 4 |
| CaO | - | 8 | - | - | 8 |
| каолин | - | - | 12 | - | - |
| карбонат натрия | - | - | - | 7 | 8 |
| Al2O3 | - | - | - | 15 | - |
| MgO | - | - | - | 2 | - |
| Сумма | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| K | L | M | N | O | P | |
| базальт | 50 | 60 | 54 | 60 | 53 | 56 |
| кварц | 25 | 13 | 18 | 16 | 18 | 19 |
| глина | 3 | 3 | 12 | - | 12 | 11 |
| доменный шлак | 5 | 20 | 10 | 13 | 10 | 8 |
| борная кислота | 2 | 2 | - | 2 | - | - |
| Fe2O3 | - | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 |
| CaO | - | - | 5 | - | 5 | - |
| каолин | - | - | - | - | - | - |
| Al2O3 | 10 | - | - | 5 | - | 5 |
| MgO | 5 | - | - | - | - | - |
| MnO | - | - | - | 2 | - | - |
| Сумма | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Согласно рентгенодифракционному анализу, из сырьевых загрузок F, G, H, I, J, K, L, M, N, O и P можно получить, например, минеральные волокна групп 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 6.
В опытах определялись следующие физические параметры минеральных волокон как мононитей из сырья вышеописанного состава: титр (дтекс), напряжение (сН/текс), удлинение (%), производительность (г/ч).
Величина титра составляет от 1,2 до 9,6 дтекс, напряжение при растяжении ниже 200 сН/текс, в частности, составляет от 1 до 100 сН/текс, предпочтительно от 6 до 60 сН/текс, удлинение менее 5%, в частности, составляет от 1 до 4%, предпочтительно от 1,7 до 2,4%, и производительности выше г/ч, в частности, от 30 до 1250 г/ч, предпочтительно от 10 кг/ч до 40 кг/ч.
| Группа | Титр (дтекс) | Напряжение при растяжении (сН/текс) |
Удлинение (%) | Производитель- ность (г/ч) |
| 6 | 1,9 | 48 | 3,3 | 109 |
| 7 | 11,8 | 198,6 | 0,1 | 3452 |
| 8 | 12,3 | 170,6 | 2,0 | 4561 |
| 9 | 17,0 | 123,4 | 0,6 | 6578 |
| 10 | 3,6 | 198,1 | 1,5 | 1876 |
| 11 | 1,1 | 107,7 | 1,7 | 23345 |
| 12 | 3,7 | 51,2 | 2 | 34,2 |
| 13 | 1,2 | 45,9 | 2 | не определена |
| 14 | 9,6 | 5,9 | 2,3 | не определена |
| 15 | 2,8 | 12,5 | 1,6 | 22768 |
| 16 | 3,4 | 49,1 | 1,9 | 102,5 |
| 17 | 3,4 | 55 | 2,4 | 56,3 |
| 18 | 3,6 | 44,1 | 1,7 | 124,3 |
| 19 | 2,9 | 49,5 | 1,9 | 32,6 |
| 20 | 2 | 50,7 | 2,1 | 67,6 |
| 21 | 3 | 60,8 | 2,4 | 123,8 |
| 22 | 1,8 | 36,2 | 1 | 19765 |
| 23 | 0,9 | 65,9 | 2,1 | 27453 |
Далее, оказалось, что сырьевая шихта согласно изобретению дает расплав, который хорошо прядется, т.е. со скоростью примерно 3600 м/мин, и до длины 50000 м не обнаруживает обрывов. Кроме того, минеральное волокно, произведенное из сырья, полученного согласно изобретению, имеет высокую прочность при растяжении, выше 4500 МПа, при среднем диаметре примерно от 5 до 40 мкм, в частности, от 7 до 20 мкм.
Результаты испытаний показали, что стойкость к щелочам минеральных волокон из сырья вышеуказанного состава заметно лучше, чем у стекловолокна.
Настоящее изобретение относится также к способу получения непрерывных минеральных волокон, в частности базальтовых волокон, из расплава, причем расплав образован из сырья, содержащего от 30% до 70% базальта, от 8% до 40% кварцевого компонента и от 5% до 30% шлака, в частности доменного шлака.
Относительно следующих веществ, которые можно добавлять в процесс, следует обратиться к вышеописанным вариантам сырьевой шихты для плавки для получения непрерывных минеральных волокон, в частности базальтовых волокон.
Из сырьевой шихты согласно изобретению можно получать базальтовые волокна со структурой, описанной в патентной заявке "Базальтовые волокна", поданной настоящим заявителем 23.12.2010, тем самым она включена ссылкой в настоящую заявку.
Примеры осуществления показывают возможные варианты осуществления предлагаемой изобретением сырьевой шихты, причем здесь следует отметить, что изобретение не ограничено особо представленными вариантами его осуществления, напротив, возможны различные комбинации отдельных вариантов осуществления друг с другом, и специалисты, занятые в этой области техники, способны понять возможности изменений благодаря техническим наставлениям настоящего изобретения. Таким образом, все мыслимые варианты осуществления, которые возможны в результате комбинаций отдельных деталей представленных и описанных вариантов осуществления, охватываются объемом защиты.
Независимые решения задачи, стоящей в основе изобретения, можно вывести из описания.
Прежде всего, предмет независимых решений согласно изобретению может быть образован отдельными, указанными в примерах воплощениями. Относящиеся к нему задачи и решения согласно изобретению можно найти из подробного описания.
1. Сырьевая шихта для плавления для получения непрерывных минеральных волокон, отличающаяся тем, что она содержит от 30% до 70% базальта и/или диабаза, от 19% до 34% кварцевого песка и от 7% до 13% доменного шлака.
2. Сырьевая шихта по п. 1, отличающаяся тем, что в ней содержится от 45% до 55% базальта и/или диабаза.
3. Сырьевая шихта по одному из пп. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит от 2% до 20% глины, в частности глинистых минералов и примесей, в частности от 5% до 12%.
4. Сырьевая шихта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что борная кислота и/или ее производные, в частности соли, содержатся в диапазоне с нижней границей 1%, в частности 3%, и верхней границей 10%, предпочтительно 5%.
5. Сырьевая шихта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соединения железа содержатся в диапазоне с нижней границей 0,1%, в частности 0,5%, и верхней границей 10%, предпочтительно 1%.
6. Сырьевая шихта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что оксид кальция содержится в диапазоне с нижней границей 1%, в частности 2%, и верхней границей 10%, предпочтительно 4%.
7. Сырьевая шихта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что плавиковый шпат содержится в диапазоне с нижней границей 1%, в частности 2%, и верхней границей 10%, предпочтительно 3%.
8. Сырьевая шихта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в ней содержатся минералы и сырье, выбранные из группы, содержащей соединения металлов, как соединения марганца, титана, меди, кобальта, щелочные соединения, как соединения натрия, калия, щелочноземельные соединения, как соединения магния или бария.
9. Сырьевая шихта по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что сырье находится в виде, по меньшей мере частично, молотого материала и/или формованных тел, которые образованы из частиц, в частности, молотого материала, базальта и/или диабаза, кварцевого песка и доменного шлака.
10. Сырьевая шихта по п. 9, отличающаяся тем, что формованные тела имеют размер с верхней границей 100 мм.
11. Способ получения непрерывных минеральных волокон из расплава, отличающийся тем, что расплав образован из сырьевой шихты, содержащей от 30% до 70% базальта и/или диабаза, от 19% до 34% кварцевого песка и от 7% до 13% доменного шлака.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что в расплав добавляют по меньшей мере одно из дополнительных веществ согласно одному из пп. 2-8.
13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что сырьевая шихта применяется для получения расплава в виде, по меньшей мере частично, формованных тел, которые образованы из частиц, в частности, молотого материала, базальта и/или диабаза, кварцевого песка и доменного шлака.
14. Применение сырьевой шихты по одному из пп. 1-10 для получения минеральных волокон в качестве неметаллического упрочнения или армирования.
