[发明专利]一种含炭的高性能纤维及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种含碳的高性能纤维及其制备工艺，一种含炭的高性能纤维，由以下重量百分比的原料制成：60％‑80％的煤矸石，20％‑40％的助料，所述助料为白云石、菱镁石中的至少一种；或者由以下重量百分比的原料制成：60％‑80％的赤泥，10％‑20％的硅石，5％‑20％的菱镁石；或者由以下重量百分比的原料制成：80％的赤泥，20％的菱镁石；或者由以下重量百分比的原料制成：80％的赤泥，20％的硅石。本发明利用煤矸石、赤泥制备含碳的高性能纤维，实现了煤矸石、赤泥高值化、规模化的工业生产含炭的高性能纤维，使得煤矸石的利用率达到了60％以上，实现了煤矸石、赤泥的资源化利用。

技术领域

本发明属于纤维制备技术领域，尤其涉及一种含碳的高性能纤维及其制备工艺。

背景技术

煤炭储量为1.5万亿吨，以目前的开采和消费量可满足500年开采，固废物煤矸石近五十亿吨，新增每年达1亿吨以上。占用土地面积大，造成污染，治理费用高。在目前治理应用情况下，主要以低端化、低质化为主。目前生产的纤维约有玻璃纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维等属无机纤维为代表的都为单矿种加助料，还有的加入粉煤灰、煤矸石、高炉渣等，利用率都在30％以下。在利用煤矸石制纤维中，煤矸石利用率达到60％以上的研究目前尚未广泛开展。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达上亿吨。赤泥的pH值很高，其中：浸出液的pH值为12.1-13.0，氟化物含量11.5mg·L^-1-26.7mg·L^-1；赤泥的pH值为10.29-11.83，氟化物含量4.89mg·L^-1-8.6mg·L^-1。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。目前，赤泥的资源化利用属于低质化处理。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种含炭的高性能纤维及其制备工艺，实现了煤矸石、赤泥高值化、规模化工业生产含炭的高性能纤维。

为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：

一种含炭的高性能纤维，由以下重量百分比的原料制成：60％-80％的煤矸石，20％-40％的助料，所述助料为白云石、菱镁石中的至少一种；或者由以下重量百分比的原料制成：60％-80％的赤泥，10％-20％的硅石，5％-20％的菱镁石；或者由以下重量百分比的原料制成：80％的赤泥，20％的菱镁石；或者由以下重量百分比的原料制成：80％的赤泥，20％的硅石。

一种含炭的高性能纤维的制备工艺，包括以下步骤：

a)制型，将权利要求1中所述一种含炭的高性能纤维的各原料按比例混合后放入成型机中，控制制型粒度为30mm-50mm，压制成型后形成混合物A；

b)配料，按照混合物A与炭质还原剂重量比为1：0.20-0.45将炭质还原剂加至该混合物中，混合后形成混合物B；

还包括以下步骤：

c)熔融还原，将混合物B放入熔融炉内，在氮气或氩气封闭隔氧的状态下，控制温度为1400℃-1800℃进行熔融，熔融后形成熔融液态物，由熔融炉流出口流出，所述熔融液态物在熔融炉流出口时温度为1550℃-1650℃；

d)制纤维：利用氮气或氩气在封闭隔氧的状态下喷吹由熔融炉流出口流出的熔融液态物，制得含碳的高性能纤维，此含碳的高性能纤维主要化学成分的重量百分比为：30％-45％的SiC，15％-30％的AlON/Al₂O₄，5％-30％的α晶相氧化镁。

更佳的，在所述步骤c)熔融还原中，所述熔融炉内温度低于1400℃时为氧化性气氛，温度高于1500℃时完全为还原性气氛。