СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО ВОЛОКНА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЖЕЛЕЗИСТЫХ ШЛАКОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД Российский патент 2002 года по МПК C03C13/06 C03B37/01 

Изобретение относится к производству строительных материалов, в частности к производству минерального волокна, используемого для теплоизоляции трубопроводов, утепления перекрытий в строительстве и для звукоизоляции.

Известен способ получения минерального волокна на основе шлаков восстановительной электроплавки окисленных никелевых руд при производстве ферроникеля (см. авт.св. СССР 1474117, МПК⁴ С 03 С 13/06, 1989), согласно которому используют шлак следующего состава, мас.%: SiO₂ 50,96 - 55,71; ТiO₂ 0,37 - 0,47; Аl₂О₃ 4,55 - 5,82; FeO+Fe₂О₃ 8,98 - 13,53; MnO 0,15 - 0,57; MgO 5,21 - 6,79; CaO 18,60 - 25,03; Na₂O+К₂O 0,78 - 0,83; NiO 0,02 - 0,14; СоО 0,01 - 0,07; Сr₂О₃ 0,52 - 0,84 и осуществляют плавление шлака при температуре 1240-1250^oС. Состав расплава не требует корректировки. Из расплава получают непрерывные волокна на установке с однофильерным платиновым питателем с применением соответствующего оборудования.

Недостатком способа является ограниченность сырьевой базы. В частности, таким способом не могут быть переработаны шлаковые расплавы, образующиеся при производстве металлического никеля из сульфидных медно-никелевых руд. Это обусловлено тем, что большая часть железа, содержащегося в руде, переходит в процессе переработки в шлак. Последний характеризуется высоким содержанием FeO и, кроме того, вследствие нестабильности состава руд и концентратов, это содержание варьирует в широких пределах от 17,40 мас.% до 33,65 мас. %. При сохранении постоянных параметров температуры варки и выработки, оптимальных для среднего состава шлака, в каждый конкретный момент времени они становятся неоптимальными. Следствием этого является большой выход брака за счет значительного количества "корольков" в минеральном волокне. Вследствие высокого содержания железа часть его высвобождается в виде самостоятельной минеральной фазы - магнетита. Из-за высокой кристаллизационной способности последнего ухудшается качество волокна.

Известен также способ получения минерального волокна на основе высокожелезистых шлаков переработки медно-никелевых руд (см. Россинский Е.Е. Металлургические шлаки медно-никелевой промышленности Заполярья. - Л.: Наука, 1974. - 271 с.), включающий подачу в плавильную печь шлакового расплава с температурой около 1300^oС, содержащего, мас.%: SiO₂ 44,30; Аl₂О₃ 5,80; FeO 21,60; MgO 19,27; CaO 3,50; Na₂O+K₂O 1,00; S 0,53; прочие, в том числе Р₂O₅, 4,00, и введение корректирующей добавки, в качестве которой используют нефелиновый концентрат в виде сухого порошка состава, мас.%: SiO₂ 44,00; Аl₂О₃ 30,00; FeO 3,00; MgO 1,00; CaO 1,00; Na₂O+К₂O 20,00; прочие, в том числе Р₂O₅, 1,00. Добавку в количестве 20% от массы шлака вводят в зону максимально высокой температуры печи 1700-1800^oС при непрерывном барботировании, затем процесс варки осуществляют при 1400-1500^oС. Химический состав откорректированного шлакового расплава, мас.%: SiO₂ 44,25; Аl₂О₃ 9,80; FeO 18,59; MgO 16,22; CaO 3,40; Na₂O+К₂O 4,20; S 0,40; прочие, в том числе P₂O₅, 3,50, что при пересчете на нормативный минеральный состав отвечает системе: нефелин-энстатит-геденбергит-фаялит-магнетит. Выработку волокна производят центробежно-дутьевым способом при температуре 1250-1300^oС.

Недостатки способа заключаются в том, что из-за высокой тугоплавкости нефелина температуру в отдельных зонах печи приходится поднимать до 1800^oС. Вследствие быстрого нарастания вязкости расплава при остывании значительная часть расплава не вытягивается в волокна, а попадает в готовый продукт в виде неволокнистых включений, содержание которых составляет около 30%. Кроме того, из-за низкой основности расплава он склонен к кристаллизации и поэтому волокно имеет повышенную ломкость. В готовом продукте присутствуют кристаллы магнетита, шпинелида и пироксена.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения выхода кондиционного продукта за счет уменьшения количества неволокнистых включений и снижения кристаллизационной способности волокон, а также на понижение энергоемкости способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения минерального волокна на основе высокожелезистых шлаков переработки медно-никелевых руд, включающем подачу в печь шлакового расплава, содержащего SiO₂, Аl₂О₃, FeO, MgO, CaO, Na₂O, К₂О, Р₂O₅ и S, введение щелочной кальций-кремнийсодержащей корректирующей добавки, варку полученной массы и выработку волокна, согласно изобретению, в качестве корректирующей добавки используют мелилитит и кремнезем, или карбонатит и кремнезем, или стеклобой, добавку вводят до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,27 - 1,43 : 1 и химического состава откорректированного шлакового расплава, мас.%:
SiO₂ - 48,82 - 57,54
Аl₂О₃ - 3,95 - 6,28
Оксиды Fe в пересчете на FeO - 14,04 - 20,90
MgO - 6,06 - 12,55
CaO - 5,97 - 15,93
Na₂O - 0,44 - 5,99
К₂О - 0,31 - 0,71
P₂O₅ - 0,05 - 1,03
S - 0,39 - 0,86,
причем массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав должно быть равно 0,18 - 0,48 : 1 и моноклинные разности пироксенов должны преобладать над ромбическими, а выработку волокна производят при начальной температуре 1200-1260^oС.

Решение поставленной задачи достигается и тем, что варку массы ведут при температуре 1130-1430^oС.

Как было сказано выше, корректирующую добавку вводят до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,27 - 1,43 : 1. Соотношение добавки и шлакового расплава более 1,43 : 1 приводит к заметному росту энергозатрат, а также является нецелесообразным, так как при этом теряется основное преимущество использования шлакового расплава для получения минерального волокна. Соотношение добавки и шлакового расплава менее 0,27 : 1 увеличивает склонность расплава к кристаллизации, что ведет к повышенной ломкости волокна и соответственно к снижению выхода кондиционного продукта.

Согласно изобретению химический состав откорректированного шлакового расплава при пересчете на нормативный минеральный состав должен отвечать системе: полевые шпаты - пироксены, причем моноклинные разности пироксенов должны преобладать над ромбическими. Полевые шпаты представлены альбитом и анортитом, а пироксены представлены эгирином, геденбергитом (моноклинные разности) и энстатитом (ромбические разности). При соотношении полевых шпатов и пироксенов менее 0,18 : 1 снижается химическая стойкость волокон, уменьшается интервал выработки и увеличивается кристаллизационная способность расплава. При соотношении полевых шпатов и пироксенов более 0,48 : 1 значительно возрастает температура ликвидуса и вязкость расплава, что затрудняет процесс выработки волокон и ведет к снижению выхода кондиционного продукта.

Варку массы ведут при температуре 1130-1430^oС для обеспечения полного плавления и оптимальной вязкости расплава, необходимой для процесса осветления, что позволяет повысить выход кондиционного продукта.

Выработку волокна производят при начальной температуре 1200-1260^oС, что обеспечивает оптимальную вязкость расплава, необходимую для получения требуемой толщины волокна, за счет чего также достигается повышение выхода кондиционного продукта.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. Шлаковый расплав, содержащий, мас.%: SiO₂ 52,31; Аl₂О₃ 7,56; FeO 17,40; MgO 14,54; CaO 5,50; Na₂O 0,84; К₂О 0,75; P₂O₅ 0,05; S 1,05, подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку, в качестве которой используют мелилитит состава, мас. %: SiO₂ 37,49; Аl₂О₃ 3,43; оксиды Fe в пересчете на FeO 11,99; MgO 9,17; CaO 35,03; Na₂O 2,31; K₂O 0,08; Р₂O₅ 0,50 и кремнезем, до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,43 : 1. Химический состав откорректированного шлакового расплава, мас. %: SiO₂ 51,89; Аl₂О₃ 5,97; оксиды Fe в пересчете на FeO 15,92; MgO 12,06; CaO 11,70; Na₂O 1,10; К₂O 0,53; Р₂O₅ 0,11; S 0,72. Массовое соотношение полевых шпатов (альбит, анортит) и пироксенов (эгирин, геденбергит, энстатит) в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,30 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 45,85% и 31,24% соответственно. Исходя из нормативного минерального состава откорректированного расплава устанавливают технологические режимы получения минерального волокна. Варку массы ведут при температуре 1420^oС. Выработку волокна производят центробежно-дутьевым способом при начальной температуре 1240^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Относительный расход корректирующей добавки на единицу массы шлакового расплава по примерам 1-11 приведен в табл.1, химический состав откорректированного шлакового расплава по этим примерам приведен в табл.2, а нормативный минеральный состав - в табл.3. Технологические режимы получения минерального волокна по примерам 1-11 приведены в табл.4.

Пример 2. Шлаковый расплав, содержащий, мас.%: SiO₂ 51,43; Аl₂О₃ 7,71; FeO 22,28; MgO 10,97; CaO 4,99; Na₂O 0,82; K₂O 0,73; P₂O₅ 0,05; S 1,02, подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 1 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,69 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,28 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 54,70% и 23,71% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1300^oС с доведением температуры до 1410^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1250^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 12% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 3. Шлаковый расплав, содержащий, мас.%: SiO₂ 49,55; Аl₂О₃ 6,92; FeO 27,97; MgO 8,38; CaO 4,66; Na₂O 0,79; K₂O 0,70; P₂O₅ 0,05; S 0,98, подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 1 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,96 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,24 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 60,91% и 19,53% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1280^oС с доведением температуры до 1410^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1250^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 4. Шлаковый расплав, содержащий, мас.%: SiO₂ 38,22; Аl₂О₃ 7,14; FeO 33,65; MgO 14,50; CaO 3,96; Na₂O 0,79; K₂O 0,70; Р₂O₅ 0,05; S 0,99, подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 1 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 1,43 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,21 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 59,37% и 23,46% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1310^oС с доведением температуры до 1390^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1240^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 11% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 5. Шлаковый расплав по примеру 1 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку, в качестве которой используют карбонатит состава, мас.%: SiO₂ 1,20; Аl₂О₃ 0,46; MgO 4,05; CaO 49,05; Na₂O 0,07; К₂O 0,04; P₂O₅ 3,80; СО₂ 41,33 и кремнезем, до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,27 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,29 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 44,55% и 32,88% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1300^oС с доведением температуры до 1420^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1260^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 6. Шлаковый расплав по примеру 2 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 5 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,41 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,29 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 51,97% и 25,42% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1330^oС с доведением температуры до 1400^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1260^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 7. Шлаковый расплав по примеру 3 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по Примеру 5 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,60 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,22 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 64,27% и 18,00% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1430^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1210^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 12% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 8. Шлаковый расплав по примеру 4 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 5 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 1,00 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,18 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 61,76% и 23,05% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1350^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1200^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 9. Шлаковый расплав по примеру 1 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку, в качестве которой используют стеклобой состава, мас. %: SiO₂ 71,00; Аl₂О₃ 1,68; оксиды Fe в пересчете на FeO 0,36; MgO 2,80; CaO 9,37; Na₂O 14,13; К₂O 0,66, до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,35 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,48 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 38,07% и 29,67% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1410^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1250^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 10. Шлаковый расплав по примеру 2 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 9 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,49 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,46 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 46,19% и 22,13% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1360^oС с доведением температуры до 1400^oС. Выработку волокна производят при начальной температуре 1250^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 9% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Пример 11. Шлаковый расплав по примеру 3 подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку по примеру 9 до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,66 : 1. Массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав равно 0,39 : 1. Моноклинные разности пироксенов преобладают над ромбическими 55,08% и 17,08% соответственно. Варку массы ведут при температуре 1130^oС с доведением температуры до 1410^oC. Выработку волокна производят при начальной температуре 1220^oС. Содержание неволокнистых включений в готовом продукте составляет 10% по массе, присутствие кристаллов не обнаружено.

Таким образом из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить выход кондиционного продукта за счет снижения неволокнистых включений в среднем на 20% и отсутствия в нем кристаллов, а также понизить энергоемкость способа, за счет снижения температур варки и выработки волокна и понижения максимальной температуры печи на 370^oC.

Изобретение относится к производству минерального волокна, используемого для теплоизоляции трубопроводов, утепления перекрытий в строительстве и для звукоизоляции. Шлаковый расплав подают в плавильную печь и вводят корректирующую добавку, в качестве которой используют мелилитит и кремнезем или карбонатит и кремнезем, или стеклобой, до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,27-1,43:1 и химического состава откорректированного шлакового расплава, мас.%: SiO₂ 48,82-57,54; Аl₂О₃ 3,95-6,28; Оксид Fe в пересчете на FeO 14,04-20,90; MgO 6,06-12,55; CaO 5,97-15,93; Nа₂О 0,44-5,99; К₂О 0,31-0,71; P₂O₅ 0,05-1,03; S 0,39-0,86, причем массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав должно быть равно 0,18-0,48:1 и моноклинные разности пироксенов должны преобладать над ромбическими. Варку массы ведут при температуре 1130-1430^oС, а выработку волокна производят при начальной температуре 1200-1260^oС. Достигаемый технический результат заключается в повышении выхода кондиционного продукта за счет снижения неволокнистых включений в среднем на 20% и отсутствия в нем кристаллов, а также в понижении энергоемкости способа, за счет снижения температур варки и выработки волокна и понижения максимальной температуры печи на 370^oС. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ получения минерального волокна на основе высокожелезистых шлаков переработки медно-никелевых руд, включающий подачу в печь шлакового расплава, содержащего SiO₂, Аl₂О₃, FeO, MgO, CaO, Na₂O, К₂O, Р₂O₅ и S, введение щелочной кальций-кремнийсодержащей корректирующей добавки, варку полученной массы и выработку волокна, отличающийся тем, что в качестве корректирующей добавки используют мелилитит и кремнезем или карбонатит и кремнезем, или стеклобой, добавку вводят до обеспечения массового соотношения добавки и шлакового расплава 0,27-1,43: 1 и химического состава откорректированного шлакового расплава, мас. %:
SiO₂ - 48,82-57,54
Аl₂O₃ - 3,95-6,28
Оксид Fe в пересчете на FeO - 14,04-20,90
MgO - 6,06-12,55
CaO - 5,97-15,93
Na₂O - 0,44-5,99
К₂O - 0,31-0,71
Р₂O₅ - 0,05-1,03
S - 0,39-0,86
причем массовое соотношение полевых шпатов и пироксенов в откорректированном расплаве при пересчете его химического состава на нормативный минеральный состав должно быть равно 0,18-0,48: 1 и моноклинные разности пироксенов должны преобладать над ромбическими, а выработку волокна производят при начальной температуре 1200-1260^oС. 2. Способ получения минерального волокна по п. 1, отличающийся тем, что варку массы ведут при температуре 1130-1430^oС.