專利名稱：一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷纖維的技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方 法。
背景技術(shù)：
高爐渣是高爐煉鐵過程中排出的固體廢物。據(jù)統(tǒng)計，目前我國每年排放高爐渣1 億噸左右，隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐渣的排放量將日益增大。如果不將高爐渣進(jìn)行資 源化處理，不但造成了資源的大量浪費，而且勢必帶來侵占土地、污染環(huán)境等嚴(yán)重問題。為 此，許多國家都較早地開發(fā)了高爐渣合理利用項目，如美、日、法、英等國鋼鐵廠非常重視對 二次資源的綜合利用，基本上達(dá)到排渣和利用平衡。高爐渣的利用研究在我國起步較晚，研 究開發(fā)力度不大。根據(jù)高爐渣的成分和礦物組成，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)水平，經(jīng)過成分調(diào)整后， 高爐渣可用于水泥、免燒磚、渣棉等材料的生產(chǎn)。雖已有60%左右得到了較好利用，但仍有 大量礦渣被簡單地粗放利用，如建筑骨料、道路填料等，帶來極大浪費。另外 ，國內(nèi)開展高 爐渣綜合利用的很多企業(yè)存在規(guī)模小、工藝簡單、產(chǎn)品附加值小等不足，因而與國際同行相 比，我國在高爐渣資源回收利用率、降低能耗、減小污染排放等方面還有廣闊的發(fā)展空間。近年來國際上將硅酸鋁陶瓷纖維列為可能致癌物，因而在保溫隔熱領(lǐng)域加大了生 物可溶性陶瓷纖維的研究和開發(fā)力度。生物可溶性陶瓷纖維在生產(chǎn)、使用和用后拆卸過程 中產(chǎn)生的粉塵顆粒，被吸入人體后能夠被人體體液所降解，因而不會象硅酸鋁陶瓷纖維那 樣對人體產(chǎn)生危害。由于生物可溶性陶瓷纖維在高溫絕熱保溫和生物可溶性等方面的獨特 優(yōu)勢，因而其在絕熱保溫領(lǐng)域取代硅酸鋁陶瓷纖維，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，目前生物 可溶性陶瓷纖維的制備，存在原料消耗大、熔制困難、纖維表面光滑度不高、高溫下線收縮 明顯等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有的高爐渣綜合利用和生物可溶性陶瓷纖維制備與性能等方 面存在的不足，目的是提供一種成本低廉、減少能源消耗、有利于環(huán)境保護(hù)的生物可溶性陶 瓷纖維的制備方法；用該方法制備的生物可溶性陶瓷纖維具有機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑度高、 高溫線收縮小、能夠長期在高溫下使用和在人體肺液中的降解性較高。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是先將8 37wt%的滑石粉或3 20wt% 的白云石粉、30 60wt%的石英砂粉、0. 1 Iwt %的添加劑和30 50襯％高爐渣粉混合， 再將上述混合粉料置于電阻爐或電弧爐中，升溫至1500 1900°C，熔融后直接甩絲即得生 物可溶性陶瓷纖維；所述的高爐渣粉的粒度為50 120目，其主要化學(xué)組分是=SiO2為33 38wt%， CaO為37 42wt%，Mg0為8 15wt%，Al203為6 12wt%，鐵氧化物的含量小于0. 5wt%。其中石英砂粉、滑石粉和白云石粉的粒度為20 120目；添加劑為葡萄糖、木 糖、果糖、半乳糖中的一種以上的混合物。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明利用高爐渣為原料，不僅工藝簡單、能有效地降低 成本，更重要的是可減少能源消耗、有利于環(huán)境保護(hù)和推廣利用。本發(fā)明所制備的生物可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為3 7 μ m、渣球含量小于10%， 能夠長期在1000 1200°C甚至更高溫度下使用；另外，由于在混合粉料中加入了葡萄糖、 木糖、果糖、半乳糖中的一種以上混合物為添加劑，調(diào)節(jié)了高溫熔體和纖維的結(jié)構(gòu)，使所制 備的生物可溶性陶瓷纖維具有強(qiáng)度高、表面光滑、高溫線收縮小。本發(fā)明所制備的生物可溶性陶瓷纖維，在36. 5 37. 2°C和pH值為7. 35 7. 45 條件下模擬人體肺液中的溶解試驗表明，其溶解速率常數(shù)達(dá)150ng/(cm2 · h)以上，溶解速 率很高，可快速溶解于人體肺液中，并易于從肺中排出，對人體的有害性大大降低。有望替 代硅酸鋁陶瓷纖維應(yīng)用于許多高溫工業(yè)領(lǐng)域中。因此，本發(fā)明具有成本低廉、減少能源消耗和有利于環(huán)境保護(hù)的特點，所制備的生 物可溶性陶瓷纖維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑度高、高溫線收縮小、能夠長期在高溫下使用和在 人體肺液中的降解性較高。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限 制。為避免重復(fù)，對本具體實施方式
中將要涉及到的有關(guān)技術(shù)參數(shù)先作統(tǒng)一描述，實 施例中不再贅述。高爐渣粉的粒度為50 120目，高爐渣粉的主要化學(xué)組分是=SiO2為33 38wt%, CaO為37 42wt%，MgO為8 15wt%，Al2O3為6 12wt%，鐵氧化物的含量小 于0. 5wt% ；石英砂粉、滑石粉和白云石粉的粒度為20 120目。實施例1一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將10 15wt%的滑石粉、45 50wt %的石英砂粉、0. 8 Iwt %的葡萄糖和35 40wt %的高爐渣粉混合，再將上述混合粉 料置于電阻爐中，升溫至1700 1800°C，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為3 5μπι，渣球含量小于10%， 1150°C條件下熱收縮小于4%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例2一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將22 30wt %的滑石粉、39 45wt %的石英砂粉、0. 5 Iwt %的木糖和30 33wt %的高爐渣粉混合，再將上述混合粉料 置于電弧爐中，升溫至1800 1900°C，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為3 5μπι，渣球含量小于10%， 1100°C條件下熱收縮小于3%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例3一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將30 35wt %的滑石粉、34 39wt %的石英砂粉、0. 4 0. 7wt %的果糖和30 32wt %的高爐渣粉混合，再將上述混合粉 料置于電弧爐中，升溫至1700 1800°C，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 7μπι，渣球含量小于10%，1100°C條件下熱收縮小于3. 5%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例4一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將35 37wt %的滑石粉、31 34wt %的石英砂粉、0. 3 0. 5wt %的半乳糖和30 33wt %的高爐渣粉混合，再將上述混合 粉料置于電阻爐中，升溫至1600 1700°C，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 7μπι，渣球含量小于10%， 1000°C條件下熱收縮小于3%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例5 一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將15 22wt %的滑石粉、39 43wt%的石英砂粉、0. 5 0. 7wt%的葡萄糖與木糖的混合物和38 42wt%的高爐渣粉混 合，再將上述混合粉料置于電弧爐中，升溫至1600 1700°C，熔融后直接甩絲即得生物可 溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 7μπι，渣球含量小于10%， 1100°C條件下熱收縮小于3%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例6一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將27 32wt %的滑石粉、30 32wt%的石英砂粉、0. 2 0. 5wt%的木糖與半乳糖的混合物和37 42wt%的高爐渣粉混 合，再將上述混合粉料置于電阻爐中，升溫至1500 1700°C，熔融后直接甩絲即得生物可 溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 6μπι，渣球含量小于10%， 1000°C條件下熱收縮小于3. 5%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于190ng/(cm2 · h)。實施例7一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將8 12wt%的滑石粉、38 43wt% 的石英砂粉、0. 1 0. 3wt%的果糖與木糖的混合物和45 50wt%的高爐渣粉混合，再將上 述混合粉料置于電弧爐中，升溫至1500 1700°C，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖 維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為5 7μπι，渣球含量小于10%， 1200°C條件下熱收縮小于3%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于160ng/(cm2 · h)。實施例8一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將8 12wt%的白云石粉、55 60wt%的石英砂粉、0. 6 0. 9襯％的葡萄糖、木糖與半乳糖的混合物和30 35wt%的高爐 渣粉混合，再將上述混合粉料置于電弧爐中，升溫至1700 1900°C，熔融后直接甩絲即得 生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 6μ m，渣球含量小于10%， 1260°C條件下熱收縮小于3%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例9一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將6 13wt%的白云石粉、48 55wt%的石英砂粉、0. 3 0. 6襯％的葡萄糖、果糖與半乳糖的混合物和36 45wt%的高爐 渣粉混合，再將上述混合粉料置于電阻爐中，升溫至1600 1800°C，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 6μπι，渣球含量小于10%， 1200°C條件下熱收縮小于4%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。實施例10一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將3 Swt %的白云石粉、44 48wt%的石英砂粉、0. 2 0. 4wt%的果糖、木糖與半乳糖的混合物和46 50襯％的高爐渣 粉混合，再將上述混合粉料置于電弧爐中，升溫至1600 1800°C，熔融后直接甩絲即得生 物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為4 6μπι，渣球含量小于10%， 1100°C條件下熱收縮小于3. 5%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于200ng/(cm2 · h)。 實施例11一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法先將13 20wt%的白云石粉、40 45wt%的石英砂粉、0. 1 0. 3襯％的葡萄糖、半乳糖、果糖與木糖的混合物和35 42wt% 的高爐渣粉混合，再將上述混合粉料置于電弧爐中，升溫至1600 1800°C，熔融后直接甩 絲即得生物可溶性陶瓷纖維。本實施例所制備的可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為5 7μπι，渣球含量小于10%， 1100°C條件下熱收縮小于4%，在模擬人體肺液中的溶解速率常數(shù)大于180ng/(cm2 · h)。本具體實施方式
利用高爐渣為原料，不僅工藝簡單、能有效地降低成本，更重要的 是可減少能源消耗、有利于環(huán)境保護(hù)和推廣利用。本具體實施方式
所制備的生物可溶性陶瓷纖維，纖維直徑為3 7 μ m、渣球含量 小于10%，能夠長期在1000 1200°C甚至更高溫度下使用；另外，由于在混合粉料中加入 了葡萄糖、木糖、果糖、半乳糖中的一種以上混合物為添加劑，調(diào)節(jié)了高溫熔體和纖維的結(jié) 構(gòu)，使所制備的生物可溶性陶瓷纖維具有強(qiáng)度高、表面光滑、高溫線收縮小。本具體實施方式
所制備的生物可溶性陶瓷纖維，在36. 5 37. 2°C和pH值為 7. 35 7. 45條件下模擬人體肺液中的溶解試驗表明，其溶解常數(shù)達(dá)150ng/(cm2 -h)以上， 溶解速率很高，可快速溶解于人體肺液中，并易于從肺中排出，對人體的有害性大大降低。 有望替代硅酸鋁陶瓷纖維應(yīng)用于許多高溫工業(yè)領(lǐng)域中。因此，本具體實施方式
具有成本低廉、減少能源消耗和有利于環(huán)境保護(hù)的特點，所 制備的生物可溶性陶瓷纖維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑度高、高溫線收縮小、能夠長期在高溫下 使用和在人體肺液中的降解性較高。
權(quán)利要求
一種生物可溶性陶瓷纖維的制備方法，其特征在于先將8～37wt％的滑石粉或3～20wt％的白云石粉、30～60wt％的石英砂粉、0.1～1wt％的添加劑和30～50wt％的高爐渣粉混合，再將上述混合粉料置于電阻爐或電弧爐中，升溫至1500～1900℃，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維；所述的高爐渣粉的粒度為50～120目，其主要化學(xué)組分是SiO2為33～38wt％，CaO為37～42wt％，MgO為8～15wt％，Al2O3為6～12wt％，鐵氧化物的含量小于0.5wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可溶性陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述的石英砂 粉、滑石粉和白云石粉的粒度為20 120目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物可溶性陶瓷纖維的制備方法，其特征在于所述添加劑為 葡萄糖、木糖、果糖、半乳糖中的一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的生物可溶性陶瓷纖維的制備方法所制備的生物 可溶性陶瓷纖維。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種生物可溶性陶瓷纖維及其制備方法。其技術(shù)方案是先將8～37wt％的滑石粉或3～20wt％的白云石粉、30～60wt％的石英砂粉、0.1～1wt％的添加劑和30～50wt％的高爐渣粉混合，再將上述混合粉料置于電阻爐或電弧爐中，升溫至1500～1900℃，熔融后直接甩絲即得生物可溶性陶瓷纖維。高爐渣粉的主要化學(xué)組分是SiO2為33～38wt％，CaO為37～42wt％，MgO為8～15wt％，Al2O3為6～12wt％，鐵氧化物的含量小于0.5wt％。發(fā)明具有成本低廉、減少能源消耗和有利于環(huán)境保護(hù)的特點；所制備的生物可溶性陶瓷纖維機(jī)械強(qiáng)度高、表面光滑度高、高溫線收縮小、能夠長期在高溫下使用和在人體肺液中的降解性較高。
文檔編號B09B3/00GK101863654SQ20101018330
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者劉浩, 張保國, 王周福, 王璽堂 申請人:武漢科技大學(xué)