RU2843765C1 - Alkali-resistant non-crystalline inorganic composition and fibre made therefrom - Google Patents
Alkali-resistant non-crystalline inorganic composition and fibre made therefromInfo
- Publication number
- RU2843765C1 RU2843765C1 RU2023123888A RU2023123888A RU2843765C1 RU 2843765 C1 RU2843765 C1 RU 2843765C1 RU 2023123888 A RU2023123888 A RU 2023123888A RU 2023123888 A RU2023123888 A RU 2023123888A RU 2843765 C1 RU2843765 C1 RU 2843765C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- crystalline
- iron oxide
- mass
- oxide
- content
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
[0001] Настоящее изобретение относится к устойчивой к щелочам некристаллической неорганической композиции и волокну из нее. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устойчивой к щелочам некристаллической неорганической композиции и волокну из нее, которые эффективно утилизируют отходы угольной электростанции.[0001] The present invention relates to an alkali-resistant non-crystalline inorganic composition and a fiber thereof. More specifically, the present invention relates to an alkali-resistant non-crystalline inorganic composition and a fiber thereof that effectively utilize coal-fired power plant waste.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY
[0002] После Великого восточно-японского землетрясения работа атомной энергетики была ограничена. В результате доля тепловой генерации в энергоснабжении Японии остается высокой. Среди тепловой энергетики преобладает угольная генерация. При производстве электроэнергии на угле в качестве отходов образуется большое количество угольной золы (летучей золы и клинкерной золы). Эффективное использование угольной золы в основном происходит в качестве заполнителя для бетона, например, путем смешивания с цементом (см., например, Патентный документ 1).[0002] After the Great East Japan Earthquake, the operation of nuclear power was limited. As a result, the proportion of thermal power generation in Japan's power supply remains high. Coal-fired power generation predominates among thermal power generation. In coal-fired power generation, a large amount of coal ash (fly ash and clinker ash) is generated as waste. The effective use of coal ash is mainly as a filler for concrete, such as by mixing with cement (see, for example, Patent Document 1).
Медный шлак, который в основном использовался в качестве заполнителя для бетона, является еще одним промышленным отходом, для которого искали другое применение.Copper slag, which was primarily used as an aggregate for concrete, is another industrial waste for which other uses were sought.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF BIBLIOGRAPHY
Патентный документPatent document
[0003] Патентный документ 1: Международная патентная заявка WO2018/008513A[0003] Patent Document 1: International Patent Application WO2018/008513A
Непатентный документNon-patent document
[0004] Непатентный документ 1: International Journal of Textile Science, 2012, 1(4):19-28[0004] Non-Patent Document 1: International Journal of Textile Science, 2012, 1(4):19-28
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯESSENCE OF THE INVENTION
Проблема, решаемая изобретениемProblem solved by the invention
[0005] Как правило, бетон демонстрирует высокую щелочность со значением pH (pH) от 12 до 13. Это связано с тем, что минералы (например, кальций, кремний, алюминий и железо), входящие в состав цемента, который является сырьем (связующим материалом) бетона, вступают в реакцию с водой (реакция гидратации) с образованием гидроксида кальция (Ca(OH)2). Как описано выше, поскольку бетон обладает высокой щелочностью, заполнитель и другие материалы, смешиваемые с цементом, должны иметь высокую устойчивость к щелочам. Однако, насколько известно авторам настоящего изобретения, до сих пор не было проведено достаточных исследований для дальнейшего повышения устойчивости заполнителя к щелочам. Кроме того, кажется, что не были должным образом предприняты усилия по разработке материалов с высокой добавленной стоимостью, выходящих за рамки категории заполнителей.[0005] Generally, concrete exhibits high alkalinity with a pH value of 12 to 13. This is due to the fact that minerals (such as calcium, silicon, aluminum, and iron) contained in cement, which is the raw material (binder) of concrete, react with water (hydration reaction) to form calcium hydroxide (Ca(OH) 2 ). As described above, since concrete has high alkalinity, the aggregate and other materials mixed with the cement must have high alkali resistance. However, to the best of the knowledge of the present inventors, no sufficient research has been conducted so far to further improve the alkali resistance of the aggregate. In addition, it seems that efforts have not been adequately made to develop high-added value materials beyond the aggregate category.
Таким образом, авторы настоящего изобретения провели тщательные исследования с целью разработки нового материала с высокой добавленной стоимостью, в котором в качестве основного сырья используются промышленные отходы, такие как угольная зола и медный шлак.Therefore, the present inventors conducted thorough research to develop a new material with high added value using industrial waste such as coal ash and copper slag as the main raw material.
Средства для решения проблемыMeans to solve the problem
[0006] В результате авторы настоящего изобретения обнаружили, что некристаллическая неорганическая композиция, содержащая диоксид кремния (SiO2), оксид железа (Fe2O3), оксид алюминия (Al2O3) и оксид кальция (CaO) в качестве основных компонентов, в которой i) общее содержание диоксид кремния, оксида алюминия и оксида кальция составляет 50% по массе или более и 75% по массе или менее; ii) содержание оксида железа составляет 26% по массе или более и менее 40% по массе; и iii) оксид железа получают из некристаллического сырья, обладает превосходной устойчивостью к щелочам и может быть переработана в волокна, что завершает настоящее изобретение.[0006] As a result, the inventors of the present invention have found that a non-crystalline inorganic composition containing silicon dioxide (SiO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and calcium oxide (CaO) as main components, in which i) the total content of silicon dioxide, aluminum oxide and calcium oxide is 50% by mass or more and 75% by mass or less; ii) the content of iron oxide is 26% by mass or more and less than 40% by mass; and iii) the iron oxide is obtained from non-crystalline raw materials, has excellent alkali resistance and can be processed into fibers, which completes the present invention.
Настоящее изобретение будет подробно описано ниже.The present invention will be described in detail below.
[0007] В неорганической композиции настоящего изобретения в качестве сырья используются неорганические оксиды, и ее получают путем плавления и отверждения сырья. Соответственно, не видно существенной разницы между соотношением компонентов в смешанной смеси сырьевых материалов и соотношением компонентов в материале, полученном после плавления смеси. Следовательно, соотношение компонентов в смешанной смеси может представлять собой соотношение компонентов неорганической композиции, которая в конечном итоге получается.[0007] The inorganic composition of the present invention uses inorganic oxides as a raw material, and is obtained by melting and solidifying the raw material. Accordingly, there is no significant difference between the component ratio of the mixed mixture of raw materials and the component ratio of the material obtained after melting the mixture. Therefore, the component ratio of the mixed mixture can be the component ratio of the inorganic composition that is finally obtained.
[0008] Неорганическая композиция настоящего изобретения представляет собой некристаллическую неорганическую композицию, содержащую диоксид кремния (SiO2), оксид железа (Fe2O3), оксид алюминия (Al2O3) и оксид кальция (CaO) в качестве основных компонентов. Когда в неорганической композиции образуется даже небольшое количество кристаллической фазы, щелочным веществам становится легче проникать через границу между кристаллической фазой и некристаллической фазой, что приводит к снижению устойчивости к щелочам. В этом отношении неорганическая композиция настоящего изобретения является некристаллической и обладает превосходной устойчивостью к щелочам.[0008] The inorganic composition of the present invention is a non-crystalline inorganic composition containing silicon dioxide (SiO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and calcium oxide (CaO) as the main components. When even a small amount of a crystalline phase is formed in the inorganic composition, it becomes easier for alkali substances to penetrate through the boundary between the crystalline phase and the non-crystalline phase, resulting in a decrease in alkali resistance. In this regard, the inorganic composition of the present invention is non-crystalline and has excellent alkali resistance.
В настоящем изобретении определение того, является ли неорганическая композиция некристаллической, основывалось на рентгеновской дифрактограмме (XRD). То есть случай, в котором наблюдалось только некристаллическое гало, в то время как пики кристаллической фазы не наблюдались на рентгеновской дифрактограмме (XRD) неорганической композиции, определяли как некристаллический.In the present invention, the determination of whether the inorganic composition is non-crystalline was based on the X-ray diffraction pattern (XRD). That is, the case in which only a non-crystalline halo was observed while the peaks of the crystalline phase were not observed in the X-ray diffraction pattern (XRD) of the inorganic composition was determined as non-crystalline.
[0009] Необходимо, чтобы неорганическая композиция настоящего изобретения содержала диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция и оксид железа в определенных количествах. В этой связи стоит упомянуть, что в последующем описании содержание компонента представляет собой величину, рассчитанную в пересчете на оксид.[0009] It is necessary that the inorganic composition of the present invention contains silicon dioxide, aluminum oxide, calcium oxide and iron oxide in certain amounts. In this regard, it is worth mentioning that in the following description, the content of the component is a value calculated in terms of the oxide.
Общее содержание диоксида кремния, оксида алюминия и оксида кальция, включенных в неорганическую композицию настоящего изобретения, составляет 50% по массе или более и 75% по массе или менее. Среди описанных выше компонентов диоксид кремния и оксид алюминия равномерно диспергируют компонент оксида железа в неорганической композиции, что делает неорганическую композицию более вероятно некристаллической и выполняют функцию поддержания благоприятной прядомости расплавленного материала, даже когда содержание оксида железа в неорганической композиции увеличено. Следовательно, общее содержание диоксида кремния и оксида алюминия в неорганической композиции предпочтительно составляет 40% по массе или более, более предпочтительно 50% по массе или более и наиболее предпочтительно 60% по массе или более. Кроме того, чтобы дополнительно улучшить прядомость расплавленного материала, массовое соотношение оксида алюминия в сумме диоксида кремния и оксида алюминия предпочтительно составляет от 0,15 до 0,40.The total content of silica, aluminum oxide and calcium oxide included in the inorganic composition of the present invention is 50% by mass or more and 75% by mass or less. Among the above-described components, silica and aluminum oxide uniformly disperse the iron oxide component in the inorganic composition, which makes the inorganic composition more likely to be non-crystalline and performs the function of maintaining favorable spinnability of the molten material even when the content of iron oxide in the inorganic composition is increased. Therefore, the total content of silica and aluminum oxide in the inorganic composition is preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and most preferably 60% by mass or more. In addition, in order to further improve the spinnability of the molten material, the mass ratio of aluminum oxide to the sum of silica and aluminum oxide is preferably from 0.15 to 0.40.
Оксид кальция влияет на вязкость расплава неорганической композиции. Содержание оксида кальция в неорганической композиции предпочтительно составляет 5% по массе или более и 20% по массе или менее.Calcium oxide affects the melt viscosity of the inorganic composition. The content of calcium oxide in the inorganic composition is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less.
[0010] Далее необходимо, чтобы содержание оксида железа в неорганической композиции настоящего изобретения составляло 26% по массе или более и менее 40% по массе, и чтобы этот компонент оксида железа был получен из некристаллического сырьевого материала.[0010] It is further necessary that the content of iron oxide in the inorganic composition of the present invention be 26% by mass or more and less than 40% by mass, and that this iron oxide component be obtained from a non-crystalline raw material.
При содержании оксида железа менее 26% по массе устойчивость к щелочам снижается. Содержание оксида железа предпочтительно составляет 28% по массе или более, а наиболее предпочтительно 30% по массе или более.When the iron oxide content is less than 26% by mass, the alkali resistance decreases. The iron oxide content is preferably 28% by mass or more, and most preferably 30% by mass or more.
С другой стороны, когда содержание оксида железа составляет 40% по массе или более, прядомость из расплава ухудшается. Содержание оксида железа предпочтительно составляет 38% по массе или менее, а более предпочтительно 35% по массе или менее.On the other hand, when the iron oxide content is 40% by mass or more, the melt spinnability is deteriorated. The iron oxide content is preferably 38% by mass or less, and more preferably 35% by mass or less.
В связи с этим, как описано выше, существенно, чтобы оксид железа был получен из некристаллического сырьевого материала. Некристаллический сырьевой материал настоящего изобретения представляет собой некристаллический материал, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция и оксид железа в качестве основных компонентов. Некристаллический сырьевой материал предпочтительно является таким, что общее содержание диоксида кремния, оксида алюминия, оксида кальция и оксида железа предпочтительно составляет 80% по массе или более, а более предпочтительно 90% по массе или более. В качестве некристаллического сырьевого материала можно использовать любые промышленные продукты, промышленные отходы и натуральные продукты. С точки зрения экономической эффективности некристаллический сырьевой материал предпочтительно представляет собой промышленные отходы, но не ограничивается этим.In this regard, as described above, it is essential that the iron oxide is obtained from a non-crystalline raw material. The non-crystalline raw material of the present invention is a non-crystalline material containing silica, aluminum oxide, calcium oxide and iron oxide as the main components. The non-crystalline raw material is preferably such that the total content of silica, aluminum oxide, calcium oxide and iron oxide is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more. As the non-crystalline raw material, any of industrial products, industrial waste and natural products can be used. From the viewpoint of economic efficiency, the non-crystalline raw material is preferably industrial waste, but is not limited thereto.
Примерами промышленных отходов, удовлетворяющих описанным выше требованиям, являются медный шлак и угольная зола. Угольная зола также включает шлак, выбрасываемый с теплоэлектростанций, на которых используется метод комбинированного цикла комплексной газификации угля (шлак IGCC).Examples of industrial wastes that meet the requirements described above are copper slag and coal ash. Coal ash also includes slag emitted from thermal power plants that use the integrated coal gasification combined cycle (IGCC slag).
Кроме того, примеры натуральных продуктов включают базальт и вулканический пепел.Additionally, examples of natural products include basalt and volcanic ash.
В дополнение к этому оксид железа можно искусственно плавить и отверждать вместе с диоксидом кремния, оксидом алюминия и оксидом кальция с образованием некристаллического сырьевого материала.In addition, iron oxide can be artificially melted and solidified together with silicon dioxide, aluminum oxide and calcium oxide to form a non-crystalline raw material.
[0011] Однако, поскольку ни один из вышеописанных медного шлака, угольной золы, базальта и вулканического пепла не содержит оксида железа в количестве в диапазоне 26% по массе или более и менее 40% по массе, они сами по себе не могут составлять неорганическую композицию настоящего изобретения.[0011] However, since none of the above-described copper slag, coal ash, basalt and volcanic ash contains iron oxide in an amount in the range of 26% by mass or more and less than 40% by mass, they themselves cannot constitute the inorganic composition of the present invention.
Например, базальт в качестве основных компонентов содержит диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция и оксид железа и хорошо известен как природное сырье, которое можно перерабатывать в волокно; однако содержание оксида железа составляет 12% или менее (при необходимости см. Непатентный документ 1), и базальт сам по себе не может составлять неорганическую композицию настоящего изобретения.For example, basalt contains silica, aluminum oxide, calcium oxide and iron oxide as the main components, and is well known as a natural raw material that can be processed into fiber; however, the content of iron oxide is 12% or less (see Non-Patent Document 1 if necessary), and basalt itself cannot constitute the inorganic composition of the present invention.
Аналогичным образом, угольная зола в качестве основных компонентов также содержит диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция и оксид железа и может служить сырьем, которое можно перерабатывать в волокно; однако содержание оксида железа обычно составляет 20% по массе или менее, и сама по себе угольная зола не может составлять неорганическую композицию настоящего изобретения.Similarly, coal ash also contains silica, aluminum oxide, calcium oxide and iron oxide as the main components and can serve as a raw material that can be processed into fiber; however, the content of iron oxide is usually 20% by weight or less, and coal ash itself cannot constitute the inorganic composition of the present invention.
Однако, поскольку базальт и угольная зола включает в себя оксид железа и большие количества диоксида кремния, оксида алюминия и оксида кальция, базальт и угольная зола являются чрезвычайно полезными сырьевыми материалами в качестве источников диоксида кремния и оксида алюминия (алюмосиликатных источников), необходимых для создания неорганической композиции настоящего изобретения.However, since basalt and coal ash include iron oxide and large amounts of silica, aluminum oxide and calcium oxide, basalt and coal ash are extremely useful raw materials as sources of silica and aluminum oxide (aluminosilicate sources) required for producing the inorganic composition of the present invention.
[0012] Считается, что общий состав медного шлака составляет от 45% до 54% оксида железа; от 30% до 36% диоксида кремния; от 3% до 6% оксида алюминия; и от 2% до 7% оксида кальция и является некристаллическим.[0012] The general composition of copper slag is considered to be 45% to 54% iron oxide; 30% to 36% silicon dioxide; 3% to 6% aluminum oxide; and 2% to 7% calcium oxide and is non-crystalline.
Однако, как будет описано ниже, поскольку медный шлак имеет слишком высокое содержание оксида железа, его расплавленный материал не обладает прядомостью из расплава, и сам по себе медный шлак не может составлять неорганическую композицию настоящего изобретения.However, as will be described below, since the copper slag has too high an iron oxide content, its molten material does not have melt spinnability, and the copper slag itself cannot constitute the inorganic composition of the present invention.
Тем не менее, медный шлак представляет собой полезный источник оксида железа (источник некристаллического оксида железа), богатый некристаллическими компонентами оксида железа, которые необходимы и важны для неорганической композиции настоящего изобретения.However, copper slag is a useful source of iron oxide (non-crystalline iron oxide source) rich in non-crystalline iron oxide components that are necessary and important for the inorganic composition of the present invention.
При этом, хотя это экономически неэффективно, как описано выше, сырьевой материал, содержащий в качестве компонента оксид железа в наибольшем количестве (примерно 50 массовых частей) и дополнительно содержащий диоксида кремния, оксид алюминия и оксид кальция, предварительно плавится и затвердевает при высокой температуре, и полученный результат можно применять в качестве источника некристаллического оксида железа.In this case, although it is not cost-effective, as described above, the raw material containing iron oxide as a component in the largest amount (about 50 parts by weight) and further containing silicon dioxide, aluminum oxide and calcium oxide is pre-melted and solidified at a high temperature, and the obtained result can be used as a source of non-crystalline iron oxide.
[0013] Изобретение позволило создать неорганическую композицию, обладающую превосходной устойчивостью к щелочам и превосходной прядомостью из расплава, путем составления рецептуры источника алюмосиликата, имеющего слишком низкое содержание оксида железа при использовании отдельно, и источника некристаллического оксида железа, маловероятного являющегося источником алюмосиликата, имеющего слишком высокое содержание оксида железа при использовании отдельно, так что содержание оксида железа в полученной в конечном итоге неорганической композиции находится в описанном выше диапазоне, и плавления и отверждения препарата.[0013] The invention made it possible to create an inorganic composition having excellent alkali resistance and excellent melt spinnability by formulating an aluminosilicate source having too low an iron oxide content when used alone and a non-crystalline iron oxide source unlikely to be a source of aluminosilicate having too high an iron oxide content when used alone, so that the iron oxide content of the ultimately obtained inorganic composition is in the range described above, and melting and solidifying the preparation.
[0014] Неорганическая композиция настоящего изобретения не предназначена для исключения любого включения неизбежных примесей, которые содержатся в сырьевых материалах. Примеры таких примесей включают в себя MgO, Na2O, K2O, TiO2 и CrO2.[0014] The inorganic composition of the present invention is not intended to exclude any inclusion of inevitable impurities that are contained in the raw materials. Examples of such impurities include MgO, Na 2 O, K 2 O, TiO 2 and CrO 2 .
Поскольку неорганическая композиция настоящего изобретения обладает превосходной прядомостью из расплава, неорганическая композиция может быть переработана в волокна с использованием существующих мощностей по производству стекловолокна.Since the inorganic composition of the present invention has excellent melt spinnability, the inorganic composition can be processed into fibers using existing glass fiber production facilities.
ЭФФЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯEFFECT OF INVENTION
[0015] Поскольку неорганическая композиция настоящего изобретения обладает превосходной устойчивостью к щелочам и превосходной прядомостью из расплава, неорганическая композиция может быть использована во множестве применений после переработки в волокна и дальнейшей вторичной переработки в тканые материалы, ткани, маты из стекловолокна, и тому подобное. Кроме того, угольная зола, выбрасываемая угольными электростанциями, может эффективно использоваться в качестве основного сырья. Кроме того, поскольку медный шлак можно использовать в качестве источника некристаллического оксида железа, эффективный коэффициент использования промышленных отходов может быть дополнительно увеличен.[0015] Since the inorganic composition of the present invention has excellent alkali resistance and excellent melt spinnability, the inorganic composition can be used in a variety of applications after being processed into fibers and further recycled into woven materials, fabrics, glass fiber mats, and the like. In addition, coal ash discharged from coal-fired power plants can be effectively used as a main raw material. In addition, since copper slag can be used as a source of non-crystalline iron oxide, the effective utilization rate of industrial waste can be further increased.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
[0016] Фиг. 1 представляет собой пояснительную диаграмму, иллюстрирующую краткое изложение оценочного теста на прядомость из расплава неорганической композиции настоящего изобретения;[0016] Fig. 1 is an explanatory diagram illustrating a summary of the melt spinnability evaluation test of the inorganic composition of the present invention;
Фиг. 2 представляет собой паттерны рентгеновской дифрактограммы медного шлака (IC-1) и оксида железа (реагент), использованных в Примерах и Сравнительных примерах;Fig. 2 is an X-ray diffraction pattern of copper slag (IC-1) and iron oxide (reagent) used in Examples and Comparative Examples;
Фиг. 3 представляет собой увеличенный вид (микрофотографию) примера волокон, полученных в Примерах;Fig. 3 is an enlarged view (photomicrograph) of an example of the fibers obtained in the Examples;
Фиг. 4 представляет собой паттерн рентгеновской дифрактограммы волокна Примера 1; иFig. 4 is an X-ray diffraction pattern of the fiber of Example 1; and
Фиг. 5 представляет собой фотографии, показывающие образец и испытательное устройство, использованное для испытания на устойчивость к щелочам.Fig. 5 is a photograph showing the specimen and the test apparatus used for the alkali resistance test.
СПОСОБ(Ы) ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯMETHOD(S) FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0017] Далее в Тестовых примерах (Примерах и Сравнительных примерах) настоящего изобретения использовались следующие реагенты и сырьевые материалы.[0017] Further, in Test Examples (Examples and Comparative Examples) of the present invention, the following reagents and raw materials were used.
РеагентыReagents
- Оксид железа (реагент)- Iron oxide (reagent)
- Кремнезем (реагент)- Silica (reagent)
- Глинозем (реагент)- Alumina (reagent)
- Оксид кальция (реагент)- Calcium oxide (reagent)
Некристаллические сырьевые материалыNon-crystalline raw materials
- SA-1: шлак IGCC- SA-1: IGCC slag
- SA-2: Угольная зола, получаемая на теплоэлектростанциях в Японии.- SA-2: Coal ash produced from thermal power plants in Japan.
- SA-3: Базальт- SA-3: Basalt
- SA-4: Вулканический пепел Сакурадзима- SA-4: Sakurajima Volcanic Ash
- IC-1: Медный шлак, произведенный на медеплавильных заводах в Японии.- IC-1: Copper slag produced in copper smelters in Japan.
- IC-2: Некристаллический расплавленный затвердевший продукт с высоким содержанием оксидов железа, имитирующий медный шлак (псевдомедный шлак), приготовленный по следующей методике.- IC-2: Non-crystalline molten solidified product with a high content of iron oxides, simulating copper slag (pseudo copper slag), prepared by the following method.
Составы этих сырьевых материалов приведены в Таблице 1. Анализ состава проводился на основе флуоресцентного рентгеноструктурного анализа. При этом, в результате рентгеноструктурного анализа было подтверждено, что от SA-1 до SA-4, IC-1 и IC-2 все были некристаллическими.The compositions of these raw materials are shown in Table 1. The composition analysis was carried out based on fluorescence X-ray diffraction analysis. In this case, the X-ray diffraction analysis confirmed that SA-1 to SA-4, IC-1 and IC-2 were all non-crystalline.
Между тем, в ходе аналогичного анализа было обнаружено, что реагент оксид железа включает в себя кристаллический компонент.Meanwhile, in a similar analysis, it was found that the iron oxide reagent included a crystalline component.
На фиг. 2 представлены паттерны рентгеновской дифрактограммы оксида железа (реагент) и IC-1 (медный шлак).Fig. 2 shows the X-ray diffraction patterns of iron oxide (reagent) and IC-1 (copper slag).
В дополнение к этому, диоксид кремния (реагент), оксид алюминия (реагент) и оксид кальция (реагент) являются кристаллическими.In addition, silicon dioxide (reagent), aluminum oxide (reagent) and calcium oxide (reagent) are crystalline.
Кроме того, описанный выше псевдомедный шлак (IC-2) был получен взвешиванием 50 массовых частей оксида железа, 33 массовых частей диоксида кремния, 5 массовых частей оксида алюминия и 12 массовых частей оксида кальция из вышеописанных реагентов, тонким измельчением веществ в ступке до получения смеси, переноса смеси в тигель, выдерживания смеси при температуре от 1700°С до 2200°С в течение примерно 8 часов с использованием электропечи и газовой печи и отверждением расплавленного материала в воде.In addition, the above-described pseudo-copper slag (IC-2) was obtained by weighing 50 parts by weight of iron oxide, 33 parts by weight of silicon dioxide, 5 parts by weight of aluminum oxide and 12 parts by weight of calcium oxide from the above-described reagents, finely grinding the substances in a mortar to obtain a mixture, transferring the mixture to a crucible, maintaining the mixture at a temperature of 1700°C to 2200°C for about 8 hours using an electric furnace and a gas furnace, and solidifying the molten material in water.
Кроме того, среди некристаллических сырьевых материалов SA-1 - SA-4 являются источниками алюмосиликата хорошего качества, в каждом из которых общее содержание диоксида кремния и оксида алюминия, присутствующих в сырьевом материале, составляет 60% по массе или более.In addition, among the non-crystalline raw materials, SA-1 to SA-4 are good quality aluminosilicate sources, each of which has a total content of silicon dioxide and aluminum oxide present in the raw material of 60% by mass or more.
С другой стороны, IC-1 и IC-2 представляют собой источники некристаллического оксида железа хорошего качества, в каждом из которых содержание оксида железа, присутствующего в сырьевом материале, составляет 50% по массе или более.On the other hand, IC-1 and IC-2 are good quality non-crystalline iron oxide sources, each of which has an iron oxide content present in the raw material of 50% by weight or more.
Как показано в Таблице 1, все SA-1 - SA-4, IC-1 и IC-2 имеют общее содержание диоксида кремния, оксида алюминия, оксида кальция и оксида железа 90% по массе или более.As shown in Table 1, all of SA-1 to SA-4, IC-1 and IC-2 have a total content of silica, aluminum oxide, calcium oxide and iron oxide of 90% by weight or more.
В следующей таблице содержание оксида железа (Fe2O3) сокращено до [F], содержание диоксида кремния (SiO2) до [S], содержание оксида алюминия (Al2O3) до [A], а содержание оксида кальция (CaO) до [C].In the following table, the iron oxide (Fe 2 O 3 ) content is abbreviated to [F], the silicon dioxide (SiO 2 ) content to [S], the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) content to [A], and the calcium oxide (CaO) content to [C].
[0018][0018]
[0019] Перед выполнением серии испытаний на устойчивость к щелочам были проведены испытания на прядомость из расплава и устойчивость к щелочам самих сырьевых материалов, то есть источников алюмосиликата и источников некристаллического оксида железа.[0019] Before performing the series of alkali resistance tests, melt spinnability and alkali resistance tests were performed on the raw materials themselves, i.e., the aluminosilicate sources and the non-crystalline iron oxide sources.
Испытание на прядомость из расплаваMelt spinnability test
Оценку испытания на прядомость из расплава (далее кратко описываемого как «испытание на прядомость») проводили с использованием электрической печи. Схема испытания показана на фиг. 1. На фиг. 1 электропечь (1) имеет высоту (Н) 60 см и внешний диаметр (D) 50 см и включает в себя открывающуюся часть (4) диаметром (d) 10 см в центре. С другой стороны, 30 г смеси загружали в трубку Таммана (2), имеющую внутренний диаметр (φ) 2,1 см и длину 10 см. При этом в центре нижней части трубки Таммана (2) открывается отверстие диаметром 2 мм. Во время испытания на плавление трубка Таммана (2) удерживается в заданном положении внутри открывающейся части (4) электропечи с помощью подвесного стержня (3).The evaluation of the melt spinnability test (hereinafter briefly described as the "spinnability test") was carried out using an electric furnace. The test setup is shown in Fig. 1. In Fig. 1, the electric furnace (1) has a height (H) of 60 cm and an outer diameter (D) of 50 cm and includes an opening portion (4) with a diameter (d) of 10 cm at the center. On the other hand, 30 g of the mixture was loaded into a Tamman tube (2) having an inner diameter (φ) of 2.1 cm and a length of 10 cm. At this time, a hole with a diameter of 2 mm opens at the center of the lower portion of the Tamman tube (2). During the melting test, the Tamman tube (2) is held in a predetermined position inside the opening portion (4) of the electric furnace by means of a suspension rod (3).
Когда смесь плавится при нагревании, расплавленный материал течет и падает через нижнюю часть трубки Таммана под действием силы тяжести и затвердевает под воздействием внешнего воздуха, превращаясь в нить (волокно) (5).When the mixture melts when heated, the molten material flows and falls through the bottom of the Tamman tube under the force of gravity and solidifies under the influence of external air, turning into a thread (fiber) (5).
В электрической печи температура повышается с помощью заранее определенной программы повышения температуры, а максимально достижимая внутренняя температура печи устанавливается на уровне 1350°С. На данный момент заранее подтверждено, что температура внутри трубки Таммана (расплавленный материал) соответствует внутренней температуре печи и имеет температуру примерно на 50°С ниже.In the electric furnace, the temperature is increased by a predetermined temperature increase program, and the maximum achievable internal temperature of the furnace is set at 1350°C. At present, it has been confirmed in advance that the temperature inside the Tamman tube (molten material) corresponds to the internal temperature of the furnace and is about 50°C lower.
В настоящем изобретении в качестве показателя для оценки прядомости из расплава рассматривается случай, в котором расплавленный материал течет и падает с образованием нити к тому времени, когда внутренняя температура печи достигает 1350°C, то есть случай, в котором температура плавления образца составляла 1300°C или ниже, при этом расплавленный материал имел вязкость расплава, достаточную для формирования нити (волокна), считалась приемлемым уровнем. В зависимости от поведения образца при плавлении прядомость расплава была ранжирована по следующим трем стадиям от A до C.In the present invention, as an index for evaluating the melt spinnability, a case is taken in which the molten material flows and falls to form a thread by the time the furnace internal temperature reaches 1350°C, that is, a case in which the melting temperature of the sample is 1300°C or lower, and the molten material has a melt viscosity sufficient to form a thread (fiber), was considered to be an acceptable level. Depending on the melting behavior of the sample, the melt spinnability was ranked in the following three stages from A to C.
A: Образец образует нить (волокно).A: The sample forms a thread (fiber).
B: Поскольку плавление образца не начинается или расплавленный материал имеет высокую вязкость, через нижнюю часть трубки Таммана ничего не выходит.B: Since melting of the sample does not start or the melted material is highly viscous, nothing comes out of the bottom of the Tamman tube.
C: Образец плавится; однако вязкость расплавленного материала настолько мала, что образец просто стекает в виде капель жидкости, и нить (волокно) не образуется.C: The sample melts; however, the viscosity of the molten material is so low that the sample simply flows down as liquid droplets and no thread (fiber) is formed.
[0020] Испытание на устойчивость к щелочам[0020] Alkali Resistance Test
Во время испытания на прядомость, когда неорганическая композиция плавится и затвердевает, образуется волокно, сопровождаемое затвердевшим материалом эллипсоидной формы на кончике, или просто затвердевший материал эллипсоидной формы (черный затвердевший материал (X) на фиг. 5(а)). Отдельно готовили 10%-ный по массе раствор NaOH (рН около 13) и наливали его в испытательную пробирку (W), в него погружали затвердевший материал (масса W1) в качестве образца и пробирку (W) держали нагретой при температуре 90°C, используя песчаный нагреватель, нагревание продолжали в течение 30 дней. После этого образец собирали с помощью сетки и измеряли массу после высыхания (W2). Коэффициент снижения массы (%) рассчитывали по следующей формуле (1).During the spinnability test, when the inorganic composite melts and solidifies, a fiber accompanied by an ellipsoid-shaped solidified material at the tip or simply an ellipsoid-shaped solidified material (black solidified material (X) in Fig. 5(a)) is formed. Separately, a 10% by weight NaOH solution (pH about 13) was prepared and poured into a test tube (W), the solidified material (mass W1) as a sample was dipped into it, and the tube (W) was kept heated at 90°C using a sand heater, and the heating was continued for 30 days. After that, the sample was collected using a net, and the mass after drying (W2) was measured. The mass reduction rate (%) was calculated by the following formula (1).
Коэффициент снижения массы (%) = (1 - W2/W1) х 100 ... (1)Weight reduction factor (%) = (1 - W2/W1) x 100 ... (1)
[0021] Результаты испытаний сырьевых материалов, то есть источников алюмосиликата и источников некристаллического оксида железа, полученных описанной выше процедурой, на прядомость из расплава и устойчивость к щелочам показаны в Таблице 2.[0021] The results of tests of the raw materials, i.e., the aluminosilicate sources and the non-crystalline iron oxide sources obtained by the above procedure, for melt spinnability and alkali resistance are shown in Table 2.
Таким образом, было подтверждено, что волокна были получены с использованием угольной золы и базальта в качестве сырьевых материалов, как это известно в традиционных технологиях. Кроме того, было также проверено, что устойчивость к щелочам находится на уровне, указанном в Таблице 2. Из сравнения абсолютных значений устойчивости к щелочам SA-1 и SA-3 установлена тенденция, что по мере повышения содержания оксидов железа в неорганической композиции, устойчивость к щелочам улучшается.Thus, it was confirmed that the fibers were obtained using coal ash and basalt as raw materials as known in conventional technology. In addition, it was also verified that the alkali resistance was at the level indicated in Table 2. From the comparison of the absolute values of alkali resistance of SA-1 and SA-3, a tendency was found that as the iron oxide content in the inorganic composite increased, the alkali resistance improved.
С другой стороны, волокна из медного шлака и псевдомедного шлака получить не удалось; однако устойчивость к щелочам расплавленных затвердевших продуктов была чрезвычайно высокой (уменьшение массы для обоих составило 0,00%). Эти результаты позволили предположить, что за счет увеличения содержания оксида железа в неорганической композиции можно создать волокно, превосходящее существующие волокна из летучей золы и базальтовые волокна.On the other hand, copper slag and pseudo-copper slag fibers could not be obtained; however, the alkali resistance of the molten solidified products was extremely high (weight loss of 0.00% for both). These results suggested that by increasing the iron oxide content of the inorganic composite, a fiber superior to existing fly ash fibers and basalt fibers could be created.
[0022][0022]
(коэффициент снижения массы, %)Alkali resistance
(weight reduction coefficient, %)
[0023] Пример 1[0023] Example 1
Ссылаясь на знания, полученные в результате описанных выше предварительных испытаний, 20 массовых частей SA-2, 20 массовых частей SA-3 и 30 массовых частей SA-4 в качестве источников алюмосиликата и 30 массовых частей IC-1 в качестве источника оксида железа использовали в качестве сырьевых материалов, так что содержание оксида железа в конечной композиции было выше, чем в шлаке IGCC (SA-1) или базальте (SA-3). Коэффициент содержания оксидов в сырье (коэффициент содержания оксидов в конечной неорганической композиции) был следующим: оксид железа: 28% по массе, диоксид кремния: 47% по массе, оксид алюминия: 11% по массе, оксид кальция: 9% по массе и другие вещества: 5% по массе. Весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. Кроме того, сумма диоксида кремния и оксида алюминия, присутствующих в композиции, составляет 58% по массе, и отношение оксида алюминия к сумме диоксида кремния и оксида алюминия составляет 0,19. Была предпринята попытка прядения сырьевого материала из расплава по процедуре, аналогичной описанному выше предварительному испытанию, и в результате было получено волокно (фиг. 3). Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. Кроме того, устойчивость к щелочам расплавленного затвердевшего продукта также была превосходной (коэффициент снижения массы составлял 0,00%). Результаты показаны в Таблице 3.Referring to the knowledge obtained from the above preliminary tests, 20 parts by weight of SA-2, 20 parts by weight of SA-3, and 30 parts by weight of SA-4 as aluminosilicate sources, and 30 parts by weight of IC-1 as an iron oxide source were used as raw materials, so that the iron oxide content of the final composition was higher than that of IGCC slag (SA-1) or basalt (SA-3). The oxide content ratio of the raw materials (oxide content ratio of the final inorganic composition) was as follows: iron oxide: 28% by weight, silicon dioxide: 47% by weight, aluminum oxide: 11% by weight, calcium oxide: 9% by weight, and other substances: 5% by weight. All of the iron oxide component was obtained from non-crystalline raw materials. In addition, the sum of silica and aluminum oxide present in the composition was 58% by weight, and the ratio of aluminum oxide to the sum of silica and aluminum oxide was 0.19. An attempt was made to melt spin the raw material by a procedure similar to the above preliminary test, and a fiber was obtained as a result (Fig. 3). The molten solidified product was non-crystalline. In addition, the alkali resistance of the molten solidified product was also excellent (the weight reduction ratio was 0.00%). The results are shown in Table 3.
Кроме того, для сравнения результаты оценки SA-1 в предварительном испытании представлены как Сравнительный пример 1, а результаты оценки SA-3 представлены как Сравнительный пример 2.In addition, for comparison, the evaluation results of SA-1 in the preliminary test are presented as Comparative Example 1, and the evaluation results of SA-3 are presented as Comparative Example 2.
[0024] Сравнительный пример 3[0024] Comparative example 3
Взвешивали 66 массовых частей SA-2, 8 массовых частей оксида железа (реагент), 9 массовых частей диоксида кремния (реагент) и 15 массовых частей оксида кальция (реагент), испытание на прядомость проводили тем же способом, что и в Примере 1, и получали волокно. В результате рентгеноструктурного анализа наблюдались кристаллические пики. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,20%. Результаты показаны в Таблице 3.66 parts by mass of SA-2, 8 parts by mass of iron oxide (reagent), 9 parts by mass of silicon dioxide (reagent), and 15 parts by mass of calcium oxide (reagent) were weighed, and spinnability test was carried out in the same manner as in Example 1, and fiber was obtained. Crystalline peaks were observed as a result of X-ray diffraction analysis. As a result of alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.20%. The results are shown in Table 3.
Сравнительные примеры 4 и 5Comparative examples 4 and 5
В попытке улучшить устойчивость к щелочам соотношение компонентов смеси SA-2, оксида железа (реагент), диоксида кремния (реагент) и оксида кальция (реагент) было изменено таким образом, чтобы увеличить содержание оксида железа в композиции Сравнительного примера 3, и было проведено аналогичное испытание (Сравнительные примеры 4 и 5). Результаты показаны в Таблице 3 вместе с соотношением смеси сырьевых материалов, соотношением состава оксидов, суммой диоксида кремния и оксида алюминия в композиции и отношением оксида алюминия к сумме диоксида кремния и оксида алюминия. В результате в обоих Сравнительных примерах 4 и 5 были получены удовлетворительные волокна; однако, вопреки ожиданиям, устойчивость к щелочам значительно ухудшилась, несмотря на то, что содержание оксида железа было выше, чем в Сравнительном примере 3. Кроме того, расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим.In an attempt to improve the alkali resistance, the mixing ratio of SA-2, iron oxide (reagent), silica (reagent), and calcium oxide (reagent) was changed so as to increase the iron oxide content in the composition of Comparative Example 3, and a similar test was conducted (Comparative Examples 4 and 5). The results are shown in Table 3 together with the mixing ratio of the raw materials, the composition ratio of the oxides, the sum of silica and alumina in the composition, and the ratio of alumina to the sum of silica and alumina. As a result, satisfactory fibers were obtained in both Comparative Examples 4 and 5; however, contrary to expectation, the alkali resistance deteriorated significantly despite the fact that the iron oxide content was higher than in Comparative Example 3. In addition, the molten solidified product was non-crystalline.
Сравнительные примеры 3 - 5 подразумевали, что при включении в сырьевой материал оксида железа (реагента, кристаллического), даже если полученная в конечном итоге неорганическая композиция является некристаллической, устойчивость к щелочам снижается.Comparative Examples 3 to 5 implied that when iron oxide (reagent, crystalline) is included in the raw material, even if the ultimately obtained inorganic composition is non-crystalline, the alkali resistance is reduced.
[0025] Пример 2[0025] Example 2
Сырьевые материалы готовили таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что вместо источника некристаллического оксида железа IC-1 использовали IC-2, и испытание на прядомость проводили таким же образом, как и в Примере 1. В результате было получено волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 3.The raw materials were prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-crystalline iron oxide source IC-1 was replaced by IC-2, and the spinnability test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, a fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 3.
[0026][0026]
[0027] Пример 3[0027] Example 3
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что в качестве сырьевых материалов использовали 50 массовых частей SA-1 в качестве источника алюмосиликата и 50 массовых частей IC-1 в качестве источника некристаллического оксида железа. В настоящем Примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 32% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость было получено волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 4.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 1, except that 50 parts by mass of SA-1 as the aluminosilicate source and 50 parts by mass of IC-1 as the non-crystalline iron oxide source were used as the raw materials. In the present Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 32% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the spinnability test, fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 4.
При этом Сравнительный пример 1 повторно размещен в Таблице 4 для справки.Comparative Example 1 is re-placed in Table 4 for reference.
[0028] Пример 4[0028] Example 4
Испытание проводили таким же образом, как в Примере 3, за исключением того, что вместо IC-1 использовали IC-2. В настоящем Примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 30% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость было получено волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 4.The test was conducted in the same manner as in Example 3 except that IC-2 was used instead of IC-1. In the present Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 30% by mass, and the entire iron oxide component was obtained from non-crystalline raw materials. As a result of the spinnability test, fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 4.
[0029] Пример 5[0029] Example 5
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 4, за исключением того, что использовали 37 массовых частей SA-1 и 63 массовых частей IC-2. В настоящем Примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 35% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость было получено удовлетворительное волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 4.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 4 except that 37 parts by mass of SA-1 and 63 parts by mass of IC-2 were used. In this Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 35% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from non-crystalline raw materials. As a result of the spinnability test, satisfactory fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 4.
[0030] Сравнительный пример 6[0030] Comparative example 6
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 4, за исключением того, что использовали 25 массовых частей SA-1 и 75 массовых частей IC-2. В настоящем Примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 40% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость расплавленный материал просто капал из тигля, и волокно не было получено. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. При этом устойчивость к щелочам расплавленного затвердевшего продукта была благоприятной (коэффициент снижения массы 0,00%). Результаты показаны в Таблице 4.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 4 except that 25 parts by mass of SA-1 and 75 parts by mass of IC-2 were used. In this Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 40% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the spinnability test, the molten material simply dripped from the crucible, and no fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. Meanwhile, the alkali resistance of the molten solidified product was favorable (weight reduction rate of 0.00%). The results are shown in Table 4.
[0031] Сравнительный пример 7[0031] Comparative Example 7
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 4, за исключением того, что использовали 12 массовых частей SA-1 и 88 массовых частей IC-2. В настоящем Примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 45% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость расплавленный материал просто капал из тигля, и волокно не было получено. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. При этом устойчивость к щелочам расплавленного затвердевшего продукта была благоприятной (коэффициент снижения массы 0,00%). Результаты показаны в Таблице 4.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 4 except that 12 parts by mass of SA-1 and 88 parts by mass of IC-2 were used. In this Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 45% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the spinnability test, the molten material simply dripped from the crucible, and no fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. Meanwhile, the alkali resistance of the molten solidified product was favorable (weight reduction rate of 0.00%). The results are shown in Table 4.
Из Таблицы 4 установлено, что компоненты оксида железа, полученные из некристаллического сырья, способствуют улучшению устойчивости к щелочам неорганической композиции; однако, когда их содержание составляет 40% по массе или более, прядомость из расплава ухудшается.It is found from Table 4 that the iron oxide components obtained from non-crystalline raw materials contribute to improving the alkali resistance of the inorganic composition; however, when their content is 40% by mass or more, the melt spinnability is deteriorated.
[0032][0032]
[0033] [Пример 6][0033] [Example 6]
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что в качестве сырьевых материалов использовали 20 массовых частей SA-2, 20 массовых частей SA-3 и 30 массовых частей SA-4 в качестве источников алюмосиликата, и 30 массовых частей IC-2 вместо источника некристаллического оксида железа IC-1. В настоящем Тестовом примере содержание оксида железа в сырьевых материалах (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 26% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость было получено волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 5.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 1 except that 20 parts by mass of SA-2, 20 parts by mass of SA-3, and 30 parts by mass of SA-4 were used as the raw materials as the aluminosilicate sources, and 30 parts by mass of IC-2 were used instead of the non-crystalline iron oxide source IC-1. In the present Test Example, the iron oxide content of the raw materials (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 26% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw materials. As a result of the spinnability test, fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the weight reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 5.
При этом Сравнительный пример 2 повторно размещен в Таблице 5 для справки.Comparative Example 2 is re-placed in Table 5 for reference.
[0034] Пример 7[0034] Example 7
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что в качестве сырьевых материалов использовали 65 массовых частей SA-3 в качестве источника алюмосиликата и 35 массовых частей IC-2 в качестве источника некристаллического оксида железа. В настоящем Тестовом примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 30% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырьевого материала. В результате испытания на прядомость было получено волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 5.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 1 except that 65 parts by mass of SA-3 as the aluminosilicate source and 35 parts by mass of IC-2 as the non-crystalline iron oxide source were used as the raw materials. In the present Test Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 30% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the spinnability test, fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 5.
[0035] Пример 8[0035] Example 8
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 7, за исключением того, что использовали 50 массовых частей SA-3 и 50 массовых частей IC-2. В настоящем Тестовом примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 35% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырьевого материала. В результате испытания было получено волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. В результате испытания на устойчивость к щелочам коэффициент снижения массы составил 0,00%. Результаты показаны в Таблице 5.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 7 except that 50 parts by mass of SA-3 and 50 parts by mass of IC-2 were used. In the present Test Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 35% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the test, fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. As a result of the alkali resistance test, the mass reduction rate was 0.00%. The results are shown in Table 5.
[0036] Сравнительный пример 8[0036] Comparative Example 8
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 7, за исключением того, что использовали 30 массовых частей SA-3 и 70 массовых частей IC-2. В настоящем Тестовом примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 41% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырья. В результате испытания на прядомость расплавленный материал просто капал из тигля, и волокно не было получено. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. При этом устойчивость к щелочам расплавленного затвердевшего продукта была благоприятной (коэффициент снижения массы 0,00%). Результаты показаны в Таблице 5.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 7 except that 30 parts by mass of SA-3 and 70 parts by mass of IC-2 were used. In the present Test Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 41% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the spinnability test, the molten material simply dripped from the crucible, and no fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. Meanwhile, the alkali resistance of the molten solidified product was favorable (weight reduction rate of 0.00%). The results are shown in Table 5.
[0037] Сравнительный пример 9[0037] Comparative Example 9
Испытание на прядомость проводили таким же образом, как в Примере 7, за исключением того, что использовали 15 массовых частей SA-3 и 85 массовых частей IC-2. В настоящем Тестовом примере содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) составляло 45% по массе, и весь компонент оксида железа был получен из некристаллического сырьевого материала. В результате испытания на прядомость расплавленный материал просто капал из тигля, и волокно не было получено. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. При этом устойчивость к щелочам расплавленного затвердевшего продукта была благоприятной (коэффициент снижения массы 0,00%). Результаты показаны в Таблице 5.The spinnability test was conducted in the same manner as in Example 7 except that 15 parts by mass of SA-3 and 85 parts by mass of IC-2 were used. In the present Test Example, the iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) was 45% by mass, and all of the iron oxide component was obtained from the non-crystalline raw material. As a result of the spinnability test, the molten material simply dripped from the crucible, and no fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. Meanwhile, the alkali resistance of the molten solidified product was favorable (weight reduction rate of 0.00%). The results are shown in Table 5.
Из Таблицы 5, даже когда в качестве сырьевого материала вместо шлака IGCC использовался базальт, были получены результаты, аналогичные приведенным в Таблице 4.From Table 5, even when basalt was used as the raw material instead of IGCC slag, the results were similar to those shown in Table 4.
[0038][0038]
[0039] Пример 9[0039] Example 9
50 массовых частей IC-1 (медный шлак), 28 массовых частей диоксида кремния (реагент), 7 массовых частей оксида алюминия (реагент) и 15 массовых частей оксида кальция (реагент) взвешивали и измельчали в ступке для использования в качестве сырьевого материала. Здесь оксидный состав сырьевого материала включает в себя 28% по массе оксида железа, 46% по массе диоксида кремния, 10% по массе оксида алюминия, 16% по массе оксида кальция и 2% по массе других веществ. Содержание оксида железа в сырьевом материале (содержание оксида железа в конечной неорганической композиции) полностью получено из медного шлака, то есть получено из некристаллического сырья. С другой стороны, другие оксиды, то есть диоксид кремния, оксид алюминия и оксид кальция, являются реагентами (кристаллическими). Составленный таким образом сырьевой материал подвергали испытанию на прядомость и в результате получали волокно. Расплавленный затвердевший продукт был некристаллическим. При этом устойчивость к щелочам расплавленного затвердевшего продукта была благоприятной (коэффициент снижения массы 0,00%).50 parts by mass of IC-1 (copper slag), 28 parts by mass of silica (reagent), 7 parts by mass of aluminum oxide (reagent), and 15 parts by mass of calcium oxide (reagent) were weighed and ground in a mortar to be used as a raw material. Here, the oxide composition of the raw material includes 28% by mass of iron oxide, 46% by mass of silica, 10% by mass of aluminum oxide, 16% by mass of calcium oxide, and 2% by mass of other substances. The iron oxide content of the raw material (the iron oxide content of the final inorganic composition) is entirely derived from the copper slag, that is, derived from non-crystalline raw materials. On the other hand, the other oxides, that is, silica, aluminum oxide, and calcium oxide, are reactants (crystalline). The raw material thus composed was subjected to spinnability testing and the resulting fiber was obtained. The molten solidified product was non-crystalline. At the same time, the alkali resistance of the molten solidified product was favorable (weight reduction coefficient of 0.00%).
В настоящем Примере можно видеть, что, когда компонент оксида железа получен из некристаллического сырьевого материала, диоксид кремния, оксид алюминия и оксид кальция могут включать компоненты, полученные из кристаллического сырья. То есть, очевидно, что с точки зрения улучшения устойчивости к щелочам важно, чтобы компонент оксида железа в неорганической композиции был получен из некристаллического сырьевого материала.In the present example, it can be seen that when the iron oxide component is obtained from a non-crystalline raw material, the silica, aluminum oxide and calcium oxide may include components obtained from a crystalline raw material. That is, it is obvious that from the viewpoint of improving the alkali resistance, it is important that the iron oxide component in the inorganic composition is obtained from a non-crystalline raw material.
[0040] Из сравнения Примеров 1-9 и Сравнительных примеров 1-9 ясно, что в отношении некристаллической неорганической композиции, содержащей диоксид кремния, оксид железа, оксид алюминия и оксид кальция в качестве основных компонентов, когда компонент оксида железа получен из некристаллического сырьевого материала, а содержание компонента оксида железа установлено на уровне 26% по массе или более и менее 40% по массе, получают неорганическую композицию, имеющую превосходную устойчивость к щелочам, и волокно из нее.[0040] From a comparison of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 9, it is clear that, with respect to a non-crystalline inorganic composition containing silica, iron oxide, aluminum oxide and calcium oxide as main components, when the iron oxide component is obtained from a non-crystalline raw material and the content of the iron oxide component is set to 26% by mass or more and less than 40% by mass, an inorganic composition having excellent alkali resistance and a fiber thereof are obtained.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY
[0041] Поскольку неорганическая композиция настоящего изобретения обладает превосходной устойчивостью к щелочам, помимо использования в качестве заполнителя, неорганическая композиция может быть дополнительно подвергнута переработке в волокна и получена в виде устойчивого к щелочам неорганического волокна для армирования бетона.[0041] Since the inorganic composition of the present invention has excellent alkali resistance, in addition to being used as a filler, the inorganic composition can be further processed into fibers and obtained as an alkali-resistant inorganic fiber for reinforcing concrete.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021-064565 | 2021-04-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2843765C1 true RU2843765C1 (en) | 2025-07-18 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4818289A (en) * | 1984-12-21 | 1989-04-04 | Outokumpu Oy | Method for utilizing slag from metal production |
| RU2183205C2 (en) * | 2000-06-19 | 2002-06-10 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН | Method of manufacturing mineral fiber based on high-iron copper-nickel processing slags |
| CN106698914A (en) * | 2015-08-10 | 2017-05-24 | 沈阳有色金属研究院 | Method for preparing inorganic mineral fibers from copper smelting slag and gangue through melting and heat-insulation treatment in electric furnace |
| WO2020218356A1 (en) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | 新日本繊維株式会社 | Radiation-resistant inorganic material and fiber thereof |
| RU2741984C1 (en) * | 2020-07-10 | 2021-02-01 | Общество с ограниченной ответственностью «БАЗОВЫЕ МИНЕРАЛ ТЕХНОЛОГИИ» | Raw material composition for the production of chemically resistant material fiber and thin films |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4818289A (en) * | 1984-12-21 | 1989-04-04 | Outokumpu Oy | Method for utilizing slag from metal production |
| RU2183205C2 (en) * | 2000-06-19 | 2002-06-10 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН | Method of manufacturing mineral fiber based on high-iron copper-nickel processing slags |
| CN106698914A (en) * | 2015-08-10 | 2017-05-24 | 沈阳有色金属研究院 | Method for preparing inorganic mineral fibers from copper smelting slag and gangue through melting and heat-insulation treatment in electric furnace |
| WO2020218356A1 (en) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | 新日本繊維株式会社 | Radiation-resistant inorganic material and fiber thereof |
| RU2741984C1 (en) * | 2020-07-10 | 2021-02-01 | Общество с ограниченной ответственностью «БАЗОВЫЕ МИНЕРАЛ ТЕХНОЛОГИИ» | Raw material composition for the production of chemically resistant material fiber and thin films |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Moraes et al. | Assessment of sugar cane straw ash (SCSA) as pozzolanic material in blended Portland cement: Microstructural characterization of pastes and mechanical strength of mortars | |
| LaRosa et al. | Zeolite formation in class F fly ash blended cement pastes | |
| FI86541C (en) | RAOMATERIALBRIKETT FOER MINERALULLSTILLVERKNING OCH FOERFARANDE FOER DESS FRAMSTAELLNING. | |
| US4153439A (en) | Method for the production of mineral wool, especially for use in basic milieu | |
| AU2006216407A1 (en) | Alkali resistant glass compositions | |
| CN108821567A (en) | Glass composition and the fiber being made from it | |
| Zhang et al. | Preparation, thermal stability and mechanical properties of inorganic continuous fibers produced from fly ash and magnesium slag | |
| CN105753330A (en) | Alkali-resistant glass fiber composition, alkali-resistant glass fiber and preparation method thereof | |
| CN105800943A (en) | Glass fiber composition with red mud and blast furnace slag as raw materials, alkali-resistant glass fiber and preparation method for alkali-resistant glass fiber | |
| JP2017520505A (en) | Composite material containing sugar-containing mineral wool | |
| Wang et al. | Effects of alkali equivalent and polypropylene fibres on performance of alkali-activated municipal waste incineration bottom ash-slag mortar | |
| Tayeh et al. | Effect of hybrid fibers and high temperatures on the properties of geopolymer composites based on slag, metakaolin, and natural zeolite | |
| RU2843765C1 (en) | Alkali-resistant non-crystalline inorganic composition and fibre made therefrom | |
| CA1040222A (en) | Alkali resistant glass | |
| US20240182353A1 (en) | Alkali-resistant non-crystalline inorganic composition and fiber thereof | |
| CA1074341A (en) | Alkali-resistant glass composition and glass fibers made therefrom | |
| JP7586515B2 (en) | Fibers, fiber manufacturing methods | |
| FR2666328A1 (en) | Process for obtaining a geopolymer matrix with rapid curing for impregnating composite materials and products obtained | |
| RU2833759C1 (en) | Fibre and method of making fibre | |
| Kavipriya et al. | Evaluating optimum strength of geopolymer concrete using quarry rock dust with inclusion of natural and hybrid fibers under ambient curing | |
| JPS58167444A (en) | Alkali resistant glass fiber | |
| Rani et al. | Experimental study of geopolymer concrete by using glass fibers | |
| Wang et al. | Effect of ZrO2 content on the structure and alkali resistance of glass fibers prepared from red mud | |
| RU2540676C2 (en) | Method of obtaining continuous basalt-based fibre | |
| Kumar et al. | Durability characteristics of fiber reinforced Geopolymer concrete incorporated with fly-ash and GGBS |