無機礦物纖維理化指標與成分關系試驗研究

孫偉

金建工程設計有限公司 山東煙臺 264003

人造無機礦物纖維(礦渣棉)是利用工業廢渣與天然礦物玄武巖熔化后，利用專門工藝制備的替代天然礦物纖維的一種材料，廣泛應用于保溫和吸音等建筑材料產品生產 。離心法生產無機礦纖維起源于 20 世紀 60 年代，由美國阿姆斯壯公司、德國R OCKWOO 公司等工業發達國家開發并推廣應用，目前已經形成從纖維到保溫、吸音材料成套生產線。這一技術是 20 世紀 80年代中期，由中國建材集團控股的北新建材股份有限公司從德國、日本引進到國內的，后來美國阿姆斯壯公司在上海建立了外資企業。目前這項技術已經在國內應用得較為普遍，已逐漸成為處理工業固體廢棄物的主流生產工藝 。無機礦物纖維的主成分范圍一般為：SiO240%-55%，Al2O3 10%-18%，CaO 10%-25%，MgO 6%-12%，酸度系數 2-2.6。針對無機礦物纖維成分要求，沈陽有色金屬研究院在鎳鐵冶煉及爐渣綜合利用中試試驗線上進行了一系列詳細試驗。試驗確定了上述無機礦物纖維成分要求的合理性，并給出了各自成分條件下不能成纖的極限值，為無機礦物纖維制造行業提供有益的參考。

1 試驗設備

試驗設備主要包括：1 MVA 礦熱電爐，Φ1 m ×10 m回轉干燥窯，Φ1.5 m ×12.5 m 回轉還原窯，200kVA 保溫電爐，JLX 2.5-300 型高速離心成纖機，JLX750-200 纖維收集系統，256 m2布袋除塵器，Testo200 煙氣在線監測儀，SCW-98A 智能測溫儀等。

2 試驗及結論

2.1 本試驗主要研究纖維成分與無機礦物纖維長徑比與成纖率兩個理化指標的關系

纖維理化指標目標值定為：纖維長徑比≥100，成纖率≥70%。無機礦物纖維的主要成分及酸度系數與其理化指標密切相關，本試驗針對礦物纖維的SiO2、Al2O3、CaO、MgO四個主要成分及酸度系數進行研究，確定出適宜的纖維成分范圍。2.1SiO2含量變化對纖維理化指標影響試驗SiO2是無機礦物纖維的主要成分，是無機礦物纖維成型的先決條件，其含量變化對無機礦物纖維理化指標起著決定性的影響。在纖維其他成分含量相對固定的條件下進行SiO2含量變化(30%-60%)對無機礦物纖維理化指標影響的條件試驗，試驗結果見圖1。

圖1 SiO2含量變化對纖維理化指標影響試驗結果

由圖1可以看出，無機礦物纖維SiO2含量范圍在40%-55%之間時，纖維長徑比及成纖率兩個理化指標達到目標值要求，與無機礦物纖維成分標準要求范圍值相符合。

2.2 甩MgO 含量變化對纖維理化指標影響試驗

MgO 與 CaO 的作用基本相同，主要也是降低制纖溫度及保證制纖爐渣流動性，其含量改變對纖維的成纖率影響較明顯。在纖維SiO2含量為50%，Al2O3含量為15%，CaO含量為20%的條件下進行MgO含量變化(5%-20%)對無機礦物纖維理化指標影響的條件試驗。

2.3 Al2O3含量變化對纖維理化指標影響試驗

Al2O3的作用與SiO2類似，輔助SiO2提高制纖爐渣黏性，其對纖維長徑比作用效果比SiO2明顯。當Al2O3含量變化不大時，無機礦物纖維長徑比這一理化指標變化就非常明顯。在纖維SiO2含量為50%，其他成分含量相對固定的條件下進行Al2O3含量變化(9%-18%)對無機礦物纖維理化指標影響的條件試驗，試驗結果見圖2。由圖2可以看出，隨著Al2O3含量的增加，無機礦物纖維的長徑比明顯提高，后期提高幅度減小。纖維成纖率隨著Al2O3含量的變化不明顯。Al2O3含量在9%-18%的范圍內，纖維理化指標均滿足標準要求[1-2]。

圖2 Al2O3含量變化對纖維理化指標影響試驗結果

2.4 CaO 含量變化對纖維理化指標影響試驗

CaO 也是無機礦物纖維的重要成分，它降低了制纖溫度及保證了制纖爐渣的流動性，CaO 含量對纖維理化指標有較大的影響。在纖維 SiO2含量為 50%，Al 2O3 含量為 15%，其他成分含量相對固定的條件下，進行 CaO 含量變化(10%-25%)對無機礦物纖維理化指標影響的條件試驗[3].

3 結語

（1）試驗所得無機礦物纖維的主成分范圍：S iO240%-55%，Al2O39%-18%，CaO10%-25%，MgO5%-15%，酸度系數2-2.5，與無機礦物纖維成分標準要求范圍值基本相符合。（2）無極礦物纖維的主要成分相輔相成，缺一不可。其含量變化的調整應在酸度系數要求范圍內進行。（3）紅土鎳礦匹配玄武巖及鐵礦渣電爐冶煉制造無機礦物纖維工藝可行，制得的無機礦物纖維可應用于保溫材料和建筑裝飾材料等領域。