硅灰石在玻璃纤维中的应用

前言
 

       硅灰石成分为Ca3(Si3O9),三斜晶系，属于一种链状偏硅酸盐，白色带灰，有少数呈肉红色，柱状晶体，集合体多为放射状、纤维状、致密块状，硬度4.5-5.5，密度为2.8-2.9克 /立方厘米，主要产于接触变质岩或大理石岩中，常与透闪石等共生，二者易于相混，但硅灰石质软，透闪石性脆易折。由于其特殊的晶体形态结晶结构决定了其性质，具有良好的绝缘性，良好的介电性能和较高的耐热、耐候性，因而硅灰石广泛应用于陶瓷、化工、冶金、造纸、涂料、塑料等领域的原料或填料。
 

     1 使用硅灰石的可行性
 

   

CaO是E玻璃的主要成分之一，在玻璃中是玻璃结构网络外氧化物。主要作用是稳定剂和助熔剂，在玻璃结构成型时会增加纤维成型的硬化速度，提高玻璃纤维质量。SiO2是E玻璃最重要的成分，是玻璃形成体，它几乎是全部玻璃的基础。当将氧化硅加热到液态，然后进行冷却时它就形成玻璃。
 

       硅灰石中主要成分是SiO2和CaO，其合量达到96%以上，其它含有少量的氧化镁、氧化铝、氧化铁等氧化物，但都是玻璃所需要的成分。在玻璃中使用硅灰石的目的就是引入由于玻璃组成所需要的主要由叶腊石引入氧化硅不足的氧化硅，即全部替换石英砂。因为石英砂熔化温度高，在2000度以上才开始逐渐软化；再一个是硬度大，达到7以上，在加工成45微米以下的微粉中常常含有大于250微米的颗粒，当玻璃通过漏板的漏嘴时原料中没有被发现粗的石英颗粒不可能全部溶解，这些几十微米的会引起断头。况且硅灰石本身就是一种助熔剂，且含有的SiO2以化合物形式存在易于与其他氧化物发生化学反应，另外硅灰石硬度（4-5）比石英砂硬度（7）小，容易加工。硅灰石为玻璃成型提供SiO2的同时，带入部分氧化钙，可以在玻璃配合料中减少石灰石用量，由于石灰石用量的减少降低了配合料中的CO2挥发，既提高了玻璃的转化率，同时减少了窑炉中烟气的排放，降低了窑炉热耗。
 

       2 硅灰石的质量控制    
 

                                                           表1硅灰石质量指标：

        质量控制点：
 

       1、必须严格控制氧化镁含量，因与透闪石伴生，透闪石中 MgO含量较高，且含有FeO,选矿时必须严格挑选。
 

       2、硅灰石结晶习性：纤维状或针状、致密块状，两种结晶结构的硅灰石在高温熔化状态一致的，但用作纤维原料的我认为致密快状较好，呈纤维状或针状，长度约是直径的七倍，经破碎研磨后仍具有针状结构，粉料的流动性较差。本公司在使用硅灰石过程中，曾多次发生堵塞螺旋喂料机事故，绞刀转不动，后调整下料开度、助流锥流量、通过变频器调整配料绞刀转速，尤其精加料速度，后经过分析，发现纤维状的颗粒占有30%以上，造成粉料的流动性较差，精加料时，喂料机中料较多，绞刀转速漫，绞刀之间的料造成挤压，越挤压越实，最后绞刀转不动，造成堵料。致密块状的矿石粉料成颗粒状流动好一些。最好使用致密状的矿石加工的粉料。
 

      3、因其特殊结构硅灰石加工粒度必须要细，控制到325目小于5%。
 

      4、硅灰石成分波动较大，最好批量矿石均化，批量加工，成分容易控制稳定。
 

      3硅灰石的应用
 

      3.1硅灰石发送、称量参数调整
 

      根据硅灰石粉的特性和用量选择一个合适的配合料料仓，清洗干净，打入3-5吨料，调整螺旋铰刀的精加料速度为50%。
 

      3.2配方调整
 

      根据玻璃配方调整程序，引用硅灰石中的SiO2全部替换石英砂引入的SiO2，同时根据硅灰石引入的CaO调整石灰石的用量，保证玻璃组成不改变，配置一副配合料的重量不变（2.5吨/付）。由于硅灰石替代石英砂和部分石灰石，玻璃中含量少的成分变化有小变化，但保证理论计算粘度变化不超过1度。微量元素变化如COD值依靠芒硝来调整，保证配合料中的C/S比不变化。玻璃熔成率提高1-2%。
 

       3.3窑炉控制
 

       由于硅灰石的引入窑炉可能会有几个变化：

       1、窑炉温度：池底玻璃液温度升高。

       2、窑炉的泡沫层变薄（熔化区、鼓泡处）

       3.3.1开始投料4小时后，关注窑炉的温度变化，画面上拉出监控温度变化趋势曲线，随时进行调整。注意监控空间温度的变化。

       3.3.2投料10小时后，每2小时观察窑内的泡沫层情况一次，并进行记录。

       3.3.3出现玻璃液温度升高的情况，此时根据温度趋势及时降低天然气用量。玻璃液温度不能超过5-10度的波动，尤其升温。

       3.3.4替换期间会出现窑炉的泡沫层变薄，此时如果鼓泡较大时，及时降低鼓泡的流量，保持鼓泡泡径。
 

       4实际应用效果
 

      到目前本公司已经使用硅灰石有几个月了的时间了，没有出现由于硅灰石的原因引起的作业波动。在替换期间和替换后作业基本稳定。

                 替换期间、替换后，从控制系统（MES）复制的产量、成丝率曲线图

 

      
        4.1窑炉空间温度
 

       从空间温度（表2）和玻璃夜温度（表3），可以明显看出在使用硅灰石后，玻璃液温度上升以及空间温度下降。空间温度下降，能够减少耐火材料的侵蚀以及延长窑炉寿命。

              

                                              表2   TE106空间温度

 

（控制标准下降5度。）

                 

                                      表3    TE107玻璃液温度

 

（控制标准提高3度）

        由于玻璃温度升高，空间温度下降，窑内燃气量下降，窑内泡沫层较未使用生石灰时薄，燃气用量呈下降趋势，节能效果明显。

5结论
 

       在生产玻璃纤维原料中使用硅灰石完全是有可能的，硅灰石本身具有助熔作用，主要成分是氧化硅和氧化钙，替代氧化硅，降低玻璃熔制温度，降低天然气消耗，引入部分氧化钙提高了玻璃的熔成率，熔成率提高1-2%，引入硅灰石后配合料价格有所提高，但断头率有所减少。最好使用致密块状的硅灰石，针状或纤维状的硅灰石加工的粉料流动性要差一些，但在单纯的熔化上区别不大。