专利名称：以粉煤灰为原料制造超细纤维的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用粉煤灰制造超细纤维的方法，特别涉及在高温加压下熔化喷丝制造粉煤灰超细纤维的工艺方法。
背景技术：
粉煤灰是燃烧煤炭或煤粉后产生的灰和渣。粉煤灰产出量一般是未燃烧煤的20％。粉煤灰的主成分为SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO，TiO2，硫化物等。粉煤灰的排放量十分巨大，如不作处理和利用，将造成严重的环境污染和生态破坏。以往粉煤灰的利用主要是用在筑路、填坑、土壤改良、水泥和砖类建材、陶瓷生产等，较好的利用是与高分子复合，作防水，防腐材料、涂料等，更高价值的利用是提取稀有金属，制备空心珠等。
如何进一步提高粉煤灰的应用附加值，利用粉煤灰制备成为纤维，尤其是超细纤维，是人们所十分关注的课题。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种利用粉煤灰制造超细纤维的方法，以制备一种具有一定直径和长度、表面非粘结、具一定柔性和强度的超细纤维，以扩展粉煤灰的应用价值，满足有关方面的需要。
本发明的方法包括如下步骤将工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物、添加剂和水混合造粒后在高温加压下加热熔化，控制稳定的熔体粘度，加压下由多孔喷丝板熔融喷出成丝，然后喷洒冷却剂或表面处理剂，制得超细的无机纤维。
所说的工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物包括火力发电、炼钢炼铁、工业锅炉、焦化过程、宾馆饭店等燃烧煤炭所产生的飞灰和固态残留物、废弃物，还包括不可燃烧的煤矸石。
所说的添加剂为无机添加剂或/和有机添加剂，无机添加剂和有机添加剂的总量以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物的总重量计为5～10％；无机添加剂选自石灰石、玄武岩石或白岩石等中的一种或其混合物，最优选的无机添加剂为石灰石；有机添加剂选自烷基酸钙、烷基酸钠、烷基酸锌、烷基酸钡、烷基酸镁等，最优选的有机添加剂为烷基酸锌。
所说的冷却剂优选水；所说的表面处理剂包括水溶性聚合物稀溶液、酸性水溶液、离子型表面活性剂或含硅表面活性剂中的一种；所说的水溶性聚合物稀溶液选自聚乙烯醇稀水溶液、聚丙烯酰胺稀水溶液、水性丙烯酸类树脂稀溶液，水溶性纤维素醚或水溶性聚氨酯溶液等中的一种，其重量浓度一般为1～10％；所说的酸性水溶液选自盐酸水溶液、硫酸水溶液、醋酸水溶液、十二烷基硫酸水溶液或十二烷基苯磺酸水溶液等中的一种，其重量浓度一般为0.5～5％；所说的离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油酰氨基酸钠等中的一种；所说的含硅表面活性剂选自烷氧基聚硅氧烷、乳化甲基硅油、氨基改性硅油、羧基改性硅油、聚醚改性硅油、醇改性硅油等中的一种；可根据目标纤维产物的用途不同，或喷洒冷却剂，或喷洒不同的表面处理剂，以满足后续应用的要求。例如粉煤灰超细纤维用作吸附材料，脱色材料时，最优选水作冷却剂；粉煤灰超细纤维用作造纸时，最优选酸性水溶液作表面处理剂；粉煤灰超细纤维用作隔热、隔音、保温、保冷、绝缘材料时，优选水溶性聚合物稀溶液、离子型表面活性剂、含硅表面活性剂等作表面处理剂。
在本发明技术方案中，造粒粒径为1cm～10cm，优选的粒径为5～7cm。
在本发明技术方案中，熔化温度为1100～1500℃，最优选的温度为1300～1400℃。
在本发明技术方案中，粉煤灰熔体喷丝的压力为0.35～0.65MPa，最优选的压力为0.4～0.5MPa。
本发明所造的粒子包括球状、棒状、无定型状；可以是干粒、湿粒；并无须干燥，可直接加入熔化炉中在高温下熔融。
按照本发明所制得的粉煤灰超细纤维直径为1～10μm，长度为5～50cm。在最优选的工艺条件中所制得的粉煤灰超细纤维直径为3～5μm，长度为35～40cm。
本发明技术将粉煤灰成纤化，赋予该废弃物以超细纤维的功能性，扩大其应用领域，提高粉煤灰的应用附加值。粉煤灰制造的超细纤维在造纸、隔热、隔音、保温、保冷、绝缘材料、吸附材料，脱色材料、密度板材料、路面沥青膨胀纤维材料等方面有很好的应用前景。尤其在造纸领域，粉煤灰超细纤维可部分取代木浆配抄纸品，节省原木耗费，对保护森林资源起积极作用。
本发明的制造方法简单易行，只需在合适的熔融温度和压力下经常规喷丝工艺，即可将粉煤灰制备成具多用途的无机超细纤维材料，收率达93～98％。
图1为实施例1的粉煤灰超细纤维的电镜照片。
图2为实施例2粉煤灰超细纤维的电镜照片。
图3为实施例3粉煤灰超细纤维的电镜照片。
具体实施例方式
实施例1
用粉煤灰100份(重量)、石灰石8份，烷基酸钠2份、烷基酸锌2份、掺和25份水使粉料润湿并有粘结性，利用双辊型造粒机，造成粒径约3cm的球粒，投入1250℃的封闭式熔化炉中，待完全熔融后，利用熔体液面与喷丝嘴的高度差来调节压力差，当压力达0.5MPa时，开闸喷丝。在喷丝嘴出口3cm处，朝喷出的细丝上均匀地喷洒乳化甲基硅油和油酰氨基酸钠混合液水雾，使之冷却。收丝，得到直径为1.2～5.5μm，长度为30～35cm的粉煤灰超细纤维。收率95％。其电镜照片见图1。
实施例2用粉煤灰100份(重量)、玄武岩石8份，烷基酸钡2份、烷基酸镁2份，掺和25份水使粉料润湿并有粘结性，利用双辊型造粒机，造成粒径约4cm的球粒，投入1350℃的封闭式熔化炉中，待完全熔融后，利用熔体液面与喷丝嘴的高度差来调节压力差，当压力达0.55MPa时，开闸喷丝。在喷丝嘴出口3cm处，朝喷出的细丝上均匀地喷洒3％聚乙烯醇稀和2％聚丙烯酰胺混合水溶液雾，使之冷却并起表面包覆作用。收丝，得到直径为3.1～4.6μm，长度为35～40cm的粉煤灰超细纤维。收率94％。其电镜照片见图2。
实施例3用粉煤灰100份(重量)、白岩石8份，烷基酸锌2份，烷基酸钙烷基酸钙2份，掺和25份水使粉料润湿并有粘结性，利用双辊型造粒机，造成粒径约5cm的球粒，投入1400℃的封闭式熔化炉中，待完全熔融后，利用熔体液面与喷丝嘴的高度差来调节压力差，当压力达0.45MPa时，开闸喷丝。在喷丝嘴出口3cm处，朝喷出的细丝上均匀地喷洒3％醋酸和1％十二烷基硫酸混合的水溶液，使之冷却并起表面处理作用。收丝，得到直径为1.8～4.5μm，长度为35～45cm的粉煤灰超细纤维。收率96％。其电镜照片见图3。
权利要求
1.一种以粉煤灰为原料制造超细纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤将工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物、添加剂和水混合造粒后在高温加压下加热熔化，加压下由多孔喷丝板熔融喷出成丝，然后喷洒冷却剂或表面处理剂，制得超细的无机纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物包括火力发电、炼钢炼铁、工业锅炉、焦化过程、宾馆饭店等燃烧煤炭所产生的飞灰和固态残留物、废弃物或不可燃烧的煤矸石。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的添加剂为无机添加剂或/和有机添加剂；无机添加剂选自石灰石、玄武岩石或白岩石中的一种或其混合物；有机添加剂选自烷基酸钙、烷基酸钠、烷基酸锌、烷基酸钡或烷基酸镁。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，无机添加剂和有机添加剂的总量以工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物的总重量计为5～15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的冷却剂为水。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的表面处理剂包括水溶性聚合物稀溶液、酸性水溶液、离子型表面活性剂或含硅表面活性剂中的一种；所说的水溶性聚合物稀溶液选自聚乙烯醇稀水溶液、聚丙烯酰胺稀水溶液、水性丙烯酸类树脂稀溶液，水溶性纤维素醚或水溶性聚氨酯溶液中的一种；所说的酸性水溶液选自盐酸水溶液、硫酸水溶液、醋酸水溶液、十二烷基硫酸水溶液或十二烷基苯磺酸水溶液中的一种；所说的离子型表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油酰氨基酸钠中的一种；所说的含硅表面活性剂选自烷氧基聚硅氧烷、乳化甲基硅油、氨基改性硅油、羧基改性硅油、聚醚改性硅油、醇改性硅油中的一种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，水溶性聚合物稀溶液重量浓度为1～10％；酸性水溶液重量浓度为0.5～5％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，造粒粒径为1cm～10cm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熔化温度为1100～1500℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粉煤灰熔体喷丝的压力为0.35～0.65MPa。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所造的粒子包括球状、棒状、无定型状，包括干粒或湿粒，直接加入熔化炉中在高温下熔融。
12.根据权利要求1～11任一项所述的方法，其特征在于，所制得的粉煤灰超细纤维直径为1～10μm，长度为5～50cm。
全文摘要
一种利用粉煤灰制造超细纤维的工艺方法，包括如下步骤将工业粉煤灰或煤炭燃烧固态残留物，添加必要的助剂和水，经拌和造粒，在高温封闭式炉中加热熔化，控制稳定的熔体粘度，于一定的压力条件下，由多孔喷丝板熔融喷出成丝，随后喷洒必要的冷却剂或表面处理剂，即可得到一种超细的无机纤维。本发明的制造方法适合于工业化生产，本发明赋予废弃物以超细纤维的功能性，扩大其应用领域，提高粉煤灰的应用附加值。在造纸、隔热、隔音、保温、保冷、绝缘材料、吸附材料，脱色材料、密度板材料、路面沥青膨胀纤维材料等方面有很好的应用前景。尤其在造纸领域，粉煤灰超细纤维可部分取代木浆配抄纸品，节省原木耗费，对保护森林资源起积极作用。
文档编号C03B37/01GK1579978SQ20041001835
公开日2005年2月16日 申请日期2004年5月14日 优先权日2004年5月14日
发明者陈建定, 郑小鹏, 陈忠荣 申请人:华东理工大学, 上海融申纸业有限公司