CN108996913A - 一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含锰‑氧化合物在生产矿物棉中应用；属于冶金固体废弃物综合回收利用领域。本发明一种含锰氧化物在生产矿物棉中应用；以镍铁渣为原料；以含锰氧化物作为过程控制剂，将过程控制剂加入到镍铁渣中加热至熔融得熔体；或将过程控制剂与出渣口镍铁渣流混合得熔体，将熔体制得矿物棉；所述过程控制使得熔体在粘度区间为1～5Pa·s时，其温度跨度区间为50～115℃。本发明巧妙的利用方锰矿和镍铁冶炼废渣间的合理配比，明显的改善了镍铁冶炼废渣的物理和化学性能，使得镍铁冶炼废渣成为矿渣棉生产的优质原料，解决了镍铁废渣不适宜生产矿渣棉的问题，所制得产品可广泛应用于建筑等领域，实现了废渣的资源化、经济性用途。

Description

一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用
技术领域
本发明涉及一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；属于冶金固体废弃物综合回收利用领域。
背景技术
矿物棉是不同种类的无机材料的统称，主要包括岩棉、玻璃棉和矿渣棉，大多数矿物棉的生产原料包括玄武岩、辉绿岩、白云石和花岗石等。矿物棉纤维具有质轻、保温、隔热、隔音、防震等性能，常用做保温材料、防火材料和吸音材料，其产品类型主要包括保温板、保温毡、吸音板等，广泛用于冶金、机械、建筑、化工和交通等部门。
有机保温材料由于防火性能差等缺点不被推荐使用，国内外矿物棉的需求市场巨大，处于供不应求的局面。但我国矿物棉的研制起步较晚，产量较低，远远不能满足建筑市场和其它领域对保温材料的需求。
目前国内还没有成熟的镍铁渣调质与直接成纤的工业化应用，现有的矿物棉生产主要以冲天炉、电弧炉等设备熔化岩石进行。不仅消耗了大量的矿物资源，而且需要消耗大量焦炭等能源，生产1吨矿物棉能耗高达490kg标煤。如果在镍铁企业矿热炉生产中充分利用熔融态镍铁渣的热量，在熔渣内加入改性剂后直接生产矿渣棉，其能源消耗将大大降低，并且能创造巨大的经济及社会效益。
利用特定成分含量的冶金废渣生产矿物棉产品是一项成熟的技术，日本的新日铁和中国的太原钢铁都有利用高炉渣生产矿物棉板的生产线，同时中国专利(申请号CN104445909 A一种新型矿渣棉纤维板)等也公开了相关方面的专利。随着镍铁冶炼废渣的迅速增多，镍铁冶炼废渣的资源化利用也更受重视，中国专利(申请号CN 102399055 A一种利用镍铁冶炼废渣制取超细无机纤维的方法)公开了一种利用玄武岩和镍铁冶炼废渣生产矿物纤维的方法。
上述方法，都很难通过一种简单的控制剂实现其流体在适当粘度下还具备较宽的温度区域；进而导致使得废渣很难成为优质的矿物纤维原料。
发明内容
本发明针对现有镍铁渣直接生产矿物棉工艺的不足提供一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；以镍铁渣为原料；以含锰氧化物作为过程控制剂，将过程控制剂加入到镍铁渣中加热至熔融得熔体；
或将过程控制剂与出渣口镍铁渣流混合得熔体，将熔体制得矿物棉；所述过程控制使得熔体在粘度区间为1～5Pa·s时，其温度跨度区间为50～115℃。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；将过程控制剂加入到镍铁渣中所得混合物的熔点在1280～1410℃间。在工业上应用时，倒入成棉设备前，混合物的温度一般控制在1515～1565℃间。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；所述熔体在粘度区间为1～5Pa·s时，其温度跨度区间为50～115℃。在本发明中所述粘度区间为1～5Pa·s时其温度跨度区间为50-115℃可以理解为，粘度在1～5Pa·s变化时，定义粘度最小时，熔体的温度为A、定义粘度最大时熔体温度为B；则|A-B|的取值范围为50～115℃。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；所述镍铁渣优选为镍铁冶炼废渣。作为进一步的优选；镍铁冶炼废渣是红土镍矿经过回转窑—矿热炉工艺(RKEF)得到的熔渣，其中MgO的含量(10％<MgO<40％)。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；所述含锰氧化物选自锰的氧化物、锰酸盐、锰盐、锰矿中的至少一种；所述锰矿选自方锰矿、软锰矿、偏锰矿中的至少一种。优选为方锰矿。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；所述过程控制剂粒径为80～200目。优选为100～180目。进一步优化为120～160目。
在实际生产时，本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；含锰氧化物(尤其是方锰矿)和镍铁冶炼废渣之间的合理配比，混合均匀后在电弧炉中加热熔融；或方锰矿与出渣口镍铁冶炼废渣流直接混合，再通过离心设备和渣棉分离设备制得矿物棉。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；所述含锰氧化物与镍铁渣的质量之比为0.01～0.10：1。优选为0.01～0.07:1；进一步优选为0.02～0.07:1；更进一步优先为0.03～0.07:1。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；当镍铁渣为镍铁冶炼废渣、含锰氧化物为方锰矿时，所述方锰矿与镍铁冶炼废渣的质量比为0.01～0.10：1。优选为0.01～0.07:1；进一步优选为0.02～0.07:1；更进一步优先为0.03～0.07:1。这样操作极大的扩宽了镍铁冶炼废渣熔体在粘度区间为1～5Pa·s时的温度跨度，这为其实现工业化生产提供了必要条件。同时也为得到高质量的矿物棉提供了必要条件。
本发明一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中应用；在工业上应用时，其操作步骤为：
(1)过程控制剂和镍铁渣配料，即镍铁冶炼废渣(包括液态或/和固态)和方锰矿间的合理配比，其中方锰矿与废渣质量之比为0.01～0.10：1；
(2)过程控制剂与镍铁渣均匀混合，即将按比例混合均匀的方锰矿和镍铁冶炼废渣放入
电炉中加热熔融；或将方锰矿与出渣口镍铁冶炼废渣流直接混合；
(3)测温取样，熔融后进行测温取样，根据粘温曲线判断粘度；
(4)渣棉生产，将温度和粘度合适的熔渣倒入成棉设备中成棉。
工业上应用时，离心机的转速的等工艺参数需要合理调整，但调整的方法和手段可采用
现有技术。。
本发明巧妙的利用单一的适量的含锰氧化物作为过程控制剂；通过其和镍铁冶炼废渣间的合理配比，明显的改善了镍铁冶炼废渣的物理和化学性能，尤其是实现了熔体在1～5Pa·s内的温度区间的拓宽；这为得到高品质矿渣棉提供了必要条件。同时也解决了镍铁渣不适宜直接生产矿渣棉或生产矿渣棉过程中工艺难以控制的问题。本发明所制得产品可广泛应用于建筑等领域，实现了废渣的资源化、经济性用途。
本发明与其他发明相比具有如下优点：
(1)本发明首次采用适量的含锰氧化物(包括方锰矿)作为过程控制剂，加入后镍铁冶炼废渣的熔点明显降低，当采用过程控制剂加入到镍铁渣中加热至熔融时，这有效的减少了电炉升温的熔融温度；当采用过程控制剂与出渣口镍铁渣流直接混合时，可利用熔渣显热保温生产矿物棉，不需要外加热源即可实现熔渣直接生产矿物棉。本方法有效节省了电能，降低了工艺生产难度和生产成本。
(2)工艺生产中进行预实验得到相应配比的原料的粘温曲线，以便在生产过程中对熔体进行测温后对比粘温曲线得到对应温度下的粘度，掌握准确的成棉温度。进行预实验测得粘温曲线，能准确的对工艺生产进行指导，可有效的保证生产的稳定进行和产品质量。
具体实施方式
在1t电炉中和四棍离心设备中进行调质后镍铁渣生产矿物棉的实践。红土镍矿经过回转窑—矿热炉工艺(RKEF)得到的水淬后镍铁废渣，渣的平均成分如下表所示：
成分 TNi TFe SiO2 CaO MgO Al2O3 Cr2O3 TiO2
百分量/％ 0.06 6.94 47.95 5.49 31.56 4.42 1.54 0.32
采用以上原料和设备进行矿物棉的生产制造。
实施例1
该实施方案针对1t电弧炉利用调质后冷态镍铁废渣进行重熔生产矿物棉。镍铁废渣200kg，方锰矿12kg，方锰矿粒度为150目。方锰矿与废渣间的质量比为0.06。方锰矿和废渣混合均匀后加入到电炉中。起弧升温，45min后，原料完全熔清，测温，温度到达1550℃后，电炉开到保温功率。取熔渣500g，在粘度仪中测取熔渣在1450℃-1550℃温度区间内的粘度值。温度-粘度值合适后，测温熔渣为1520℃；倒炉出渣，将熔渣倒到四棍离心机滚轮上，四辊转速分别为1#2070r/min、2#3093r/min、3#4350r/min和4#5800r/min；渣棉经过集棉室得以收集，经后续工序后得到矿物棉产品。实施例1中的工艺步骤和测温取样结果：
上述工艺制得的矿物棉，根据国标GT/T 11835—2016《绝热用岩棉、矿渣棉及制品》进行检测，检测表明产品质量符合国家标准，具体结果见下表：
检测项目 指标值 实例1
纤维直径(μm) ≤7 5.5
密度/(kg·m-3) ≥40 80
导热系数(平均温度25℃)/(W·m-1·K-1) ≤0.040 0.026
荷重收缩温度/℃ ≥600 640
有机物含量(质量分数)/％ ≤4.00 3.2
质量吸湿率/％ ≤1.00 0.55
实施例2
该实施方案针对1t电弧炉利用调质后冷态镍铁废渣进行重熔生产矿物棉。镍铁废渣200kg，方锰矿10kg，方锰矿粒度为140目。方锰矿与废渣间的质量比为0.05。方锰矿和废渣混合均匀后加入到电炉中。起弧升温，48min后，原料完全熔清，测温，温度到达1600℃后，电炉开到保温功率。取熔渣500g，在粘度仪中测取熔渣在1450℃-1600℃温度区间内的粘度值。温度-粘度值合适后，测温熔渣为1542℃；倒炉出渣，将熔渣倒到四棍离心机滚轮上，四辊转速分别为1#2070r/min、2#3093r/min、3#4350r/min和4#5800r/min；渣棉经过集棉室得以收集，经后续工序后得到矿物棉产品。实施例2中的工艺步骤和测温取样结果：
上述工艺制得的矿物棉，根据国标GT/T 11835—2016《绝热用岩棉、矿渣棉及制品》进行检测，检测表明产品质量符合国家标准，具体结果见下表：
检测项目 指标值 实例1
纤维直径(μm) ≤7 4.5
密度/(kg·m-3) ≥40 64
导热系数(平均温度25℃)/(W·m-1·K-1) ≤0.040 0.032
荷重收缩温度/℃ ≥600 723
有机物含量(质量分数)/％ ≤4.00 3.5
质量吸湿率/％ ≤1.00 0.64
实施例3
该实施方案针对1t电弧炉利用调质后冷态镍铁废渣进行重熔生产矿物棉。镍铁废渣200kg，方锰矿8kg，方锰矿粒度为120目。方锰矿与废渣间的质量比为0.04。方锰矿和废渣混合均匀后加入到电炉中。起弧升温，52min后，原料完全熔清，测温，温度到达1600℃后，电炉开到保温功率。取熔渣500g，在粘度仪中测取熔渣在1450℃-1600℃温度区间内的粘度值。温度-粘度值合适后，测温熔渣为1560℃；倒炉出渣，将熔渣倒到四棍离心机滚轮上，四辊转速分别为1#2070r/min、2#3093r/min、3#4350r/min和4#5800r/min；渣棉经过集棉室得以收集，经后续工序后得到矿物棉产品。实施例3中的工艺步骤和测温取样结果：
上述工艺制得的矿物棉，根据国标GT/T 11835—2016《绝热用岩棉、矿渣棉及制品》进行检测，检测表明产品质量符合国家标准，具体结果见下表：
检测项目 指标值 实例1
纤维直径(μm) ≤7 6.9
密度/(kg·m-3) ≥40 47
导热系数(平均温度25℃)/(W·m-1·K-1) ≤0.040 0.022
荷重收缩温度/℃ ≥600 689
有机物含量(质量分数)/％ ≤4.00 3.7
质量吸湿率/％ ≤1.00 0.49
对比例1
其他条件和实施例1一致，不同之处在于：镍铁废渣200kg，方锰矿40kg，方锰矿粒度为150目，方锰矿与废渣间的比例为0.20；方锰矿的大量加入导致镍铁冶炼废渣的熔点的大幅降低，同时方锰矿的过量加入造成熔体在1-5Pa·s的温度跨度急剧收窄至38℃；导致这一工艺很难实现大规模的工业化应用，并且产品质量低下，按照对比例1做出的矿物棉产品经国标GT/T 11835—2016《绝热用岩棉、矿渣棉及制品》进行检测，其中多个指标不能达到质量要求，具体结果见下表：
检测项目 指标值 对比例1
纤维直径(μm) ≤7 8.1
密度/(kg·m-3) ≥40 42
导热系数(平均温度25℃)/(W·m-1·K-1) ≤0.040 0.053
荷重收缩温度/℃ ≥600 521
有机物含量(质量分数)/％ ≤4.00 3.1
质量吸湿率/％ ≤1.00 2.31
对比例2
其他条件和实施例1一致，不同之处在于：冷态镍铁废渣200kg，方锰矿12kg，方锰矿粒度为60目，方锰矿与废渣间的质量比为0.06；方锰矿的粒径60目，按照对比例2做出的矿物棉产品经国标GT/T 11835—2016《绝热用岩棉、矿渣棉及制品》进行检测，其中多个指标不能达到质量要求，具体结果见下表：
检测项目 指标值 对比例2
纤维直径(μm) ≤7 9.1
密度/(kg·m-3) ≥40 44
导热系数(平均温度25℃)/(W·m-1·K-1) ≤0.040 0.066
荷重收缩温度/℃ ≥600 490
有机物含量(质量分数)/％ ≤4.00 3.3
质量吸湿率/％ ≤1.00 3.02
对比例3
其他条件和实施例1一致，不同之处在于：不加入方锰矿。其熔体在1-5Pa·s的温度跨度急剧收窄至21℃；导致这一工艺很难实现大规模的工业化应用，并且产品质量低下，按照对比例3做出的矿物棉产品经国标GT/T 11835—2016《绝热用岩棉、矿渣棉及制品》进行检测，其中多个指标不能达到质量要求，具体结果见下表：

Claims (10)

1.一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：以镍铁渣为原料；以含锰氧化物作为过程控制剂，将过程控制剂加入到镍铁渣中加热至熔融得熔体；
或将过程控制剂与出渣口镍铁渣流混合得熔体，将熔体制得矿物棉；所述过程控制使得熔体在粘度区间为1～5Pa·s时，其温度跨度区间为50～115℃。
2.根据权利要求1所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：将过程控制剂加入到镍铁渣中所得混合物的熔点在1280～1410℃间。
3.根据权利要求1所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述镍铁渣为镍铁冶炼废渣。
4.根据权利要求1所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述过程控制剂为方锰矿、软锰矿、偏锰矿中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述过程控制剂粒径为80～200目。
6.根据权利要求1所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述含锰氧化物与镍铁渣的质量之比为0.01～0.10：1。
7.根据权利要求1所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：当镍铁渣为镍铁冶炼废渣、含锰氧化物为方锰矿时，所述方锰矿与镍铁冶炼废渣的质量比为0.01～0.10：1。
8.根据权利要求7所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述方锰矿与镍铁冶炼废渣的质量比为0.01～0.07:1。
9.根据权利要求8所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述方锰矿与镍铁冶炼废渣的质量比为0.02～0.07:1。
10.根据权利要求9所述的一种含锰氧化物在镍铁渣直接生产矿物棉中的应用；其特征在于：所述方锰矿与镍铁冶炼废渣的质量比为0.03～0.07:1。
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