本发明涉及工业固体废弃物赤泥的合理利用领域和玻璃纤维材料领域，具体涉及一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的方法。
背景技术：
随着制铝工业的不断发展，其中的强碱工业废渣赤泥的堆放越来越多，每生产一吨氧化铝，就会排放出0.6~1.8吨赤泥，大量生产的赤泥几乎都是露天堆放的，这不仅没有将赤泥的作用全部发挥出来，而且堆放的赤泥对当地的环境有很大的破坏，ph高达12.5的赤泥浸出液，不仅对其周围的水资源、空气、土壤、微生物等造成严重的污染，还会对当地人的生活造成了直接或间接的影响。因此节约资源，保护环境，对赤泥的合理利用的研究是一个势在必行的研究课题。
目前对于赤泥的合理开发应用有限，主要的应用有三个方向，其一是在建筑材料和新型功能材料的制备，这也是目前赤泥应用最多的方向；其二是用于保护环境作为吸附材料的应用；其三是对赤泥中有价金属的提取和回收的应用。虽然对赤泥的研究每年都在加深，但目前世界上对赤泥的合理利用只有15%左右，我国对赤泥的利用仅有4%左右。
玻璃纤维最早被开发出来是为了替代石棉纤维的，但早期的玻璃纤维耐碱性能较差，使用的是中碱玻璃纤维，在水泥中很快就丧失了强度。直到1970年，英国首先发明了含氧化锆的耐碱玻璃纤维，使得grc(glassfiberreinforcedconcreteorcement玻璃纤维增强混凝土)材料的广泛应用成为可能，但氧化锆的引入使得玻璃的溶制和拉丝温度提高，而且对于企业来说，生产成本也在升高。
通过玄武岩玻璃的研究发现，其成分中不含有氧化锆，但具有较好的耐碱性能，与其表面产生的含有fe3+、mg2+的不容化合物有关，因此将含有fe2o3、mgo的赤泥作为原料来制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维成为可能，不仅可以增加赤泥的消耗，还可以降低耐碱玻璃纤维的生产成本，带来的一定的社会经济效益。
技术实现要素：
本发明的目的是增加赤泥被利用的渠道，降低赤泥的堆放，让赤泥得到较为合理的利用，降低赤泥对周边环境的污染破坏，除此之外，将赤泥作为铝硅酸盐玻璃纤维生产的主要原料，可以降低耐碱玻璃纤维的生产成本，进一步刺激了赤泥的消耗。
本发明的技术方案如下：
一种以赤泥为原料的铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的组合物，其特征如下，原料的质量百分比为：赤泥18～32%、sio253～60%、cao7～11%、mgo3～4%、al2o31～6%。
所述的赤泥为经过预处理的拜耳法赤泥，处理方法为：煅烧(在800~900℃的温度下煅烧3~5小时)，再研磨、过筛。
上述玻璃纤维中的氧化物质量百分比的组成如下：sio260～64%、al2o37～11%、cao9～13%、fe2o37～10%、mgo4～5%、na2o2～4%、tio21～2%，其他0~1%，其中“0”为无限接近于0而不为0。
需要说明的是，赤泥中氧化物质量百分数组成为：sio217.2～17.7%、cao11.3～11.6%、mgo0.7～1%、al2o318.4～19.2%、fe2o332～32.5%、na2o11.5～11.9%、tio25.8～6.2%、其他1.2～1.6%、烧失量6～6.6%。
一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的性能测试：不同国家地区和公司对玻璃化学稳定性测试的方法不同，本发明中的玻璃纤维采用粉末法测试其耐化学腐蚀性能，耐水性能测试的是尺寸为60~80目玻璃颗粒，浸泡在装入去离子水的离心管中，在80℃下水浴加热25h后，称量其质量损失；耐碱性能测试的是尺寸为60~80目玻璃颗粒，浸泡在装入1mol/l的naoh溶液与0.5mol/l的na2co3溶液的等体积混合溶液的离心管中，在80℃下水浴加热25h后，称量其质量损失。
一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的方法，包括以下步骤：
(1)拜耳法赤泥的预处理，将赤泥在放入800~900℃的温度下煅烧3~5小时，再对原料进行研磨，之后将赤泥过200目筛；
(2)在步骤(1)的处理下的拜耳法赤泥与其他原料按照设计的组分含量进行均匀混合，然后将混合好的玻璃配合料倒入耐火容器中，在1450～1550℃的温度中熔化3～5h，得到均匀澄清的玻璃液，然后调节玻璃液的温度高于成型温度15～20℃左右，通过拉丝成型的方式将玻璃液拉制成直径≤30µm的纤维，再经过后处理，得到以赤泥为原料的耐碱玻璃纤维。
由以上陈述所知，本发明中的赤泥的氧化物组成主要为：sio2、al2o3、cao、mgo、fe2o3，这与玻璃纤维的主要成分相同，其中，sio2在铝硅酸盐玻璃纤维中起着网络骨架的作用，是决定玻璃化学稳定性、热稳定性和机械强度的主要因素，但含量不易过高，过量的引入会使玻璃的溶制温度升高和玻璃的粘度增大，会使玻璃的生产难度加大，不利于玻璃的生产，含量过低会使玻璃的聚合度降低，不利于玻璃的生产，通过大量的研究发现，sio2的含量控制在57.1~64.6%这个范围最合适，于是将sio2的的范围控制在60~64%的范围。
al2o3在铝硅酸盐玻璃纤维中起着网络中间体的作用，少量的al2o3在玻璃中能够降低玻璃的析晶性能，还可以增加玻璃的机械强度和耐久性能，但是含量过高会导致玻璃的粘度增加，使玻璃的溶制变得困难，研究发现，过量的al2o3还会使玻璃的耐碱性能降低。当al2o3的含量控制在0.5~14%之间最合适，本发明的原料中al2o3的含量为7~11%。
cao为碱土金属氧化物，是玻璃结构中的网络修饰体，在玻璃中有增加玻璃耐碱性能的作用，除此之外，还可以增加玻璃的机械强度、硬度，降低玻璃的粘度，但过量的cao会使玻璃的析晶性增加。研究表明，cao的含量在10~24%最合适，本发明中的cao的含量控制在9~13%的范围。
mgo为碱土金属氧化物，也是玻璃结构中的网络修饰体，在玻璃结构中的作用与cao的作用相似，本发明中，除去赤泥中本身自带的mgo外，再引入少量的mgo来替代cao，可以降低析晶倾向，mgo的含量确定在4~5%的范围。
fe氧化物在玻璃中的存在形式主要是feo和fe2o3，feo在玻璃结构中作为网络外体起着玻璃骨架的作用，fe2o3在玻璃中主要是以网络形成体存在，使玻璃结构更加致密。拜耳法赤泥中的fe氧化物主要以fe2o3的形式存在，能够增加玻璃纤维的耐碱性能。
na2o和k2o属于碱金属氧化物，在玻璃结构中作为网络修饰体，能够降低玻璃的粘度和改善玻璃析晶倾向，是玻璃溶制时良好的助溶剂，本发明中的na2o和k2o主要是工业原料赤泥所引入的。
除了上述的氧化物外，原料赤泥会不可避免的引入其他杂质，包括：zro2、cuo、sro、硫化物和其他贵金属等，其含量的质量百分数为：0～1%，其中“0”为无限接近于0而不为0。其含量在整个原料组中占比较低，不会对玻璃的性能和生产带来不利的影响。
本发明的有益之处：
本发明利用工业固体废弃物赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维，不仅减少了赤泥的堆放，拓展了赤泥的利用空间，减少了污染，使资源得到了合理的利用，还降低了耐碱玻璃纤维的制造成本。本发明的耐碱玻璃纤维具有较好的耐化学腐蚀性能，可以很好的利用在建筑材料，复合材料等领域。耐碱玻璃纤维的成本的降低，给社会带来了一定的经济效益。
具体实施方式
下面通过具体实施案例来进一步对本发明进行阐述，需要说明的是下述的实施案例是为了帮助本领域的技术人员进一步的理解本发明，实施例并不应视作对本发明保护范围的限定，本发明的保护范围由权利要求限定。
实施例1
一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的方法，配料如下：
原料的组成为(以总量为100份计算)：赤泥22、sio258、mgo4、cao10、al2o36。实验步骤：
(1)原料的预处理：首先将赤泥在高温炉中，煅烧(在820℃的温度下煅烧3.5小时)，再研磨、最后将赤泥过200目筛；
(2)混料：按上述原料的质量进行称量混合，然后利用研磨器对原料进行混合，混合20分钟；
(3)烧制：将混合好的原料倒入氧化铝坩埚中，置于高温炉内加热，在1450℃下熔制3.5h，得到均匀澄清的玻璃液；
(4)成型：调节玻璃液的温度高于成型温度15℃左右，通过拉丝成型的方式将玻璃液拉制成直径≤30µm的纤维，再经过后处理，得到以赤泥为原料的耐碱玻璃纤维。
实施例2
一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的方法，配料如下：
原料的组成为(以总量为100份计算)：赤泥25、sio258、mgo4、cao9、al2o34。实验步骤：
(1)原料的预处理：首先将赤泥在高温炉中，煅烧(在840℃的温度下煅烧4小时)，再研磨、最后将赤泥过200目筛；
(2)混料：按上述原料的质量进行称量混合，然后利用研磨器对原料进行混合，混合20分钟；
(3)烧制：将混合好的原料倒入氧化铝坩埚中，置于高温炉内加热，在1480℃下熔制3.8h，得到均匀澄清的玻璃液；
(4)成型：调节玻璃液的温度高于成型温度17℃左右，通过拉丝成型的方式将玻璃液拉制成直径≤30µm的纤维，再经过后处理，得到以赤泥为原料的耐碱玻璃纤维。
实施例3
一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的方法，配料如下：
原料的组成为(以总量为100份计算)：赤泥28、sio257、mgo4、cao8、al2o33。实验步骤：
(1)原料的预处理：首先将赤泥在高温炉中，煅烧(在860℃的温度下煅烧4.6小时)，再研磨、最后将赤泥过200目筛；
(2)混料：按上述原料的质量进行称量混合，然后利用研磨器对原料进行混合，混合20分钟；
(3)烧制：将混合好的原料倒入氧化铝坩埚中，置于高温炉内加热，在1500℃下熔制4.3h，得到均匀澄清的玻璃液；
(4)成型：调节玻璃液的温度高于成型温度18℃左右，通过拉丝成型的方式将玻璃液拉制成直径≤30µm的纤维，再经过后处理，得到以赤泥为原料的耐碱玻璃纤维。
实施例4
一种利用赤泥制备铝硅酸盐耐碱玻璃纤维的方法，配料如下：
原料的组成为(以总量为100份计算)：赤泥31、sio257、mgo4、cao7、al2o31。实验步骤：
(1)原料的预处理：首先将赤泥在高温炉中，煅烧(在890℃的温度下煅烧5小时)，再研磨、最后将赤泥过200目筛；
(2)混料：按上述原料的质量进行称量混合，然后利用研磨器对原料进行混合，混合20分钟；
(3)烧制：将混合好的原料倒入氧化铝坩埚中，置于高温炉内加热，在1530℃下熔制5h，得到均匀澄清的玻璃液；
(4)成型：调节玻璃液的温度高于成型温度20℃左右，通过拉丝成型的方式将玻璃液拉制成直径≤30µm的纤维，再经过后处理，得到以赤泥为原料的耐碱玻璃纤维。
由以上的实施例可以得出，以赤泥为原料制备铝硅酸盐耐碱玻璃的可行性，从原料的制备，到生产所需要的技术，都能实现工业量化生产，降低赤泥的污染，降低耐碱玻璃纤维的生产成本，带来良好社会经济效益。