一種低氧化矽含量泡沫玻璃及其製備方法
2023-07-19 09:25:16
專利名稱：一種低氧化矽含量泡沫玻璃及其製備方法
技術領域：
本發明屬於玻璃材料技術領域，涉及一種低氧化矽含量泡沫玻璃及其製備方法。
背景技術：
泡沫玻璃是一種在玻璃態細粉中添加適量發泡劑、添加劑等經混合形成均勻的配合料，並經預熱、熔融、發泡、退火等工藝而製成的多孔玻璃材料，是一類性能優異的隔熱、吸聲、防潮、防火的輕質高強建築材料和裝飾材料。在泡沫玻璃生產過程中，較多採用價廉的石灰石、碳粉等作為發泡劑，按照其分解或軟化溫度範圍，要求作為主要原料的基礎玻璃粉的軟化溫度在750-950°C左右。目前用於泡沫玻璃生產的基礎玻璃粉料一般有兩種來源，一種是先按照軟化溫度要求配方並熔融製備玻璃原料，再經過粉碎獲得所需基礎玻璃粉料；另一種是直接從市場上收集軟化溫度適宜的廢玻璃或其他玻璃態原料，並經粉碎製成所需基礎玻璃粉料。在泡沫玻璃生產過程中，從經濟和 環保角度考慮，在工藝條件允許下往往會添加適量礦渣或工業廢渣，在一定程度上滿足循環經濟的需要。從目前的生產和研究報導來看，應用於泡沫玻璃生產的基礎玻璃粉料中氧化矽的質量含量一般都在55-78%左右。如在CN1055162A中，所用的鈉矽酸鹽玻璃中SiO2的質量百分含量達72-73% ;CN1076671A利用珍珠巖為骨料製備熔巖泡沫玻璃，經添加輔料調節後，其骨料中的SiO2質量百分含量在68-75% ;而在CN101531462A中，雖然在硼矽酸鹽玻璃中引入氧化硼以降低玻璃的軟化溫度，但其SiO2的質量百分含量仍達55-78%。而高爐渣、赤泥、汙泥、垃圾灰渣、礦渣等許多工業廢渣與城市垃圾渣中的氧化矽含量都不高。這些工業廢渣和垃圾灰渣中的氧化矽質量百分含量一般為20-40%，因此目前通常採用在廢玻璃中加入少量的此類廢渣來生產泡沫玻璃，這就導致在實際應用過程中，這些礦渣、工業廢渣、垃圾灰渣的實際利用率都不會很高。因此，為了拓寬工業廢渣、城市垃圾焚燒渣等在泡沫玻璃生產中的應用種類並提高其利用率，本發明的目的在於通過玻璃組成與網絡結構的調整，設計一種具有較低氧化矽含量、同時又保持適宜的軟化溫度範圍的泡沫玻璃基礎玻璃配方及其泡沫玻璃製備方法，並以工業廢渣或城市垃圾焚燒渣為主體原料用於優質泡沫玻璃的生產。
發明內容
本發明的目的在於提供一種製造泡沫玻璃用的具有低氧化矽含量的基礎玻璃組成及其泡沫玻璃製備方法。為了拓寬工業廢渣、城市垃圾焚燒渣等在泡沫玻璃生產中的應用種類並提高其利用率，本發明的目的在於通過基礎玻璃組成與網絡結構的調整，提供一種具有較低氧化矽含量、同時又保持適宜的軟化溫度範圍的基礎玻璃組成範圍，能以工業廢渣或城市垃圾焚燒渣為主體原料用於優質泡沫玻璃的生產。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
一種低氧化矽含量泡沫玻璃，由包括以下質量百分比化學組成的基礎玻璃粉料製成:SiO227 44%，Al2O35 15%,CaO+MgO12 25%，Li20+Na20+K20 O 16%，B2O3O 10%，P2O5O 10%，Fe2O3O 10%， SO3O 10%，ClO 8%。一種上述低氧化矽含量泡沫玻璃的製備方法，包括如下步驟:(I)按上述化學組成範圍，配製含以下質量百分比組分的配合料:27 44%的SiO2'5 15% 的 Al2O3' 12 25% 的 CaO+MgO, O 16% 的 Li20+Na20+K20,0 10% 的 B2O3,0 10%的P2O5,0 10%的Fe2O3,0 10%的SO3及O 8%的Cl，(上述各組分原料可以以高爐渣、赤泥、汙泥、垃圾灰渣、礦渣等 工業廢渣與城市垃圾渣粉料的其中一種或幾種為主要原料，適量添加砂巖、純鹼、長石、石灰石、硼砂等粉體原料的一種或幾種配製成配合料，工業廢渣或城市垃圾渣粉料總量在配合料中的佔比可達30 90%質量百分比)，混合均勻後高溫熔融，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料；(2)在步驟(I)製得的基礎玻璃粉料中加入0.2 5%質量百分比的發泡劑，經混合均勻並成型後置於模具中，進行發泡，得到低氧化矽含量泡沫玻璃。所述的步驟(I)中，在1400-1700°C高溫下熔融0.5-4小時。所述的發泡劑選自碳粉、碳酸鈣、碳化矽或二氧化錳中的一種或一種以上。所述的步驟(2)中，發泡溫度為850_1100°C，發泡時間10_60min。玻璃的軟化溫度與化學組成有關。在由Si02、CaO、A1203、Na2O等氧化物組成的多元相圖中，當玻璃的化學組成點落在相圖的低共熔點或低共熔線附近時，其液相出現溫度和軟化溫度較低；同時當玻璃保持足夠的熱穩定性和化學穩定性時，可用於泡沫玻璃製備。當廢渣中氧化矽含量較低、而氧化鈣、氧化鋁含量較高時，玻璃的軟化溫度往往可高於1000°c，且熱穩定性與化學穩定性較差，無法直接用於泡沫玻璃製備用基礎玻璃熔制。因而在基礎玻璃化學組成設計中，通過少量氧化矽、氧化鈉的引入及氧化鈣、氧化鋁等組分的調整使基礎玻璃化學組成落在合適的組成區域附近，有利於其軟化溫度的調節。而氧化硼、氧化磷等原料的引入，可以在一定程度上進一步降低基礎玻璃的軟化溫度，以利於在更低的發泡溫度下製備泡沫玻璃。在本發明中，根據多元矽酸鹽系統相圖的低共熔區域特點以及玻璃化學組成對基礎玻璃軟化溫度範圍的影響，調整基礎玻璃的化學組成點使其落在多元矽酸鹽系統相圖中低氧化矽含量的低共熔點和低共熔線附近，進而通過Β203、Ρ205、鹼金屬氧化物等助熔氧化物的引入和基礎玻璃組成優化、與發泡劑選擇和發泡工藝相匹配等手段，在保證基礎玻璃足夠的化學穩定性和熱穩定性的前提下大幅降低其軟化溫度，進而滿足低氧化矽含量條件下的優質泡沫玻璃製備需求。
在本發明中，用於熔制基礎玻璃的原料可以包括高爐渣、赤泥、汙泥、垃圾灰渣、礦渣等許多工業廢渣與城市垃圾渣等的其中一種或幾種，通過添加適量其它原料，經高溫熔制、粉碎得到合適化學組成與軟化溫度範圍的基礎玻璃粉料。與此同時，以SiO2、CaO、A1203、Na2O等氧化物成分為主要含量的各類礦物原料、工業原料、廢渣等均可用於泡沫玻璃製備用基礎玻璃的熔制。本發明具有以下有益效果:在本發明中，在利用工業廢渣或城市垃圾渣等廢棄物製造泡沫玻璃時，在較低的氧化矽含量下即可實現優質泡沫玻璃材料的製備，明顯地提高了對再生資源的利用效率。經過化學組成調控的基礎玻璃粉料，在添加適量的碳粉、碳酸鈣、碳化矽或二氧化錳其中的一種或幾種作為發泡劑，同時可引入其它合適的添加劑，經混合在850-1100°C範圍進行發泡並退火，可以得到所需的泡沫玻璃。
具體實施例方式以高爐渣、赤泥、汙泥、垃圾灰渣、礦渣等工業廢渣或城市垃圾渣為主要原料，經粉碎、篩分到一定的粒度，並根據其化學組成特點，添加適量砂巖、純鹼、長石、石灰石、硼砂等粉體原料製成配合料，在1400-1500°C高溫爐中熔融、水淬、球磨得到適用於泡沫玻璃製備所需基礎玻璃粉料。 在所製得的基礎玻璃粉料中加入適量的碳粉、碳酸鈣、碳化矽和二氧化錳之中的一種或幾種作為發泡劑，混合均勻並成型後置於模具中，按一定的溫度程序進行發泡、退火，得到所需泡沫玻璃材料。表I為一些低氧化矽含量基礎玻璃粉料的化學組成及其所製得的泡沫玻璃性能指標。實施例1(I)根據表I中的配方，按質量百分比(％)為:27.7Si02、18.5Ca0、ll.3A1203、13.5Na20、l.7Κ20、2.0MgO、7.5Fe203、3.8Ρ205、10.0B2O3,3.7S03、0.3C1 配製成配合料，上述配方也可換算為以下原料及其含量，即:在62份赤泥中加入25份粉煤灰、3份砂巖和10份硼砂製成配合料，混合均勻，在1400°C高溫爐中熔融0.5小時，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料；(2)進而在基礎玻璃粉料中添加0.5%的SiC和0.2%的MnO2,混合均勻並成型，置於模具中在1050°C下發泡50min，經退火後得到的泡沫玻璃，其表觀密度為0.33g/cm3，抗壓強度為3.15MPa。實施例2(I)根據表I中的配方，按質量百分比(％)為:35.0Si02U8.lCa0、5.9A1203、1.0Na20、0.3Κ20、5.8Mg0、6.0Fe2O3,3.0P2O5U0.0B2O3,8.2S03、6.7C1 配製成配合料，上述配方也可換算為以下原料及其含量 ，即:在67份垃圾焚燒飛灰中加入8份砂巖、15份純鹼和10份硼砂製成配合料，混合均勻，在1400°c高溫爐中熔融0.5小時，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料；(2)進而在基礎玻璃粉料中添加1.0%的CaCO3,混合均勻並成型，置於模具中在980°C下發泡30min，經退火後得到的泡沫玻璃，其表觀密度為0.30g/cm3，抗壓強度為2.67MPa。實施例3(I)根據表I中的配方，按質量百分比(％)為:39.2Si02、18.0CaO、9.9A1203、
11.3Na20、0.8Κ20、4.2Mg0、6.6Fe203、3.3Ρ205、5.5Β203、1.2S03 配製成配合料，上述配方也可換算為以下原料及其含量，即:在40份赤泥中加入12份長石、30份砂巖、12份純鹼、6份硼砂，製成配合料，混合均勻，在1400°C高溫爐中熔融0.5小時，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料；(2)進而在基礎玻璃粉料中添加1.0%的SiC和0.3%的MnO2,混合均勻並成型，置於模具中在1000°c下發泡40min，經退火後得到的泡沫玻璃，其表觀密度為0.29g/cm3，抗壓強度為4.30MPa。實施例4
(I)根據表I中的配方，按質量百分比(％)為:41.4Si02、13.7Ca0、10.6Al203、
12.9Na20、0.7Κ20、3.7Mg0、5.8Fe203、2.9Ρ205、5.3Β203、1.8S03、1.2C1 配製成配合料，上述配方也可換算為以下原料及其含量，即:在70份淨水汙泥中加入6份砂巖、8份石灰石、10份純鹼和6份硼砂製成配合料，混合均勻，在1400°C高溫爐中熔融0.5小時，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料；(2)進而在基礎玻璃粉料中添加4.0%的碳粉，混合均勻並成型，置於模具中在900°C下發泡20min，經退火後得到的泡沫玻璃，其表觀密度為0.22g/cm3，抗壓強度為
2.92MPa。實施例5(I)根據表I中的配方，按質量百分比(％)為:44.0Si02、11.7Ca0、14.2A1203、
9.3Na20、0.5K20、2.6Mg0、6.2Fe203、4.2P205、5.2S03、2.1Cl 配製成配合料，上述配方也可換算為以下原料及其含量，即:以質量百分比計，在50份高爐渣中加入14份粉煤灰、18份砂巖、4份石灰石、14份純鹼製成配合料，混合均勻，在1400°C高溫爐中熔融0.5小時，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料；(2)進而在基礎玻璃粉料中添加2.0%的CaCO3,混合均勻並成型，置於模具中在950°C下發泡30min，經退火後得到的泡沫玻璃，其表觀密度為0.26g/cm3，抗壓強度為
2.1OMPa0表I
權利要求
1.一種低氧化矽含量泡沫玻璃，其特徵在於:由包括以下質量百分比化學組成的基礎玻璃粉料製成: SiO227 44%， Al2O35 15%， CaO+MgO12 25%， Li20+Na20+K20 O 16%， B2O3O 10%， P2O5O 10%， Fe2O3O 10%， SO3O 10%， ClO 8%。`
2.根據權利要求1所述的低氧化矽含量泡沫玻璃的製備方法，其特徵在於:包括如下步驟: (O按權利要求1所述的化學組成範圍，配製含以下質量百分比組分的配合料:27 44% 的 SiO2,5 15% 的 Al2O3'12 25% 的 CaO+MgO, O 16% 的 Li20+Na20+K20,0 10% 的B2O3,0 10%的P2O5,0 10%的Fe2O3,0 10%的SO3及O 8%的Cl，混合均勻後高溫熔融，經過水淬、球磨得到製備泡沫玻璃用的基礎玻璃粉料； (2)在步驟(I)製得的基礎玻璃粉料中加入0.2 5%質量百分比的發泡劑，經混合均勻並成型後置於模具中，進行發泡，得到低氧化矽含量泡沫玻璃。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(I)中，在1400-1700°C高溫下熔融0.5-4小時。
4.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於:所述的發泡劑選自碳粉、碳酸鈣、碳化矽或二氧化錳中的一種或一種以上。
5.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於:所述的步驟(2)中，發泡溫度為850-1100°C，發泡時間 10-60min。
全文摘要
本發明屬於玻璃材料技術領域，涉及一種低氧化矽含量泡沫玻璃及其製備方法。該泡沫玻璃由包括以下質量百分比化學組成的基礎玻璃粉料製成SiO227～44%，Al2O35～15%，CaO+MgO12～25%，Li2O+Na2O+K2O0～16%，B2O30～10%，P2O50～10%，Fe2O30～10%，SO30～10%，Cl0～8%。本發明中以較低的氧化矽含量即可製備優質泡沫玻璃，明顯提高了再生資源的利用效率。經過化學組成調控的基礎玻璃粉料，在添加適量的碳粉、碳酸鈣、碳化矽或二氧化錳中的一種或幾種作為發泡劑，同時可引入其它合適的添加劑，經混合在850-1100℃範圍進行發泡並退火，可以得到所需的泡沫玻璃。
文檔編號C03B19/08GK103073185SQ201310042068
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優先權日2013年2月4日
發明者林健, 錢帥, 隋鑫 申請人:同濟大學