专利名称：一种利用煤矸石制备的远红外微晶玻璃纤维及工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种玻璃纤维制备方法，特别涉及一种利用煤矸石制备的远红外微晶
玻璃纤维及工艺。
背景技术：
煤矸石是煤伴生废石，在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。是碳质、泥质 和砂质页岩的混合物，具有低发热值。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排 放约100Mt，煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农 田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。目前煤矸石主要 被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，这些利用煤矸石制备的产品 附加值较低，此外还可用于制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，而 这些利用形式则使得煤矸石的整体综合利用率较低。因此，提高煤矸石的整体综合利用程 度、同时利用煤矸石生产具有高附加值的产品势在必行。 远红外微晶玻璃纤维是一种以堇青石陶瓷配方为基础，同时加入Fe203， Mn0， Cu0 及Co203等过渡族金属氧化物，经过熔化，喷吹、甩丝或拉丝形成玻璃纤维丝，通过玻璃纤维 丝中析出堇青石、MnF^(VCuFe204、CuMn204或MgFe204等纳米微晶体而具有高远红外发射率 的微晶玻璃纤维，该种微晶玻璃纤维远红外发射率高，最高可达94%，具有较高的强韧性、 良好的可纺性。 利用煤矸石生产远红外微晶玻璃纤维与同类产品相比，不仅可以降低微晶玻璃纤 维的生产成本，而且可以大量吞噬煤矸石，减轻煤矸石对环境的污染。利用煤矸石制备的远 红外微晶玻璃纤维可广泛用于纺织和编织，能制成保温服装材料，还可用于机械、医疗和保 健等领域。综上所述，利用煤矸石生产远红外微晶玻璃纤维完全符合工业废渣高附加值、大 宗量综合利用的要求，具有极高的社会效益和经济效益，真正做到"变废为宝"。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用煤矸石制备的远红外微晶玻璃纤维及工艺，利用
本发明技术制造的远红外微晶玻璃纤维耐磨损、抗腐蚀、耐高温，无辐射。 为了达到上述目的，本发明通过以下具体的方案来实现 —种远红外微晶玻璃纤维，其原料组成成分为煤矸石占总重量的 65. 0-75. Owt% ;过渡族金属氧化物占总重量的6. 0% -8. Owt% ;助熔澄清剂占总重量的 5. 0-9. Owt^，添加剂占总重量的14. 0-18. Owt%。 所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 Ti02、 CuO和Co203其重量比为
1-5 : o-i : o-3 : o-i : 0-2 ; 所述的助熔澄清剂为B203、Ce02及Li20，其重量比为1-4 : 0-2 : 0-2; 所述的添加剂为氧化镁，纯碱，方解石和硫酸钠，其重量比是
6_9 : o_3 : o_i : 0-2。
—种利用煤矸石制备远红外微晶玻璃纤维的工艺，包括以下步骤
(1)将占总重量65. 0-75. 0wt^的煤矸石、占总重量6. 0% _8. Owt^的过渡族金属 氧化物、占总重量的5. 0-9. Owt^的助熔澄清剂、占总重量14. 0-18. Owt^的添加剂充分混 合、研磨制成小于20目的配合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti(^、CuO和Co203，
其重量比为i-5 : o-i : o-3 : o-i : o-2 ;所述的助熔澄清剂为b2o3、 ceo2及1^20，其 重量比为i-4 : o-2 : o-2;所述的添加剂为氧化镁、纯碱、方解石和硫酸钠，其重量比是 6_9 : o-3 : o-i : o-2 ; (2)将配合料投入熔窑中，在1500-160(TC范围内熔化2.0-6.0h，制成熔液，然后
在1450-155(TC范围内保温1. 0-3. Oh澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体； (3)将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到1100-140(TC通过喷吹、甩丝或拉丝等成型
方法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为800-100(TC ，得到的
玻璃细丝即为微晶玻璃纤维。 与现有远红外微晶玻璃纤维相比，本发明具有以下优点 (1)本发明的玻璃细丝中析出含有纳米晶的堇青石、MnFe204、 CuFe204、 CuMn204或 MgFe204晶体，细丝保持较高的强韧性。 (2)远红外线发射率高。采用上述配方和工艺制取的远红外纤维的远红外线发射 效率最高可达0. 91-0. 94，显著高于传统有机聚合物红外纤维和红外交织物的红外发射效 率。可以避免普通的红外纤维由于陶瓷粉含量过高而造成的可纺性差、含量过小而导致红 外发射效率低的缺点。 (3)生产成本低。本发明的远红外微晶玻璃纤维采用无机化合物制成，原材料主要 为煤矸石，煤矸石的使用率达到65_75%，煤矸石来源广泛，价格便宜，因此本发明的远红外 纤维成本低廉。 (4)可纺性优良。利用本发明方法制备的远红外微晶玻璃纤维，常温和高温下不会 挥发出对人体有害的有机物，在纺丝过程中较少出现断丝，其可纺性明显改善，具有较好的 工业化生产价值。
具体实施方式
实施例一 本实施例的原料组成成分为煤矸石占总重量的75. 0% ;过渡族金属氧化物占总
重量的6. 0% ;助熔澄清剂占总重量的5. 0%，添加剂占总重量的14. 0%。 所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为2 :1:2:1; 所述的助熔澄清剂为B^、Ce02及Li20，其重量比为3 :1:1; 所述的添加剂为氧化镁(MgO)。 本实施例的制备方法，包括以下步骤 (1)将占总重量75. Owt^的煤矸石、占总重量6. Owt%的过渡族金属氧化物、占总 重量的5. Owt^的助熔澄清剂、占总重量14. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成15目配合 料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 1102和CuO，其重量比为2 :1:2: 1 ;所述 的助熔澄清剂为8203、(^02及1^20，其重量比为3 : 1 : 1 ;所述的添加剂为氧化镁(MgO);
(2)将配合料投入熔窑中，在158(TC范围内熔化5.0h，制成熔液，然后在150(rC范围内保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体； (3)将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到140(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方 法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为900°C ，得到的玻璃细丝 即为微晶玻璃纤维。 所得到的微晶玻璃纤维中含有堇青石、MnFe2(VCuFe2(VCuMn204和MgFe204等纳米
晶，具有较高的强韧性。该远红外纤维的远红外线发射效率可达0.91，显著高于传统有机聚
合物红外纤维和红外交织物的红外发射效率。可纺性优良，在纺丝过程中较少出现断丝，具
有较好的工业化生产价值。 实施例二 本实施例的原料组成成分为煤矸石占总重量的70. 0% ;过渡族金属氧化物占总 重量的8. 0% ;助熔澄清剂占总重量的5. 0%，添加剂占总重量的17. 0%。
所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 Ti02、 CuO和Co203，其重量比为 3 ! 1 ! 2 ! 1 ! 1 ; 所述的助熔澄清剂为B^、Ce02及Li20，其重量比为3 :1:1; 所述的添加剂为氧化镁(MgO)、纯碱(Na2C03)和硫酸钠(Na2S04)，其重量比为
9 ! 1 ! 1。
本实施例的制备方法，包括以下步骤 (1)将占总重量70.0wt^的煤矸石、占总重量8.0wt^的过渡族金属氧化物、 占总重量的5. 0wt^的助熔澄清剂、占总重量17. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成小 于20目配合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 Ti02、 CuO和&)203，其重量比为
3:i:2:i: i ;所述的助熔澄清剂为B2o3、ceo2及LiA其重量比为3 : i : i ;所述 的添加剂为氧化镁、纯碱和硫酸钠，其重量比为9 :i:i。 (2)将配合料投入熔窑中，在157(TC范围内熔化5.0h，制成熔液，然后在150(rC范 围内保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体； (3)将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到140(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方 法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为900°C ，得到的玻璃细丝 即为微晶玻璃纤维。 微晶玻璃纤维中含有堇青石、MnFe204、 CuFe204、 CuMn204和MgFe204等纳米晶，具有 较高的强韧性。该远红外纤维的远红外线发射效率可达0. 92，显著高于传统有机聚合物红 外纤维和红外交织物的红外发射效率。可纺性优良，在纺丝过程中较少出现断丝，具有较好 的工业化生产价值。
实施例三 本实施例的原料组成成分为煤矸石占总重量的68. 0% ;过渡族金属氧化物占总
重量的8. 0% ;助熔澄清剂占总重量的6. 0%，添加剂占总重量的18. 0%。 所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为3 :1:2:1; 所述的助熔澄清剂为B^、Ce02及Li20，其重量比为3 :1:1; 所述的添加剂为氧化镁(MgO)和硫酸钠(Na^O》，其重量比为9:1。 本实施例的制备方法，包括以下步骤 (1)将占总重量68. Owt^的煤矸石、占总重量8. 0% wt%的过渡族金属氧化物、占总重量的6. Owt^的助熔澄清剂、占总重量18. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成小于20 目配合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为3 :1:2:1;
所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 : i : i ;所述的添加剂为氧化镁和 硫酸钠其重量比为9 : i。 (2)将配合料投入熔窑中，在156(TC范围内熔化5.0h，制成熔液，然后在150(rC范 围内保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体； (3)将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到140(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方 法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为900°C ，得到的玻璃细丝 即为微晶玻璃纤维。 微晶玻璃纤维中含有堇青石、MnFe204、 CuFe204、 CuMn204和MgFe204等纳米晶，具有 较高的强韧性。该远红外纤维的远红外线发射效率可达0. 93，显著高于传统有机聚合物红 外纤维和红外交织物的红外发射效率。可纺性优良，在纺丝过程中较少出现断丝，其可纺性 明显改善，具有较好的工业化生产价值。
实施例四 本实施例的原料组成成分为煤矸石占总重量的65. 0% ;过渡族金属氧化物占总
重量的8. 0% ;助熔澄清剂占总重量的9. 0%，添加剂占总重量的18. 0%。 所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为3 :1:2:1; 所述的助熔澄清剂为8203、(^02及1^20，其重量比为3 :1:1; 所述的添加剂为氧化镁(MgO)和硫酸钠(化2504)，其重量比为8:1。 本实施例的制备方法，包括以下步骤 (1)将占总重量65. Owt^的煤矸石、占总重量8. 0% wt%的过渡族金属氧化物、占 总重量的9. Owt^的助熔澄清剂、占总重量18. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成小于20 目配合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为3 :1:2:1;
所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 : i : i ;所述的添加剂为氧化镁和 硫酸钠其重量比为8 : i。 (2)将配合料投入熔窑中，在156(TC范围内熔化5.0h，制成熔液，然后在150(TC范 围内保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体； (3)将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到138(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方 法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为880°C ，得到的玻璃细丝 即为微晶玻璃纤维。 微晶玻璃纤维中含有堇青石、MnFe204、 CuFe204、 CuMn204和MgFe204等纳米晶，具有 较高的强韧性。该远红外纤维的远红外线发射效率可达0. 92，显著高于传统有机聚合物红 外纤维和红外交织物的红外发射效率。可纺性优良，在纺丝过程中较少出现断丝，其可纺性 明显改善，具有较好的工业化生产价值。
权利要求
一种远红外微晶玻璃纤维，其特征在于，其原料组成成分为煤矸石占总重量的65.0-75.0wt％；过渡族金属氧化物占总重量的6.0％-8.0wt％；助熔澄清剂占总重量的5.0-9.0wt％，添加剂占总重量的14.0-18.0wt％；所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、TiO2、CuO和Co2O3其重量比为1-5∶0-1∶0-3∶0-1∶0-2；所述的助熔澄清剂为B2O3、CeO2及Li2O，其重量比为1-4∶0-2∶0-2；所述的添加剂为氧化镁、纯碱、方解石和硫酸钠，其重量比是6-9∶0-3∶0-1∶0-2。
2. 根据权利要求1所述的一种远红外微晶玻璃纤维，其特征在于，其原料组成成分为煤矸石占总重量的75.0% ;过渡族金属氧化物占总重量的6.0% ;助熔澄清剂占总重量的5.0%，添加剂占总重量的14.0% ;所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为2 :1:2:1;所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 :i:i;所述的添加剂为氧化镁(MgO)。
3. 根据权利要求1所述的一种远红外微晶玻璃纤维，其特征在于，其原料组成成分为煤矸石占总重量的70.0% ;过渡族金属氧化物占总重量的8.0% ;助熔澄清剂占总重量的5.0%，添加剂占总重量的17.0%。所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 Ti02、 CuO和Co203，其重量比为3 ! 1 ! 2 ! 1 ! 1 ;所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 :i:i;所述的添加剂为氧化镁(MgO)、纯碱(Na2C03)和硫酸钠(Na2S04)，其重量比为9 ! 1 ! 1。
4. 根据权利要求1所述的一种远红外微晶玻璃纤维，其特征在于，其原料组成成分为煤矸石占总重量的68.0% ;过渡族金属氧化物占总重量的8.0% ;助熔澄清剂占总重量的6. 0%，添加剂占总重量的18.0%。所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为3 :1:2:1;所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 :i:i;所述的添加剂为氧化镁(MgO)和硫酸钠(Na^O》，其重量比为9 : 1。
5. 根据权利要求1所述的一种远红外微晶玻璃纤维，其特征在于，其原料组成成分为煤矸石占总重量的65.0% ;过渡族金属氧化物占总重量的8.0% ;助熔澄清剂占总重量的9.0%，添加剂占总重量的18.0%。所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为3 :1:2:1;所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 :i:i;所述的添加剂为氧化镁(MgO)和硫酸钠(Na^O》，其重量比为8 : 1。
6. —种利用煤矸石制备远红外微晶玻璃纤维的工艺，其特征在于，包括以下步骤一、将占总重量65. 0-75. 0wt^的煤矸石、占总重量6. 0% -8. 0wtX的过渡族金属氧化物、占总重量的5. 0-9. 0wt^的助熔澄清剂、占总重量14. 0-18. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成小于20目的配合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 Ti02、 CuO和Co203其重量比为i-5 : o-i : o-3 : o-i : o-2 ;所述的助熔澄清剂为b2o3、 ceo2及1^20，其重量比为i-4 : o-2 : o-2;所述的添加剂为氧化镁、纯碱、方解石和硫酸钠，其重量比是6_9 : o_3 : o_i : 0-2 ;二、 将配合料投入熔窑中，在1500-1600°C范围内熔化2. 0-6. 0h，制成熔液，然后在 1450-155(TC范围内保温1. 0-3. Oh澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体；三、 将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到1100-140(TC通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方 法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为800-1000°C ，得到的玻 璃细丝即为微晶玻璃纤维。
7. 根据权利要求6所述的一种利用煤矸石制备远红外微晶玻璃纤维的工艺，其特征在 于，包括以下步骤一、 将占总重量75. 0wt^的煤矸石、占总重量6. 0% wt^的过渡族金属氧化物、占总重 量的5. 0wt^的助熔澄清剂、占总重量14. 0wt^的添加剂充分混合、研磨制成15目配合料， 所述的过渡族金属氧化物为MnO、ZnO、Ti02和CuO，其重量比为2 :1:2: 1 ;所述的助 熔澄清剂为BA、Ce(^及1^0，其重量比为3 : 1 : 1 ;所述的添加剂为氧化镁(Mg0);二、 将配合料投入熔窑中，在1580°C范围内熔化5. 0h，制成熔液，然后在1500°C范围内 保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体；三、 将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到140(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方法，使 其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为90(TC，得到的玻璃细丝即为 微晶玻璃纤维。
8. 根据权利要求6所述的一种利用煤矸石制备远红外微晶玻璃纤维的工艺，其特征在 于，包括以下步骤一、 将占总重量70. 0wt%的煤矸石、占总重量8. 0% wt%的过渡族金属氧化物、占 总重量的5. 0wt^的助熔澄清剂、占总重量17. 0wt^的添加剂充分混合、研磨制成小 于20目配合料，所述的过渡族金属氧化物为Mn0、 Zn0、 Ti02、 Cu0和&)203，其重量比为3:i:2:i: i ;所述的助熔澄清剂为B2o3、ceo2及LiA其重量比为3 : i : i ;所述 的添加剂为氧化镁、纯碱和硫酸钠，其重量比为9 :i:i。二、 将配合料投入熔窑中，在157(TC范围内熔化5. 0h，制成熔液，然后在150(TC范围内 保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体；三、 将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到140(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方法，使 其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为90(TC，得到的玻璃细丝即为 微晶玻璃纤维。
9. 根据权利要求6所述的一种利用煤矸石制备远红外微晶玻璃纤维的工艺，其特征在 于，包括以下步骤一、 将占总重量68. 0wt^的煤矸石、占总重量8. 0% wt^的过渡族金属氧化物、占总重 量的6. 0wt^的助熔澄清剂、占总重量18. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成小于20目配 合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、 ZnO、 Ti02和CuO，其重量比为3 : 1 : 2 : 1 ;所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 : i : i ;所述的添加剂为氧化镁和硫 酸钠其重量比为9 : i。二、 将配合料投入熔窑中，在1560°C范围内熔化5. 0h，制成熔液，然后在1500°C范围内 保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体；三、 将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到140(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方法，使其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为900°C ，得到的玻璃细丝即为 微晶玻璃纤维。
10.根据权利要求6所述的一种利用煤矸石制备远红外微晶玻璃纤维的工艺，其特征 在于，包括以下步骤一、 将占总重量65. 0wt^的煤矸石、占总重量8. 0% wt^的过渡族金属氧化物、占总重 量的9. Owt^的助熔澄清剂、占总重量18. Owt^的添加剂充分混合、研磨制成小于20目配 合料，所述的过渡族金属氧化物为MnO、 Zn0、 Ti02和Cu0，其重量比为3 : 1 : 2 : 1 ;所述的助熔澄清剂为8203、(:602及1^20，其重量比为3 : i : i ;所述的添加剂为氧化镁和硫 酸钠其重量比为8 : i。二、 将配合料投入熔窑中，在1560°C范围内熔化5. 0h，制成熔液，然后在1500°C范围内 保温1. 5h澄清、均化，得到熔融态的高温玻璃熔体；三、 将步骤2中的玻璃熔体温度冷却到138(TC，通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方法，使 其形成玻璃细丝，在形成玻璃细丝的过程中，控制环境温度为88(TC，得到的玻璃细丝即为 微晶玻璃纤维。
全文摘要
一种利用煤矸石制备的远红外微晶玻璃纤维及工艺，将占总重量65.0-75.0wt％的煤矸石、6.0％-8.0wt％的过渡族金属氧化物、5.0-9.0wt％的助熔澄清剂和14.0-18.0wt％的添加剂混合研磨后，投入窑中熔化成高温玻璃熔体，最后通过喷吹、甩丝或拉丝等成型方法，形成玻璃细丝即为微晶玻璃纤维，利用本发明技术制造的远红外微晶玻璃纤维耐磨损、抗腐蚀、耐高温，无辐射。
文档编号C03B37/022GK101698570SQ20091021891
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月11日 优先权日2009年11月11日
发明者张复实, 曹建尉, 梁开明 申请人:清华大学