高耐腐蝕泡沫玻璃及其低溫製備方法

2023-09-19 00:51:50 2

專利名稱：：高耐腐蝕泡沫玻璃及其低溫製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種無機材料，具體涉及耐酸(除氫氟酸)腐蝕性能優良的硼矽酸鹽泡沫玻璃材料及其低溫製備方法。
背景技術：
：泡沫玻璃是一種內部充滿無數微小的連通或封閉氣孔的多孔材料，主要用做建築物外牆體保溫隔熱、石油化工深藏保冷、煙道和管道的耐腐蝕襯塊材料。目前生產泡沫玻璃的原料主要是碎玻璃和工業廢渣，但是這些原料化學成分不穩定，含雜質較多，不能很好的控制泡沫玻璃的性能。採用廢玻璃作原料製備的泡沫玻璃普遍強度不高，而採用粉煤灰或其他礦物製備的泡沫玻璃氣孔結構不理想，同時配方的穩定性和可靠性也不高。上述缺點導致泡沫玻璃產品大多只能用於建築保溫材料，不能滿足一些特殊環境的苛刻要求。例如泡沫玻璃用於火力發電廠煙囪內襯防腐材料，必須具有較強的耐腐蝕性，較低的熱膨脹係數，較高的抗熱衝擊性，以及較高的機械強度等。現在用做耐蝕襯塊的泡沫玻璃均不能達到其最佳使用要求。
發明內容本發明的目的在於，針對苛刻的酸性環境，製備具有高耐腐蝕性、較低熱膨脹係數和導熱係數、較高的抗熱震性和閉口氣孔率、同時要有一定的機械強度的泡沫玻璃材料及其製備方法。為了實現上述目的，本發明提供一種泡沫玻璃的製備方法，其特徵在於，包括如下歩驟將硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料和發泡劑的混合物放入球磨罐中，球磨至規定細度，其中發泡劑為基礎配合料總質量的0.5%0.8%;將研磨後的粉料放入模具，然後放入熔爐以IOO(TC以下的溫度進行燒制。本發明採用粉末熔燒法製備泡沫玻璃，通過按一定配比混合硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料和發泡劑，並在100(TC以下的這樣的低溫下進行燒制，可得到耐酸腐蝕性和抗熱震性等均優良的泡沫玻璃，不需嚴苛的製備條件和高昂的成本，就能得到優良的適於特殊用途的泡沫材料，可在實際工業生產中廣泛應用。所述泡沫玻璃的製備方法中，所述發泡劑可採用碳粉、碳酸鈣、石墨、碳化矽、白雲石中的任一種，其中優選氧化還原型發泡劑一碳粉，可獲得較高的閉口氣孔率。所述泡沫玻璃的製備方法中，所述硼矽酸鹽玻璃基礎配合料優選採用純料，以質量％計，含有氧化鋁5%6%、氫氧化鉀4%~7%、氫氧化鈉15%~17%、二氧化矽49%60%、硼酸13%21%。選用純料作原料，可便於控制材料性能，根據實際需要，得到所希望性能的泡沫玻璃。所述泡沫玻璃的製備方法中，按以下溫度制度燒制40(TC以下升溫速率為5'C/min;400。C時保溫30min;400。C到700。C，升溫速率為4°C/min;700。C到75CTC，升溫速率為2。C/min;75(TC保溫30min;在60(TC退火30min。如此能夠以更低溫度進行燒制，與以往的泡沫玻璃製備方式相比，降低了生產條件，進而降低了成本，適於工業批量生產。本發明還提供一種泡沫玻璃，其特徵在於，按如下方法製備而得，將硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料和發泡劑的混合物放入球磨罐中，諒磨至規定細度，其中發泡劑為基礎配合料總質量的0.5%~0.8%;將研磨後的粉料放入模具，然後放入熔爐以IOO(TC以下的溫度進行燒制。與以往的泡沫玻璃相比，本發明的玻璃的成本低，具有較強的耐腐蝕性，較低的熱膨脹係數、較高的抗熱衝擊性以及較高的機械強度等，適用於環境苛刻的特殊用途條件。具體實施例方式本發明採用粉末熔燒法製備泡沫玻璃，通過配方設計，提供一種抗酸腐蝕性能良好的無機結構材料。為了獲得較高的耐酸腐蝕性和抗熱震性選用硼矽酸鹽玻璃做基礎玻璃，向製備硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料中添加發泡劑，當配合料被加熱到開始熔融軟化，粘度降低時，發泡劑恰好開始反應並產生氣體，氣體被封閉在粘彈性狀態的玻璃液中，隨著溫度的升高，玻璃粘度逐步降低，氣體膨脹氣泡增大。當氣泡增大到一定程度時溫度快速下降，玻璃粘度急劇增大，氣泡最終被固定下來。發泡劑為基礎配合料總質量的0.5%~0.8%，發泡劑可採用碳粉、碳酸鈣、石墨、碳化矽、白雲石中的任一種，以及其他通常所使用的發泡劑。但為了獲得較高的閉口氣孔率，優選氧化還原型發泡劑一碳粉。為了便於控制材料性能選用純料作原料，將二氧化矽、氧化鋁、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硼酸和作為發泡劑的碳粉等原料按照一定配比稱量，放入球磨罐中，球磨至規定細度。可以採用按料、水、球質量比為1:1:2添加去離子水和氧化鋁球，溼磨三小時後烘乾，再幹磨兩小時。上述原料中，優選是以質量°/。計，含有氧化鋁5%6%、氫氧化鉀4%~7%、氫氧化鈉15%17%、二氧化矽49%60%、硼酸13%21%。根據所需的細度，選擇篩網，將所得的配合料過篩後，放入模具，以100(TC以下的溫度進行燒制，優選按以下溫度制度燒制400。C以下升溫速率為5"C/min;40(TC時保溫30rain;40(TC到700。C，升溫速率為4°C/min;700。C到750。C，升溫速率為2°C/min;750。C保溫30min;在600。C退火30min。硼酸所產生的B203加入到矽酸鹽玻璃中，R20提供游離氧，使硼氧三角體[BO,]轉變為硼氧四面體[B04],與矽氧四面體[Si(X]—起構成玻璃骨架，這種硼矽酸鹽玻璃有良好的抗酸抗鹼性，同時具有較高的抗熱衝擊性和機械強度；向這種玻璃內部設計大量的、均勻的閉口氣孔後，既保持了較高的抗腐蝕性，同時進一歩使其密度和導熱係數降低。這種不燃燒、不變形的多孔結構材料可起到防水抗滲，阻止酸液進一歩滲透，保護基材不受侵蝕的作用。使用化學成分明確的純料製備耐腐蝕性能良好的泡沫玻璃，能通過改變化學成分控制泡沫玻璃的性能；這種內部充滿無數閉口氣孔的硼矽酸鹽泡沫玻璃，具有良好的防腐蝕性能；閉口氣孔率和開口氣孔率可通過發泡溫度和保溫時間來控制；本發明產品的耐酸性比耐酸磚要高，造價比鋼鈦複合板要低很多，是當前脫硫火力發電廠煙囪內襯防腐材料的最佳替代產品。此外，本發明製造的泡沫玻璃也可應用於石油、化工和建材等行業。以下例舉出具體實施例對本發明進一歩說明，但不言而喻，本發明不限於此，在不脫離本發明要旨的範圍內可以進行各種變更。實施例1-用電子天平稱取氧化鋁2.8g，氫氧化鉀2.5g，氫氧化鈉8.5g，二氧化矽25g，硼酸10g作為基礎配合料，另外稱取發泡劑碳粉0.25g，一起加入到球磨罐中，用氧化鋁小球和去離子水為介質，溼磨3h，將料漿放入恆溫乾燥箱中烘乾，再球磨兩小時，得到顆粒極細的粉料。將粉料過100目篩子後，填充於石墨坩堝中，切忌裝料過滿，在振動臺上振動成型。成型後，將帶有配合料的石墨坩堝送入電阻爐內，按照前述升溫制度燒制。所得樣品，形狀整齊規則，氣孔分布均勻，泡徑在lmm左右。密度為0.3g/cm3，吸水率約為0.5V耐酸性測試採用酸液煮沸法，將試樣放置於濃度為2%的稀硫酸溶液中，在110。C下腐蝕三天，稱量腐蝕後樣品的質量幾乎不變。強耐酸性保證了產品具有足夠長的防腐壽命。實施例2用電子天平稱取氧化鋁2.5g，氫氧化鉀3.5g，氫氧化鈉7.5g，二氧化矽30g，硼酸6.5g作為基礎配合料，另外稱取發泡劑碳粉0.25g，按照上述工藝製備泡沫玻璃。製備出的泡沫玻璃性能良好，容重為0.39g/cm3，吸水率為0.2%，經pH值等於2的硫酸溶液腐蝕三天後(酸液煮沸法)測試其質量變化率為0.04%，各項性能指標說明，其符合作為防腐蝕內襯材料的要求。實施例3實施例5除了基礎配合料中各成分的配比及發泡劑改變之外，其餘與上述實施例1的製備方法相同，.經同樣的性能評價，各項性能指標均優良。實施例6實施例7除了基礎配合料中各成分、其配比及發泡劑改變之外，其餘與上述實施例1的製備方法相同，經同樣的性能評價，各項性能指標均優良。上述實施例1~實施例7的各成分及其配比詳見下表。硼矽酸鹽玻璃基礎配合料(單位g)發泡劑(g)ai2o3KOHNaOHSi02硼酸實施例12.82.58.5巧10碳粉0.25實施例22.53.57.5306.5碳粉0.25實施例32.83827.58.7碳酸鈣0.3tableseeoriginaldocumentpage6權利要求1.一種泡沫玻璃的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟將硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料和發泡劑的混合物放入球磨罐中，球磨至規定細度，其中發泡劑為基礎配合料總質量的0.5％～0.8％；將研磨後的粉料放入模具，然後放入熔爐以1000℃以下的溫度進行燒制。2.根據權利要求1所述的泡沫玻璃的製備方法，其特徵在於，所述發泡劑為碳粉、碳酸鈣、石墨、碳化矽、白雲石中的任一種。3.根據權利要求1所述的泡沫玻璃的製備方法，其特徵在於，所述硼矽酸鹽玻璃基礎配合料採用純料，以質量％計，含有氧化鋁5%6%、氫氧化鉀4%7%、氫氧化鈉15%~17%、二氧化矽49%60%、硼酸13%21%。4.根據權利要求1~3中任一項所述的泡沫玻璃的製備方法，其特徵在於，按以下溫度制度燒制400。C以下升溫速率為5°C/min;40(TC時保溫30min;400'C到700°C，升溫速率為4°C/min;700。C到75(TC，升溫速率為2°C/min;750。C保溫30min;在600。C退火30min。5.—種泡沫玻璃，其特徵在於，按如下方法製備而得，將硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料和發泡劑的混合物放入球磨罐中，球磨至規定細度，其中發泡劑為基礎配合料總質量的0.5%0.8%;將研磨後的粉料放入模具，然後放入熔爐以IOO(TC以下的溫度迸行燒制。全文摘要一種高耐腐蝕泡沫玻璃及其低溫製備方法。該泡沫玻璃的製備方法，包括如下步驟將硼矽酸鹽玻璃的基礎配合料和發泡劑的混合物放入球磨罐中，球磨至規定細度，其中發泡劑為基礎配合料總質量的0.5％～0.8％；將研磨後的粉料放入模具，然後放入熔爐以1000℃以下的溫度進行燒制，如此可得到耐酸腐蝕性和抗熱震性等均優良的泡沫玻璃，不需嚴苛的製備條件和高昂的成本，就能得到優良的適於特殊用途的泡沫材料，可在實際工業生產中廣泛應用。文檔編號C03C11/00GK101445326SQ20081015432公開日2009年6月3日申請日期2008年12月22日優先權日2008年12月22日發明者劉家臣,呂東升,李中秋,李秀華,磊王申請人:天津大學