Изобретение относится к области использования отходов промышленности для получения температуростойкой минеральной ваты с попутным извлечением железа.The invention relates to the use of industrial waste to obtain heat-resistant mineral wool with associated iron recovery.
В известном способе [Charles Н., Schwarb el al. Apparatus and method for making mineral wool from coal-ash, US Patent 4969940, Nov.13, 1990] получения минеральной ваты из золошлаковых отходов в дуговой трехэлектродной печи, заключающемся в том, что первоначально в дуговой печи плавят металл, затем ведут загрузку золы и добавок, которые плавятся за счет тепла расплавленного металла, подачи расплава золы в специальное отверстие и последующего слива расплава золы на вращающиеся барабаны и сдува образующихся волокон струей воздуха в камеру осаждения. Поскольку процесс плавления идет в условиях, не приводящих к восстановлению железа, полученная минеральная вата имеет ограниченную область температур использования до 600°С.In a known manner [Charles N., Schwarb el al. Apparatus and method for making mineral wool from coal-ash, US Patent 4969940, Nov.13, 1990] for producing mineral wool from ash and slag waste in a three-electrode arc furnace, which consists in initially melting the metal in an arc furnace, then loading the ash and additives that melt due to the heat of the molten metal, feeding the ash melt into a special hole and then draining the ash melt to the rotating drums and blowing the resulting fibers with an air stream into the deposition chamber. Since the melting process proceeds under conditions that do not lead to the reduction of iron, the resulting mineral wool has a limited range of use temperatures up to 600 ° C.
Известен способ [US Patent 5576252: November 19, 1996. Rapp, et al.] получения стекловолокна неправильной формы, состоящего из двух несмешивающихся стекол с разными коэффициентами теплового расширения (КТР) из чистых окисных материалов: одно (стекло А) - содержит окислы железа, второе (стекло В) - имеет в своем составе значительное количество щелочных окислов (до 20%) и, в приведенном примере наилучшего способа внедрения изобретения, в стекле В отсутствуют окислы железа. В результате после раздува получаются двухкомпонентные волокна, т.е. стекловолокна состоят из двух стекол разных составов (стекло А и стекло В), которые собираются и формируются в стандартный изоляционный продукт. Неправильная форма волокна позволяет достичь однородного заполнения объема, что приводит к более низкому значению теплопроводности, а также обеспечивает лучшую целостность волоконного пакета. На оптических микрофотографиях волокон видны две компоненты, поскольку их коэффициенты преломления различны. Две компоненты можно видеть из-за разницы в цвете, если содержание железа в двух стеклах значительно различается. Железо содержится либо в каждом из двух стеклах этого изоляционного продукта, при этом содержание его может значительно различаться, либо в одном из них. Значительное количество в конечном продукте окислов как щелочных металлов, так и железа не приводит к увеличению температуростойкости полученного изоляционного продукта, особенно при температурах использования 800-1200°С, вследствие фазовых превращений, сопровождающихся изменением объема (усадкой), приводящей к изменению физико-механических свойств.The known method [US Patent 5576252: November 19, 1996. Rapp, et al.] To obtain irregularly shaped glass fiber, consisting of two immiscible glasses with different coefficients of thermal expansion (CTE) of pure oxide materials: one (glass A) contains iron oxides , the second (glass B) - incorporates a significant amount of alkaline oxides (up to 20%) and, in the above example of the best method of introducing the invention, there are no iron oxides in glass B. As a result, after blowing, two-component fibers are obtained, i.e. fiberglass consists of two glasses of different compositions (glass A and glass B), which are assembled and formed into a standard insulating product. The irregular shape of the fiber allows for a uniform filling of the volume, which leads to a lower value of thermal conductivity, and also provides better integrity of the fiber package. Two components are visible in optical micrographs of the fibers, since their refractive indices are different. Two components can be seen due to the difference in color, if the iron content in the two glasses varies significantly. Iron is contained either in each of the two glasses of this insulating product, while its content can vary significantly, or in one of them. A significant amount of oxides of both alkali metals and iron in the final product does not increase the temperature resistance of the obtained insulating product, especially at temperatures of use of 800-1200 ° C, due to phase transformations accompanied by a change in volume (shrinkage), leading to a change in physical and mechanical properties .
Известен способ [RU 2149841, 2000, Асланова Л.Г.] получения минераловатных изделий из природных минералов базальтовой группы, отличающихся неоднородностью химического состава и содержащих Fe2О3 (1-7%) и FeO (3-16%). При плавлении в обычных стационарных печах (газовых или электрических) происходит значительное окисление закиси железа и увеличение доли окиси железа в расплаве, т.е. значительно увеличивается соотношение Fe2О3/FeO по сравнению с соотношением их в первоначальной породе. Для минимизации скорости окисления железа закисного в железо окисное, получения наибольшего значения соотношения FeO/Fe2О3, придания необходимых выработочных свойств расплаву (в частности, вязкости) и получения высококачественного температуроустойчивого (850-915°С) волокна состав базальтовой породы ограничивается соотношением основных оксидов: (Al2О3+SiO2)/(СаО+MgO)=3,0-7,0:FeO/FeO3>0,5; а сумма FeO+Fe2O3=7,0-14,5%. Плавление проводится в условиях, не нарушающих эти соотношения. Поскольку используются угольные электроды, в печи создается слабо восстановительная среда, приводящая к улучшению технологических свойств расплава базальтовой породы: специально поддерживаемое необходимое соотношение и сумма железа закисного (FeO) и железа окисного(Fe2O3) (таблица 1, [RU 2149841, 2000, Асланова Л.Г.). Это также приводит к частичному восстановлению оксидов до металлического состояния (сливается через шпуровое отверстие). Неоднородность раздуваемого расплава, обусловленная наличием в нем значительного количества железа в разных валентных состояниях, неизбежно приводит к разбросу механических свойств волокон, что ограничивает температурную область ее использования.The known method [RU 2149841, 2000, Aslanova LG] to obtain mineral wool products from natural minerals of the basalt group, characterized by heterogeneous chemical composition and containing Fe 2 About 3 (1-7%) and FeO (3-16%). When melting in conventional stationary furnaces (gas or electric), there is a significant oxidation of iron oxide and an increase in the proportion of iron oxide in the melt, i.e. significantly increases the ratio of Fe 2 About 3 / FeO compared with their ratio in the original rock. To minimize the rate of oxidation of ferrous iron to iron oxide, to obtain the highest FeO / Fe 2 O 3 ratio, to impart the necessary production properties to the melt (in particular, viscosity) and to obtain high-quality temperature-resistant (850-915 ° С) fibers, the composition of basalt rock is limited by the ratio of basic oxides: (Al 2 O 3 + SiO 2 ) / (CaO + MgO) = 3.0-7.0: FeO / FeO 3 >0.5; and the sum of FeO + Fe 2 O 3 = 7.0-14.5%. Melting is carried out under conditions that do not violate these ratios. Since carbon electrodes are used, a weakly reducing medium is created in the furnace, which leads to an improvement in the technological properties of the basalt rock melt: a specially maintained necessary ratio and amount of ferrous (FeO) and oxide (Fe 2 O 3 ) iron (table 1, [RU 2149841, 2000 , Aslanova L.G.). This also leads to a partial reduction of the oxides to a metallic state (merges through a hole in the hole). The inhomogeneity of the inflated melt, due to the presence of a significant amount of iron in it in different valence states, inevitably leads to a spread in the mechanical properties of the fibers, which limits the temperature range of its use.
Данный способ выбран в качестве прототипа по максимальному совпадению существенных признаков.This method is selected as a prototype for the maximum coincidence of essential features.
В основу заявляемого изобретения положена задача разработки способа получения минеральной ваты, практически не содержащей железа, с температурой использования до 1000°С из техногенного сырья с попутным извлечением железа.The basis of the claimed invention is the task of developing a method for producing mineral wool, practically free of iron, with a temperature of use up to 1000 ° C from man-made materials with associated iron extraction.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения минеральной ваты из техногенного сырья, заключающемся в том, что в сырье следующего состава, мас.%: SiO2-54,73; Al2О3-10,15; Fe2O3-8,67; СаО-20,72; MgO-4,55; SO3-0,13; TiO2-0,38; Na2O-0,31; К2O-0,36 доводят содержание углерода до 5 мас.% сверх 100 мас.% и плавят в восстановительной среде до полною восстановления железа и разделения расплава, затем силикатную часть расплава раздувают вододутьевым способом с последующим осаждением в камере, а восстановленное железо, содержащее переходные металлы, сливается в изложницы.The problem is solved in that in the method of producing mineral wool from technogenic raw materials, which consists in the fact that the raw materials of the following composition, wt.%: SiO 2 -54.73; Al 2 O 3 -10.15; Fe 2 O 3 -8.67; CaO-20.72; MgO-4.55; SO 3 -0.13; TiO 2 -0.38; Na 2 O-0.31; To 2 O-0.36, the carbon content is adjusted to 5 wt.% In excess of 100 wt.% And melted in a reducing medium until the iron is completely reduced and the melt is separated, then the silicate part of the melt is blown by the water-blowing method, followed by precipitation in the chamber, and the reduced iron containing transition metals, merges into molds.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что в процессе восстановительного плавления окислы железа и переходные металлы, содержащиеся в шихте, восстанавливаются до металлического состояния, опускаются на дно ванны печи, поскольку плотность расплава железа больше плотности силикатной части расплава, и через нижнее шнуровое отверстие расплав на основе железа сливается в изложницы. Раздуву подвергается силикатная часть расплава, при этом содержание остаточного железа в ней составляет не более 0,05 мас. %. Обезжелезненная таким образом силикатная часть расплава, практически не содержащая железа в разных валентных состояниях, обладает необходимыми выработочными свойствами для получения минеральной ваты. Процесс обезжелезнения минеральной ваты приводит к расширению температурного интервала ее использования до 1000°C.The essence of the proposed method lies in the fact that in the process of reductive melting, iron oxides and transition metals contained in the charge are reduced to a metallic state, are lowered to the bottom of the furnace bath, since the density of the iron melt is higher than the density of the silicate part of the melt, and the melt through the lower cord hole the basis of iron is merged into molds. The silicate part of the melt is inflated, while the content of residual iron in it is not more than 0.05 wt. % Thus, the silicate part of the melt that was thus iron-free, practically free of iron in different valence states, has the necessary production properties to produce mineral wool. The process of iron removal of mineral wool leads to the expansion of the temperature range of its use to 1000 ° C.
Предлагаемый способ получения минеральной ваты из техногенного сырья, в частности, из золошлаковых отходов поясняется конкретным примером его осуществления.The proposed method for producing mineral wool from industrial raw materials, in particular from ash and slag waste, is illustrated by a specific example of its implementation.
Пример 1. К 50 кг золошлаковых отходов, содержащих SiO2; Al2О3; Fe2О3; CaO; MgO; SO3; TiO2; Na2O; К2O добавляется углерод в количестве 2,5 кг, шихта плавится в восстановительной среде при температуре 1580-1600°C в течение 4 часов до полного разделения расплава. Силикатная часть расплава, практически не содержащая железа, раздувается вододутьевым способом и осаждается в осадительной камере. Температура использования полученной минеральной ваты - 1000°С. Металлическая часть расплава на основе железа, содержащая переходные металлы, сливается в изложницы через нижнее шнуровое отверстие.Example 1. To 50 kg of ash and slag waste containing SiO 2 ; Al 2 O 3 ; Fe 2 O 3 ; CaO; MgO; SO 3 ; TiO 2 ; Na 2 O; 2.5 kg of carbon is added to 2 O, the mixture melts in a reducing medium at a temperature of 1580-1600 ° C for 4 hours until the melt is completely separated. The silicate part of the melt, which is practically free of iron, is blown by a water-blowing method and precipitates in a precipitation chamber. The temperature of use of the obtained mineral wool is 1000 ° C. The metal part of the iron-based melt containing transition metals merges into the molds through the lower cord hole.