阅读说明：本技术 一种矿物纤维原料的制备方法以及获得的矿物纤维原料 (Preparation method of mineral fiber raw material and obtained mineral fiber raw material ) 是由 刘昶江 李红超 杨春成 姜乐涛 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种矿物纤维原料的制备方法和通过所述方法制备的矿物纤维原料,所述方法包括以下步骤：(1)将长石和辉石颗粒按一定比例混合,使得其中长石的质量分数为50％～70％,辉石的质量分数为25％～35％,长石和辉石总质量分数大于85％,且伴生矿物质量分数不大于15％；(2)将该混合物放入铂金坩埚中,并在高温下加热熔融,获得均匀的硅酸盐熔体；和(3)将该熔体从炉中取出,置于空气中自然冷却,得到非晶态硅酸盐固体产物,将该固体破碎从而得到所述矿物纤维原料。(The present invention relates to a method for preparing a mineral fibre raw material and a mineral fibre raw material prepared by said method, said method comprising the steps of: (1) mixing feldspar and pyroxene particles according to a certain proportion, wherein the mass fraction of the feldspar is 50-70%, the mass fraction of the pyroxene is 25-35%, the total mass fraction of the feldspar and the pyroxene is more than 85%, and the mass fraction of associated minerals is not more than 15%; (2) putting the mixture into a platinum crucible, and heating and melting the mixture at a high temperature to obtain a uniform silicate melt; and (3) taking the melt out of the furnace, placing the melt in air for natural cooling to obtain an amorphous silicate solid product, and crushing the solid to obtain the mineral fiber raw material.)

一种矿物纤维原料的制备方法以及获得的矿物纤维原料

技术领域

本发明涉及一种矿物纤维原料的制备方法和通过该方法获得的矿物纤维原料。通过本发明的方法制备的矿物纤维原料可以用于生产性能稳定的矿物纤维。

背景技术

某些矿物和岩石，如辉绿岩、白云石、花岗岩、玄武岩、石灰岩等，经高温熔融后得到的熔体具有一定的粘度，适宜通过拉丝工艺制成纤维产品。而且，特定成分的岩石，如辉绿岩、玄武岩等，可在一定条件下制成连续纤维。此类连续纤维在力学、电学等方面具有优异性能，与玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维一并被我国列入了重点发展的四大纤维。

目前的硅酸盐连续纤维，尤其是玄武岩纤维的生产过程中，由于天然岩石的组成复杂，杂质较多，成分的波动造成了纤维性能的不稳定，产品离散率高，影响其高端应用。矿物纤维的生产工艺强调以化学成分配比来限定原料配方，但岩石中主要化学成分多达十几种，且纯化学原料与岩石相比在熔点、结构、化学活性等方面存在差异，因而用化学成分调配原料的方式基本不可实现；而采用岩石混配的方式，又受限于各成分间的相互关联，变量较多，难以调配。鉴于此，本发明提出一种采用单矿物混配的方式制备纤维原料的方法，其中涉及矿物可通过选矿方式除杂提纯，而一种矿物的化学成分由其端员组分所限定，是相对明确的。所用的长石、辉石，是组成玄武岩、辉绿岩、辉长岩的主要矿物，但其混配方式比上述岩石更为灵活，因此本发明的方法可通过优化矿物配比，实现纤维原料成分的均一化调控，进而实现对纤维产品性能的稳定控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿物纤维原料的制备方法，该方法以长石和辉石两种自然界常见的矿物为主要原料，通过优化配比、搅拌混合，得到包含长石和辉石作为主要组分的矿物混合物。该矿物混合物不可避免地混入有伴生矿物。然后该矿物混合物经受高温熔融、冷却破碎等步骤，获得一种非晶态硅酸盐固体产物，可作为生产矿物纤维的矿物纤维原料。本发明的制备方法实施过程简单，所用原料丰富廉价，易于推广。

具体地，本发明的矿物纤维原料的制备方法包括以下步骤：

(1)选取已知成分的长石、辉石矿物，分别破碎、过筛获得各自的矿物颗粒，将两种矿物颗粒按一定比例混合得到矿物混合物，使得其中长石的质量分数为50％～70％，辉石的质量分数为25％～35％，长石和辉石总质量分数大于85％，且伴生矿物总质量分数不大于15％；

(2)将该矿物混合物放入铂金坩埚，搅拌均匀，在高温下加热熔融一段时间，获得均匀的硅酸盐熔体；和

(3)将坩埚从炉中取出，置于空气中自然冷却，得到非晶态硅酸盐固体产物，将该固体产物破碎后，即制得一种用于生产矿物纤维的原料。

其中，步骤(1)中所得的矿物颗粒的粒径优选为0.3～0.6cm。所用的长石矿物为斜长石或斜长石和碱性长石的混合物，其中长石矿物三个端员组分的质量分数范围为：钠长石(NaAlSi₃O₈)40％～50％，钙长石(CaAl₂Si₂O₈)30％～45％，钾长石(KAlSi₃O₈)0～25％。所用的辉石矿物为单斜辉石和斜方辉石的混合物，其中辉石矿物三个端员组分的质量分数范围为：顽火辉石(Mg₂Si₂O₆)25％～55％，铁辉石(Fe₂Si₂O₆)25％～60％，硅灰石(Ca₂Si₂O₆)15％～20％。所述伴生矿物包括但不限于石英、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿等。所述的加热熔融方式包括但不限于电炉加热，通常为电炉加热。优选地，熔融温度为1100℃～1450℃，熔融时间为2h～6h。

本发明的方法具有以下优点：矿物纤维原料来源广泛、成本低廉，长石、辉石矿物多为矿山尾矿等固体废弃物，本方法可实现其资源化利用；工艺过程简单，将两种矿物按比例配料后，经熔融、冷却、破碎即可完成，便于实施推广；所获得的产物可用于生产高性能矿物纤维，产品附加值高。

附图说明

图1为根据本发明的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中结合具体的实施例，并参照附图，对本发明进行进一步的详细说明。然而，这些具体实施例仅仅是本发明的示例性实施方式，并不由此限制本发明。

实施例1

矿物配比(质量分数)：长石矿物52％，辉石矿物33％，伴生矿物15％。长石矿物中端员组分的质量分数(基于长石矿物计)：钠长石44％，钙长石32％，钾长石24％；辉石矿物中端员组分的质量分数(基于辉石矿物计)：顽火辉石27％，铁辉石57％，硅灰石16％；伴生矿物：石英、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿。

矿物纤维原料的制备过程：流程参见图1。首先分别将长石、辉石样品破碎，先过30目筛，取筛下部分，再将该部分过40目筛，取筛上部分，最终分别获得两种矿物颗粒，粒径约0.5cm。准确称取长石颗粒5.69g，其中含长石5.18g，石英0.51g；准确称取辉石颗粒4.31g，其中含磷灰石、磁铁矿、钛铁矿共0.98g。将称量好的长石和辉石颗粒混合并搅拌均匀，将混合物移入容积为20mL的铂金坩埚，置于高温熔样炉中，设定熔融温度为1400℃，熔融时间4h，制得熔体。熔融结束后，为避免熔体再结晶，迅速将坩埚取出，置于空气中，自然冷却30min。随后将铂金坩埚中的固体产物破碎取出，即制得矿物纤维原料，其化学成分见表1。所得的矿物纤维原料外观呈黄褐色，通过X射线衍射、拉曼光谱等手段分析表明其为非晶玻璃态，因而具有较高化学活性，便于再次熔融拉丝。利用该矿物纤维原料，可在拉丝炉上制备连续纤维产品。

表1实施例1所制得的硅酸盐纤维原料化学成分(w_B％)

实施例2

矿物配比(质量分数)：长石66％，辉石29％，伴生矿物5％。长石矿物中端员组分的质量分数(基于长石矿物计)：钠长石43％，钙长石44％，钾长石13％；辉石矿物中端员组分的质量分数(基于辉石矿物计)：顽火辉石41％，铁辉石41％，硅灰石18％；伴生矿物：磷灰石、磁铁矿、钛铁矿。

矿物纤维原料的制备过程：流程参见图1。首先分别将长石和辉石破碎、过筛，得到粒径约为0.5cm的两种矿物颗粒。准确称取长石颗粒6.63g、辉石颗粒3.38g，辉石中含伴生磷灰石、磁铁矿、钛铁矿共0.55g。将长石和辉石颗粒混合并搅拌均匀，移入铂金坩埚，在1350℃下熔融反应5h，制得硅酸盐熔体，随后取出坩埚，使熔体在空气环境中自然冷却后，破碎取出，即得到矿物纤维原料。其外观呈黄褐色，通过X射线衍射、拉曼光谱等手段分析表明该产物为非晶玻璃态，因而具有较高化学活性，便于再次熔融拉丝。

实施例3

矿物配比(质量分数)：长石59％，辉石31％，伴生矿物10％。长石矿物中端员组分的质量分数(基于长石矿物计)：钠长石49％，钙长石44％，钾长石6％；辉石矿物中端员组分的质量分数(基于辉石矿物计)：顽火辉石52％，铁辉石29％，硅灰石19％；伴生矿物：磷灰石、磁铁矿、钛铁矿。

矿物纤维原料的制备过程：流程参见图1。首先分别将长石和辉石破碎、过筛，得到粒径约为0.3cm的两种矿物颗粒。准确称取长石颗粒6.28g，其中含石英0.36g；称取辉石颗粒3.72g，其中含伴生磷灰石、磁铁矿、钛铁矿共0.63g。将长石和辉石颗粒混合并搅拌均匀，移入铂金坩埚，在1200℃下熔融反应6h，制得硅酸盐熔体，随后取出坩埚，使熔体在空气环境中自然冷却后，破碎取出，即得到矿物纤维原料。其外观呈黄褐色，通过X射线衍射、拉曼光谱等手段分析表明该产物为非晶玻璃态，因而具有较高化学活性，便于再次熔融拉丝。

实施例4

矿物配比(质量分数)：长石60％，辉石29％，伴生矿物11％。长石矿物中端员组分的质量分数(基于长石矿物计)：钠长石48％，钙长石39％，钾长石13％；辉石矿物中端员组分的质量分数(基于辉石矿物计)：顽火辉石41％，铁辉石42％，硅灰石17％；伴生矿物：磷灰石、磁铁矿、钛铁矿。

矿物纤维原料的制备过程：流程参见图1。首先分别将长石和辉石破碎、过筛，得到粒径约为0.6cm的两种矿物颗粒。准确称取长石颗粒6.49g，其中含石英0.46g；称取辉石颗粒3.51g，其中含伴生磷灰石、磁铁矿、钛铁矿共0.63g。将长石和辉石颗粒混合并搅拌均匀，移入铂金坩埚，在1400℃下熔融反应4h，制得硅酸盐熔体，随后取出坩埚，使熔体在空气环境中自然冷却后，破碎取出，即得到矿物纤维原料。其外观呈黄褐色，通过X射线衍射、拉曼光谱等手段分析表明该产物为非晶玻璃态，因而具有较高化学活性，便于再次熔融拉丝。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。