章林，邢文忠，洪秀成，劉娟，曹建強(qiáng)

(巨石集團(tuán)有限公司，桐鄉(xiāng) 314500)

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天然滑石在玻璃纖維生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

章林，邢文忠，洪秀成，劉娟，曹建強(qiáng)

(巨石集團(tuán)有限公司，桐鄉(xiāng) 314500)

摘 要：研究了用天然滑石替代煅燒白云石作為玻璃纖維原料的可行性，重點(diǎn)介紹了滑石的基本性質(zhì)及其配合料熔制差異。研究表明，用天然滑石替代煅燒白云石作為玻璃纖維原料是可行的。使用滑石后，不僅不會(huì)產(chǎn)生高溫粉塵飛揚(yáng)情況，還有利于加速配合料的硅酸鹽進(jìn)程。從配合料熔制效果來(lái)看，含滑石的配合料整體上要略優(yōu)于含煅燒白云石的配合料。從配合料熔制過(guò)程來(lái)看，含滑石的配合料與含煅燒白云石的配合料極其相似，這有利于提高原料轉(zhuǎn)換過(guò)程的穩(wěn)定性與效率。

關(guān)鍵詞：滑石；煅燒白云石；玻璃纖維

0前言

窯爐內(nèi)粉塵較多是一直需要解決的問(wèn)題。幾年前，已經(jīng)有生產(chǎn)企業(yè)嘗試使用煅燒白云石替代白云石用以解決窯爐粉塵飛揚(yáng)的問(wèn)題[1-2]。但是煅燒白云石的來(lái)源一直比較緊張，經(jīng)常出現(xiàn)斷料現(xiàn)象，且其煅燒工藝控制不穩(wěn)定、成分波動(dòng)大[3-4]。因此，尋找一種合適的含鎂原料替代煅燒白云石成為穩(wěn)定生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急。

通過(guò)大量資料調(diào)研及實(shí)驗(yàn)室研究，作者認(rèn)為天然滑石可以替代煅燒白云石引入氧化鎂并解決上述問(wèn)題。與煅燒白云石相比，天然滑石的來(lái)源更廣泛、成分更穩(wěn)定、性價(jià)比更高。同時(shí)，天然滑石還可以進(jìn)一步降低原料成本，提高玻璃液的熔制質(zhì)量，從而達(dá)到降低生產(chǎn)成本和提高玻璃性能的目的。

1試驗(yàn)過(guò)程

1.1原料、設(shè)備及測(cè)試分析方法

滑石和煅燒白云石均為天然礦粉，原料供應(yīng)商提供；

S8 TIGER X射線熒光儀；

D8 ADVANCE X射線衍射儀；

高溫顯微鏡；

DM 2500p偏光顯微鏡；

高溫觀察爐；

高溫電爐。

樣品的粒度、SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)和COD值采用玻璃纖維行業(yè)提供的標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[5-6]。

1.2配合料制備及熔制性能對(duì)比

(1) 兩種樣品按照同一個(gè)E玻璃成分來(lái)計(jì)算料單，根據(jù)料單稱料，混合均勻后備用，簡(jiǎn)稱為含滑石配合料和含煅燒白云石配合料。

(2) 采用高溫顯微鏡與DM 2500P偏光顯微鏡研究配合料的熔制效果。過(guò)程如下：首先將預(yù)處理的樣品放置于高溫顯微鏡的樣品平臺(tái)，然后按程序升溫(20～800 ℃，30 ℃/min；800～1 600 ℃，10 ℃/min)至設(shè)定空間溫度1400 ℃，不保溫，隨爐冷卻。最后在偏光顯微鏡下觀察樣品熔制效果。

(3) 采用高溫觀察爐(HTO)研究配合料的熔化與澄清過(guò)程。過(guò)程如下：首先將HTO預(yù)加熱到500 ℃保溫，接著將裝有樣品的石英管放置于樣品平臺(tái)，然后升溫(500～1 000 ℃，15 ℃/min；1 000～1 500 ℃，5 ℃/min)至設(shè)定溫度1 500 ℃，保溫3 h，期間通過(guò)設(shè)備自帶的攝像裝置觀察并記錄配合料及其玻璃液的變化過(guò)程。

(4) 采用高溫電爐研究原料的高溫飛揚(yáng)情況。過(guò)程如下：常溫下將兩個(gè)直徑15 cm的石英坩堝對(duì)稱放置于高溫電爐的樣品平臺(tái)，然后升溫(20～500 ℃，10 ℃/min；500 ℃以后，15 ℃/min)至設(shè)定溫度1 500 ℃，保溫30 min。隨后打開(kāi)電爐將樣品平臺(tái)降至最低位置，接著迅速將同樣重量的滑石和煅燒白云石同時(shí)分別加入到兩個(gè)坩堝中，觀察各自的粉塵飛揚(yáng)情況。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1滑石的性質(zhì)

滑石是一種層狀硅酸鹽礦物，主要成分是氧化硅和氧化鎂，同時(shí)含有少量結(jié)構(gòu)水。其基礎(chǔ)礦物的化學(xué)式為[3MgO·4SiO2·H2O]，標(biāo)準(zhǔn)莫氏硬度為1，密度范圍在2.5～2.8 g/cm3[7]。外觀大多為白色或淡灰色，有明顯的滑膩感。一般情況下，天然滑石往往與少量菱鎂石[MgCO3]等礦物伴生，從而使實(shí)際原料中的硅含量稍低、鎂含量稍高，它的伴生特性在一定程度上還可以提高原料的性價(jià)比及其在配合料中的易熔性。因此，在各項(xiàng)原料指標(biāo)穩(wěn)定的前提下，本文研究的是具有伴生特性的天然滑石礦物。

在熱學(xué)性能方面，滑石具有特征的熱反應(yīng)過(guò)程。從圖1所示的熱分析DSC曲線來(lái)看，天然滑石在652 ℃和994 ℃附近具有明顯的吸熱谷，分別代表著少量吸附水和結(jié)構(gòu)水的排除。伴生有少量菱鎂石的滑石礦物，其大致熱反應(yīng)情況如下[8～9]：

第一階段400～800 ℃，出現(xiàn)γ-頑火輝石和MgO的固溶體：

滑石(3MgO·4SiO2·H2O)→γ-頑火輝石+游離SiO2

菱鎂石[MgCO3]→MgO+CO2

第二階段800～1200 ℃，出現(xiàn)β-頑火輝石，最終形成偏硅酸鎂固溶體：

γ-頑火輝石→β-頑火輝石(偏硅酸鎂)

MgO+SiO2→MgO·SiO2(偏硅酸鎂)

理論上，應(yīng)用滑石的最大好處就是利用滑石分解轉(zhuǎn)化的β-頑火輝石熔融后的偏硅酸鎂(MgO·SiO2)，其中的SiO2部分可以直接快速地進(jìn)入玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)因各種原因引起的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺陷。同時(shí)，由于存在偏硅酸鎂中Mg-O鍵與Si-O鍵的良好親和性，MgO部分作為填充劑也可以較快速地進(jìn)入玻璃的空穴結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)玻璃結(jié)構(gòu)的緊密性，有利于提高玻璃的綜合性能。

此外，由上述方程可知，當(dāng)滑石中存在少量菱鎂礦的情況下，菱鎂礦分解產(chǎn)生的MgO能與滑石分解出的游離SiO2結(jié)合，快速生成偏硅酸鎂，從而進(jìn)一步加速滑石在玻璃中的硅酸鹽進(jìn)程[10]。

由表1和表2可知，滑石的鐵、硫含量和COD值較低，同時(shí)由于無(wú)需進(jìn)行煅燒，工藝影響因素較少，原料的實(shí)際控制難度比煅燒白云石低得多。

表1　滑石與煅燒白云石的成分控制對(duì)比　%

表2　滑石與煅燒白云石的粒度與COD值控制對(duì)比

2.2兩種原料的高溫飛揚(yáng)情況

考慮到兩種含鎂原料可能存在高溫下粉塵飛揚(yáng)的風(fēng)險(xiǎn)，作者還利用高溫電爐進(jìn)行了粉塵飛揚(yáng)驗(yàn)證試驗(yàn)。我們發(fā)現(xiàn)，滑石粉加入到1500 ℃的高溫坩堝時(shí)并無(wú)粉體向上噴出，高溫電爐內(nèi)基本沒(méi)有粉塵飛揚(yáng)情況，且樣品表面迅速形成了一層初熔物質(zhì)，基本現(xiàn)象與煅燒白云石類似。

2.3配合料熔制情況分析

由圖2可知，在高溫顯微鏡同樣的加溫程序及空間溫度下，含滑石配合料的熔制效果要略優(yōu)于含煅燒白云石配合料。這可能是以下原因造成的：一方面，滑石分解轉(zhuǎn)化的β-頑火輝石熔融后的偏硅酸鎂(MgO·SiO2)能更快速地進(jìn)入玻璃網(wǎng)絡(luò)；另一方面，該滑石中存在少量菱鎂石，菱鎂石很容易分解，它產(chǎn)生的MgO能與滑石分解出的游離SiO2結(jié)合，快速生成偏硅酸鎂，從而進(jìn)一步加速滑石在玻璃中的硅酸鹽進(jìn)程。

由圖3～圖5可知，在HTO同樣的加溫程序及空間溫度下，在前期的熔化速度方面，含滑石的配合料要略快于含煅燒白云石的配合料。在1 350 ℃空間溫度下，含滑石配合料初熔體的流動(dòng)性較好，氣泡數(shù)量較多、較大且分布較均勻，這與菱鎂石的快速分解及滑石易于和配合料中的含硅含鋁原料快速反應(yīng)有關(guān)。在中后期的澄清與均化效果方面，含滑石的配合料與含煅燒白云石的配合料極其相似。在1 450 ℃和1 500 ℃的空間溫度下，兩種配合料的氣泡數(shù)量、氣泡大小及氣泡的變化情況均十分相似，這有利于提高原料轉(zhuǎn)換過(guò)程的穩(wěn)定性及效率。

3結(jié)論

(1) 用天然滑石替代煅燒白云石作為玻璃纖維原料是可行的。

(2) 天然滑石替代煅燒白云石后不會(huì)產(chǎn)生高溫粉塵飛揚(yáng)情況。

(3) 使用天然滑石有利于加速配合料的硅酸鹽進(jìn)程，同時(shí)對(duì)增強(qiáng)玻璃結(jié)構(gòu)的緊密性也有所幫助。

(4) 從配合料熔制效果來(lái)看，含滑石的配合料整體上要略優(yōu)于含煅燒白云石的配合料。

(5) 從配合料熔制過(guò)程來(lái)看，含滑石的配合料與含煅燒白云石的配合料極其相似，這有利于提高原料轉(zhuǎn)換過(guò)程的穩(wěn)定性與效率。

參考文獻(xiàn)

[1]徐日瑤，袁洪波.白云石結(jié)構(gòu)及其煅燒白云石的熱還原對(duì)比[J].輕金屬，1990，12(7)：40-44.

[2]徐凱.白云石質(zhì)量對(duì)玻璃生產(chǎn)的影響[J].玻璃與搪瓷，2004，32(3)：27-29.

[3]郭清富.試論影響煅燒白云石質(zhì)量的因素[J].輕金屬，1993，12(6)：36-37.

[4]劉金平，楊富春，徐河.煅燒白云石質(zhì)量的影響因素分析與控制[J].有色金屬，2006，12(6)：26-28.

[5]白曉華.玻璃原料COD值的測(cè)定[J].玻璃與搪瓷，2009，37(3)：34-36.

[6]顧云龍.礦物原料質(zhì)量對(duì)玻纖生產(chǎn)的影響[J].玻璃纖維，2002，6(2)：18-21.

[7]肖助鑾.一種快速測(cè)定滑石粉中碳酸鈣含量的方法[J].造紙科學(xué)與技術(shù)，2008，27(1)：56-57.

[8]周相廷，劉百年，湯集剛.菱鎂礦熱分解過(guò)程研究[J].無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，1992，12(1)：10-12.

[9]鄭紅霞，廖新生，汪琦.菱鎂礦粉及其粉球分解的TG動(dòng)力學(xué)[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31(1)：29-31.

[10]鄧煒，程金樹(shù)，鄧臻祿.普通玻璃配合料硅酸鹽燒結(jié)過(guò)程與熱量計(jì)算[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(22)：111-114.

Study on Application of Natural Talc in Fiberglass Production

Zhang Lin，Xing Wenzhong，Hong Xiucheng，Liu Juan，Cao Jianqiang

(Jushi Group Co.，Ltd.，Tongxiang 314500)

Abstract:The feasibility of using talc instead of calcined dolomite as a raw material for making glass fibers was studied，and the basic properties of talc and the difference of its melting behavior were explored.The results showed that the replacement is entirely feasible.Dust fly did not happen at high temperature after using talc.The talc could also accelerate the silicate process of glass batch.Viewed from the melting results of their batches，the talc was slightly better than calcined dolomite，while viewed from the melting process of their batches，they were extremely similar，which could improve the stability and efficiency of the material transfer process.

Key words:talc；calcined dolomite；fiberglass

中圖分類號(hào)：TQ171.77+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

收稿日期：2016-01-08

作者簡(jiǎn)介：章林，男，1982年生，工程師。主要從事玻璃纖維配方及其原料的研究。

修回日期：2016-01-18