一种以工业废渣为主原料的玻璃纤维及其制备方法与流程

1.本技术涉及玻璃纤维生产技术领域，尤其涉及一种以煤矸石、锂工业尾矿等废弃物资源，搭配高硅铝伴生矿为主原料的玻璃纤维及其制备方法。


背景技术：

2.玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，一般地，目前常见的无碱玻璃纤维及特种性能玻璃纤维的组合物配比主要基于sio2‑
al2o3‑
cao或sio2‑
al2o3‑
mgo三元体系，以及sio2‑
al2o3‑
cao
‑
mgo四元体系，产品具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等特点，广泛应用于建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等各个领域。
3.玻璃纤维生产以叶蜡石、高岭土、石英、石灰石、白云石、硼钙石、硼镁石等矿物原料为主，经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造而成。其中满足玻璃纤维生产要求的叶蜡石、高岭土等矿物原料的资源蕴藏具有一定的地域性，且随着国内玻璃纤维产能的不断提升，以及国家严厉的生态、环保政策出台，玻璃纤维生产所需的优质矿物资源越趋匮乏，生产成本不断攀高。
4.玻璃纤维生产中对石英有着严格的质量要求，特别是颗粒度及粒径分布。颗粒大时会使熔化困难，容易产生结石、条纹等缺陷，影响玻璃液质量；颗粒度过细容易飞扬、结块，使配合料不易混合均匀。由于质量越纯净的石英，其结晶度越高，石英岩的硬度越高，粉磨的难度和能耗越高，在石英粉磨加工中也容易产生细粉尘，存在职业健康等风险。
5.煤矸石是我国独有的硅铝质矿产资源，赋存于煤层夹矸、顶底板或单独矿层中，与煤共生。由于我国煤炭资源储量巨大，在煤炭的采选过程中，生产的煤矸石存量也与日俱增。然而，煤矸石开发在我国效率较低，多被作为尾矿废弃堆置，不仅对环境造成了污染，更是矿产资源的巨大浪费。
6.锂辉石精矿中氧化锂含量约5.0％～8.5％。目前锂辉石的提锂产品主要为碳酸锂，目前工业上主要采用硫酸法工艺，锂矿经过磨细
‑
焙烧
‑
浸出后，加入硫酸盐除杂过滤，得到硫酸锂溶液。利用该溶液制备沉淀的碳酸锂后洗涤干燥获得产品，同时产生一定量的尾矿，加重了企业环保处理压力。
7.高硅铝伴生矿是一种矿物组成为以高岭土、叶蜡石和石英为主，同时伴生少量长石、霞石等的硅酸盐矿物，在化学成分上，以sio2、al2o3为主，微量元素相对较高，一般应用于耐火材料或建筑行业，资源利用率相对较低，附加值不高。
8.近年来，随着工业技术及装备的发展，玻璃纤维的生产条件得到较大的改善和进步，特别是玻璃配方技术、池窑及燃烧设计和拉丝工艺得到全面革新。在新技术和新装备的加持下，玻璃原料的使用选择面得到了拓宽，部分工业尾矿及自然伴生矿以其良好的质量，经评估，可以作为一种玻璃原料在玻璃纤维中应用。


技术实现要素：

9.本技术的目的是针对目前环保政策压力、优质矿物资源匮乏情况，提出一种以工
业废渣为主原料的玻璃纤维及其制备方案。通过合理使用工业废弃物，替代当前玻璃纤维生产主要使用的叶蜡石、高岭土和石英等原料，降低玻璃纤维生产原料供应风险。
10.本技术为达到以上目的，本技术的一个方面是提供一种以工业废渣为主原料的玻璃纤维，其原料包括如下组分：
11.锂工业尾矿
ꢀꢀꢀꢀꢀ
0～200质量份；
12.煤矸石
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
70～200质量份；
13.高硅铝伴生矿
ꢀꢀꢀ
400～650质量份。
14.进一步，所述玻璃纤维原料包含如下组分：
15.锂工业尾矿
ꢀꢀꢀꢀꢀ
25
‑
180质量份；
16.煤矸石
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
90
‑
140质量份；
17.高硅铝伴生矿
ꢀꢀ
445
‑
570质量份；
18.其中，所述玻璃纤维原料中不包含叶蜡石、常规高岭土和石英。
19.进一步，所述锂工业尾矿的组分以质量百分比计，包括：
[0020][0021]
进一步，所述锂工业尾矿的组分以质量百分比计，包括：
[0022][0023]
所述锂工业尾料cod值为≤500mg
·
l
‑1，组分以sio2和al2o3为主，其中含有少量li2o，对玻璃熔制有一定的助熔作用。
[0024]
进一步，所述煤矸石的组分以质量百分比计，包括：
[0025][0026][0027]
进一步，所述煤矸石的组分以质量百分比计，包括：
[0028][0029]
所述煤矸石的cod值为4000～15000mg
·
l
‑1。从成分上看，所述煤矸石与高岭石的成分接近，但含有一定的含c量，致使原料中化学需氧量(cod)值较高，对调节池窑气氛、控制玻璃的氧化还原度(redox)系数有促进作用。
[0030]
进一步，所述高硅铝伴生矿的组分以质量百分比计，包括：
[0031][0032]
进一步，所述高硅铝伴生矿的组分以质量百分比计，包括：
[0033][0034][0035]
所述高硅铝伴生矿的cod值为≤500mg
·
l
‑1，其主要存在形式有白泡石、珍珠岩、砂岩等。在玻璃纤维生产中主要作用为提供sio2。
[0036]
进一步，所述r2o为k2o和/或na2o。
[0037]
根据本技术的第二个方面，提供前述以工业废渣为主原料的玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0038]
s1：对锂矿工业提取有效资源后产生的锂工业尾矿进行除铁除硫处理后进行干燥处理；
[0039]
s2：以经步骤s1处理的锂工业尾矿、煤矸石和高硅铝伴生矿为主要原料，进行粉磨处理后制得玻璃配合料；
[0040]
s3：将步骤s2制得的玻璃配合料输送至池窑进行高温熔融后拉丝制成玻璃纤维。
[0041]
其中，所述步骤s2中粉磨后的玻璃配合料粒度为45μm筛余＜1％，cod值为1100～1600mg
·
l
‑1。
[0042]
本技术申请技术方案以煤矸石、锂工业尾矿、高硅铝伴生矿为主要原料，替代现有常规玻璃配合料中的优质叶蜡石、常规高岭土和石英进行玻璃配合料配制。控制玻璃配合料的主体成分稳定，调整cod和so3在合理范围内，实现玻璃纤维的稳定生产。
[0043]
与现有技术相比，本技术以煤工业尾矿、低品位高硅铝伴生矿以及锂工业尾矿为主要原料生产玻璃纤维，具有以下有益效果：
[0044]
1、能够有效地解决目前优质叶蜡石紧缺，同时减少或取消化工原料的使用，有助于玻纤生产降低成本；
[0045]
2、可以减少石英粉单独粉磨引起的职业健康问题；
[0046]
3、可有效减少煤矸石和锂工业尾矿处理面临的环保问题，具有可观的经济和社会效益。
具体实施方式
[0047]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合优选示例和实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的优选示例和实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的优选示例和实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0048]
以下是本技术的优选示例。
[0049]
优选示例一
[0050]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经除铁、脱硫工艺后，堆放自然晾干。
[0051]
(2)将晾干的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。所述锂尾矿粉的化学成分如下：sio2≥58wt％，al2o3≥20wt％，fe2o3≤0.6wt％，tio2≤0.5wt％，r2o≤1.2wt％，cod≤500mg
·
l
‑1，so3≤5wt％，水分≤2％。
[0052]
(3)将均化所得尾矿粉按一定比例与煤矸石粉磨成玻纤用微粉a。所述玻纤微粉a包括质量配比如下的组分：煤矸石：150～200质量份；锂工业尾矿：0～50质量份；玻纤用微粉a的cod值介于2800～3700mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0053]
(4)将高硅铝伴生矿单独粉磨成玻纤用微粉b，粒度为45μm筛余小于1％。
[0054]
将玻纤用微粉a和玻纤用微粉b与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产，玻璃配合料主要包括质量配比如下的组分：锂工业尾矿：0～50质量份；煤矸石：150～200质量份；高硅铝伴生矿：480～630质量份；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。所述玻璃纤维制备过程按常规方法进行即可，在此不再赘述。
[0055]
优选示例二
[0056]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用。
[0057]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。所述锂尾矿粉的化学成分如下：sio2≥60wt％，al2o3≥20wt％，fe2o3≤0.6wt％，tio2≤0.5wt％，r2o≤1.0wt％，cod≤300mg
·
l
‑1，so3≤0.5wt％，水分≤0.5％。
[0058]
(3)将均化所得尾矿粉按一定比例与煤矸石粉磨成玻纤用微粉a。所述玻纤用微粉a包括质量配比如下的组分：煤矸石：100～180质量份；锂工业尾矿：0～200质量份；玻纤用微粉a的cod值介于2500～3300mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0059]
(4)将高硅铝伴生矿单独粉磨成玻纤用微粉b，粒度为45μm筛余小于1％。
[0060]
将玻纤用微粉a和玻纤用微粉b与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产，玻璃配合料主要包括质量配比如下的组分：锂工业尾矿：0～200质量份；煤矸石：100～180质量份；高硅铝伴生矿：450～580质量份；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0061]
优选示例三
[0062]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用；
[0063]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。所述锂尾矿粉的化学成分如下：sio2≥60wt％，al2o3≥20wt％，fe2o3≤0.6wt％，tio2≤0.5wt％，r2o≤1.0wt％，cod≤300mg
·
l
‑1，so3≤0.5wt％，水分≤0.5％。
[0064]
(3)将均匀的锂工业尾矿单独粉磨至玻璃纤维工业所需粒度(45μm筛余小于1％)，所得玻纤用微粉c。
[0065]
(4)将不同的cod值的煤矸石按配比粉磨成玻纤用微粉d。所述微粉d的cod值介于3000～3600mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0066]
(5)将高硅铝伴生矿单独粉磨成玻纤用微粉b，粒度为45μm筛余小于1％。
[0067]
将玻纤用微粉c、玻纤用微粉d和玻纤用微粉b与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产，玻璃配合料主要包括质量配比如下的组分：锂工业尾矿：20～80质量份；煤矸石：120～200质量份；高硅铝伴生矿：430～550质量份；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0068]
优选示例四
[0069]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用；
[0070]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。所述锂尾矿粉的化学成分如下：sio2≥60wt％，al2o3≥20wt％，fe2o3≤0.6wt％，tio2≤0.5wt％，r2o≤1.0wt％，cod≤300mg
·
l
‑1，so3≤0.5wt％，水分≤0.5％。
[0071]
(3)将均匀的锂工业尾矿单独粉磨至玻璃纤维工业所需粒度(45μm筛余小于1％)，所得玻纤用微粉c。
[0072]
(4)将高硅铝伴生矿与煤矸石按配比粉磨成玻纤用微粉e。所述玻纤用微粉e包括质量配比如下的组分：煤矸石：120～160质量份；高硅铝伴生矿：520～650质量份；所述微粉e的cod值介于1100～1600mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0073]
将玻纤用微粉c和玻纤用微粉e与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产，玻璃配合料主要包括质量配比如下的组分：锂工业尾矿：160～200质量份；煤矸石：120～160质量份；高硅铝伴生矿：520～650质量份；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0074]
优选示例五
[0075]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用；
[0076]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。所述锂尾矿粉的化学成分如下：sio2≥60wt％，al2o3≥20wt％，fe2o3≤0.6wt％，tio2≤0.5wt％，r2o≤1.0wt％，cod≤300mg
·
l
‑1，so3≤0.5wt％，水分≤0.5％。
[0077]
(3)将均匀的锂工业尾矿与高硅铝伴生矿、煤矸石按配比粉磨成玻纤用微粉f。所述玻纤用微粉f包括质量配比如下的组分：煤矸石：70～110质量份；高硅铝伴生矿：400～530质量份；锂工业尾矿：0～200质量份；所述微粉f的cod值介于1100～1600mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0078]
(4)将玻纤用微粉f与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产，根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0079]
以下是本技术的实施例。
[0080]
实施例1
[0081]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经除铁、脱硫工艺后，堆放自然晾干。
[0082]
(2)将晾干的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。
[0083]
(3)将均化所得尾矿粉按一定比例与煤矸石粉磨成玻纤用微粉a。玻纤用微粉a的cod值介于2800～3700mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0084]
(4)将高硅铝伴生矿单独粉磨成玻纤用微粉b，粒度为45μm筛余小于1％。
[0085]
将玻纤用微粉a和玻纤用微粉b与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0086]
实施例2
[0087]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用。
[0088]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。
[0089]
(3)将均化所得尾矿粉按一定比例与煤矸石粉磨成玻纤用微粉a。玻纤用微粉a的cod值介于2500～3300mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0090]
(4)将高硅铝伴生矿单独粉磨成玻纤用微粉b，粒度为45μm筛余小于1％。
[0091]
将玻纤用微粉a和玻纤用微粉b与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0092]
实施例3
[0093]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用；
[0094]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。
[0095]
(3)将均匀的锂工业尾矿单独粉磨至玻璃纤维工业所需粒度(45μm筛余小于1％)，所得玻纤用微粉c。
[0096]
(4)将不同的cod值的煤矸石按配比粉磨成玻纤用微粉d。所述微粉d的cod值介于3000～3600mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0097]
(5)将高硅铝伴生矿单独粉磨成玻纤用微粉b，粒度为45μm筛余小于1％。
[0098]
将玻纤用微粉c、玻纤用微粉d和玻纤用微粉b与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0099]
实施例4
[0100]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用；
[0101]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。
[0102]
(3)将均匀的锂工业尾矿单独粉磨至玻璃纤维工业所需粒度(45μm筛余小于1％)，所得玻纤用微粉c。
[0103]
(4)将高硅铝伴生矿与煤矸石按配比粉磨成玻纤用微粉e。所述微粉e的cod值介于1100～1600mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0104]
将玻纤用微粉c和玻纤用微粉e与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产；根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0105]
实施例5
[0106]
(1)收集锂工业生产过程中产生的尾矿，经电磁除铁、流化床脱硫工艺后，最后烘干备用；
[0107]
(2)将烘干后的锂工业尾矿进行集中均化，得到均匀的尾矿粉料备用。
[0108]
(3)将均匀的锂工业尾矿与高硅铝伴生矿、煤矸石按配比粉磨成玻纤用微粉f。所述微粉f的cod值介于1100～1600mg
·
l
‑1之间，粒度为45μm筛余小于1％。
[0109]
(4)将玻纤用微粉f与其他原料，按照典型的玻璃纤维配方标准和生产要求，制得玻璃配合料进行玻璃纤维的生产，根据实际使用情况，玻璃配合料中还可加入石灰石、生石灰、纯碱、芒硝等原料。
[0110]
为了更清楚的说明本技术的有益效果，将传统配合料1～2作为对比例，表1中列出了本技术实施例1～5与传统配合料1～2的原料选择和成本对比。
[0111]
表1实施例和对比例的原料和成本
[0112][0113][0114]
从表1的数据可知，本技术的技术方案与传统配合料配置方式相比具有明显的成本优势。
[0115]
综上，本技术以采煤工业、低品位伴生矿以及锂工业尾矿为主要原料生产玻璃纤维的方法，能有效实施玻璃纤维生产基地属地化原料供应，有助于玻纤生产降低成本；还可以减少石英粉单独粉磨引起的职业健康问题，以及煤矸石和锂工业尾矿处理面临的环保问题，具有可观的经济和社会效益。
[0116]
最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0117]
以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。