CN101306920B - 泡沫玻璃生产原料及其生产泡沫玻璃的方法 - Google Patents

泡沫玻璃生产原料及其生产泡沫玻璃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种泡沫玻璃生产原料及其应用生产方法，所述生产原料包括下列重量份数的成分：石英砂380～580份；钾长石105～250份；钠长石130～270份；白云石115～200份；方解石5～25份；纯碱150～250份；芒硝0.5～30份；碳酸镁1.0～12份；碳酸钾1.0～8.5份。所述应用生产泡沫玻璃的方法包括下述步骤：(1)将各种原料成分混合成均匀的玻璃配合料；(2)将玻璃混合料熔化并冷却成碎玻璃；(3)将碎玻璃球磨，发泡，退火即得泡沫玻璃。本发明通过采用自然界的常用矿物和化工原料，可以自主控制和调整玻璃化学成分，并可随需加入各种功能成分以满足不同性能的泡沫玻璃生产需要。

Description

泡沫玻璃生产原料及其生产泡沫玻璃的方法
(一)技术领域
本发明涉及一种泡沫玻璃生产原料及其生产泡沫玻璃的方法。
(二)背景技术
生产泡沫玻璃一般用粉末法，即将碎玻璃加入发泡剂经球磨，经称量到耐热不锈刚模盒、进入发泡窑内加热烧结和发泡，经脱模退火成泡沫玻璃毛胚，再切割成所需的尺寸。泡沫玻璃在形成过程中是通过气液两相形成的，当加热时玻璃粉末逐渐熔融，发泡剂与玻璃或玻璃中的某一成分如三氧化硫(SO3)起化学反应和热分解，产生足够数量的气体，在玻璃中形成气孔，随着气孔直径的逐步扩大，流动状态的玻璃体积迅速增加。当体积达到一定值时，降低温度使玻璃粘度迅速增大，玻璃的多孔结构也随之固定下来。泡沫玻璃中的泡穴的形成是和气、液相界面能有关，表面能越小，泡沫越易形成，也越稳定，玻璃的表面张力愈大，泡穴越不稳定。
国内现有的的泡沫玻璃生产均采用回收碎玻璃掺入碳黑发泡剂组成，由于回收的碎玻璃来源不稳定，每家玻璃制造厂生产工艺及控制不同，其玻璃成份是不同的；而且回收碎玻璃本体中不含有高性能泡沫玻璃所要求的特殊功能成分，如：BaO、MnO、B2O3，或者含量不能满足使用性能的要求，如SiO2、Al2O3、、CaO、MgO、Fe2O3、SO3。
采用不同的玻璃所用的发泡剂是不同的，发泡所需的温度及发泡时间、控制工艺也是不同的。由于回收碎玻璃不能有效的控制其化学成份，也就不能有效的控制泡沫玻璃的生成工艺，最终泡沫玻璃的使用性能也不稳定。用碎玻璃加工的泡沫玻璃性能参数如：吸水性、孔洞结构、抗压值、导热系数、容重、化学稳定性等比国外同行业要低的多。
(三)发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种容易控制和调整玻璃化学成分，并可满足不同性能的泡沫玻璃生产需要的泡沫玻璃生产原料。
本发明所要解决的技术问题还在于提供一种应用所述泡沫玻璃生产原料生产泡沫玻璃的方法。
所述的泡沫玻璃生产原料，包括下列重量份数的成分：
石英砂                380～580  份；
钾长石                105～250  份；
钠长石                130～270  份；
白云石                115～200  份；
方解石                5～25     份；
纯碱                  150～250  份；
芒硝                  0.5～30   份；
碳酸镁                1.0～12   份；
碳酸钾                1.0～8.5  份。
优选地，所述的泡沫玻璃生产原料含有下述重量份数的成分：
石英砂                400～580  份；
钾长石                105～250  份；
钠长石                130～270  份；
白云石                115～190  份；
方解石                5～25     份；
纯碱                  150～250  份；
芒硝                  0.5～10   份；
碳酸镁                1.0～12   份；
碳酸钾                1.0～8.5  份；
硫酸钡                18～35    份；
铁粉                  4.5～15   份；
硼酸                  6.5～18   份；
锰粉                  12～26.5  份。
最优选地，所述的泡沫玻璃生产原料由下述重量份数的组分组成：
石英砂                500  份；
钾长石                140  份；
钠长石                160  份；
白云石                145  份；
方解石                17   份；
纯碱                  200  份；
芒硝                  6    份；
碳酸镁                5    份；
碳酸钾                4    份；
硫酸钡                30   份；
铁粉                  8    份；
硼酸                  10  份；
锰粉                  20  份；
优选地，所述的泡沫玻璃生产原料含有下述重量份数的成分：
石英砂                380～490  份；
钾长石                120～200  份；
钠长石                150～200  份；
白云石                130～200  份；
方解石                5～25     份；
纯碱                  150～250  份；
芒硝                  8～30     份；
碳酸镁                3～12     份；
碳酸钾                1.5～8.5  份；
铁粉                  0.5～5    份；
硼酸                  180～260  份。
最优选地，所述的泡沫玻璃生产原料由下述重量份数的组分组成：
石英砂                440  份；
钾长石                150  份；
钠长石                185  份；
白云石                160  份；
方解石                14   份；
纯碱              190份；
芒硝              24份；
碳酸镁            6份；
碳酸钾            5份；
铁粉              2份；
硼酸              230份。
优选地，所述的石英砂为精制石英砂。
一种应用所述泡沫玻璃生产原料生产泡沫玻璃的方法，包括下述步骤：
(1)将各种原料成分混合成均匀的玻璃混合料；
(2)将玻璃混合料熔化并冷却成碎玻璃；
(3)将碎玻璃球磨，发泡，退火即得泡沫玻璃。
优选地，步骤(2)中：玻璃混合料由原熔皮带从原料车间输送至玻璃熔制车间的窑头料仓，由投料机投入玻璃熔窑内，经天然气火焰熔化和电助熔，共同将粉态的原料熔化成液态玻璃液，经拉管机拉制成玻璃管，水淬后成一定粒度的碎玻璃，经烘干机烘干成成品碎玻璃。
再优选地，步骤(3)中：成品碎玻璃进入球磨机磨成玻璃粉，进发泡窑发泡，经退火、切割、打磨即得成品泡沫玻璃。
本发明的泡沫玻璃生产原料中各成分的作用原理说明如下：
1、石英砂
石英砂又叫硅砂，主要提供玻璃中的SiO2。本发明推荐采用三段破碎、湿法棒磨、水力分级、湿法磁选生产工艺加工成具有一定粒度组成和含水率的精制石英砂。二氧化硅(SiO2)是主要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体为结构单元形成不规则的网络，成为玻璃骨架。二氧化硅能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度等。
2、长石(钾长石、钠长石)
长石是向玻璃中引入氧化铝(Al2O3)的主要原料，长石有淡红色的钾长石(K2O* Al2O3* 6SiO2)、呈白色的钠长石(Na2O* Al2O3* 6SiO2)，在矿物中以不同比例而形成类质同象的混合物，因此长石的化学组成波动大。钾长石中K2O含量较高，钠长石中Na2O含量较高。本发明在设计泡沫玻璃配方时考虑了玻璃的混合碱效应和熔融玻璃电助阻率对钾钠离子的要求，同时采用两种长石引入Al2O3、K2O和Na2O。氧化铝(Al2O3)属于中间氧化物，在玻璃中降低玻璃的析晶倾向和电导，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度。在泡沫玻璃中主要是用来提高机械强度；氧化钠(Na2O)是玻璃网络外体氧化物，钠离子居于玻璃网络的空穴中。Na2O能提供游离氧使玻璃结构中的O/Si比值增加，发生断健，使玻璃粘度下降，利于玻璃的熔化。Na2O能增加玻璃的热膨胀系数、降低玻璃的热稳定性、化学稳定性、机械强度；氧化钾(K2O)是玻璃网络外体氧化物，其作用与氧化钠相似，钾离子居于玻璃网络的空穴中。钾离子比钠离子半径大，能增加玻璃的折射率和光泽，降低玻璃的析晶倾向。
3、白云石
白云石(MgCO3·CaCO3)主要提供玻璃中的MgO和CaO。氧化钙(CaO)是玻璃网络外体氧化物，在玻璃中主要作用是稳定剂，及增加玻璃的化学稳定性和机械强度；氧化镁(MgO)是玻璃网络外体氧化物，在玻璃中与CaO作用基本一样，是玻璃体中的稳定剂，能增加玻璃的化学稳定性和机械强度。用MgO代替相同量的CaO能改善玻璃的析晶性能。
4、方解石：
方解石主要提供玻璃中的CaO。
5、纯碱
纯碱主要提供玻璃中的Na2O，补充矿物原料如钾、钠长石提供Na2O的不足。纯碱分为结晶纯碱(Na2CO3·10H2O)与锻烧纯碱(Na2CO3)两大类，在本发明在玻璃原料中采用锻烧纯碱(Na2CO3)。锻烧纯碱是白色粉末，易溶于水，极易吸收空气中的水而潮解产生结块，因此必须储存于干燥通风的仓库内。锻烧纯碱又分两种，轻质纯碱和重质纯碱，本发明在优化原料混料工艺后采用轻质纯碱，其质量标准应符合工业碳酸钠GB/T 210-1992。
6、芒硝
芒硝主要引入玻璃中的Na2O和SO3。芒硝分为天然的、无水的和含水的多种。本发明采用的是无水芒硝，其主要成份是硫酸钠(Na2SO4)，其工艺质量标准应符合工业无水硫酸钠GB/T 6009-1992。三氧化硫(SO3)主要与发泡剂碳黑一起，在高温下发生化学反应，提供泡沫玻璃气泡，满足泡沫玻璃的性能要求。
7、碳酸镁
碳酸镁主要引入玻璃中的MgO。
8、碳酸钾
碳酸钾是引入玻璃中的K2O，其质量标准应符合工业碳酸钾GB/T1587-2000。
9、硼酸
硼酸主要引入玻璃中的B2O3，能降低泡沫玻璃的热膨胀系数，其质量标准应符合工业硼酸GB/T 538-1990。氧化硼能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度、机械强度等。
10、铁粉
铁粉主要引入玻璃中的Fe2O3，采用粉末冶金用还原铁粉，其质量标准应符合粉末冶金用还原铁粉YB/T 5308-2006。氧化铁(Fe2O3)在玻璃中起着色作用，能降低泡沫玻璃的热传导率。
11、硫酸钡
硫酸钡(BaSO4)又称重晶石，主要引入玻璃中的BaO。本发明推荐采用沉淀硫酸钡，质量标准应符合工业沉淀硫酸钡GB/T 2899-1996。氧化钡(BaO)是玻璃网络外体氧化物，能增加玻璃的折射率、密度、光泽和化学稳定性，降低泡沫玻璃的导热系数。
12、二氧化锰
二氧化锰是黑色粉末，主要引入玻璃中的MnO，采用电解二氧化锰粉，质量标准应符合电解二氧化锰YB/T 5084-2005。一氧化锰(MnO)在玻璃中起着色作用，能降低泡沫玻璃的热传导率。
本发明通过采用自然界的常用矿物和化工原料，可以自主控制和调整玻璃化学成分，并可随需加入各种功能成分以满足不同性能的泡沫玻璃生产需要。
(四)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
一种泡沫玻璃生产原料，由下述重量份数的组分组成：
石英砂                500  份；
钾长石                140  份；
钠长石                160  份；
白云石                145  份；
方解石                17   份；
纯碱                  200  份；
芒硝                  6    份；
碳酸镁                5    份；
碳酸钾                4    份；
硫酸钡                30   份；
铁粉                  8    份；
硼酸                  10   份；
锰粉                  20   份；
实施例2
一种泡沫玻璃生产原料，由下述重量份数的组分组成：
石英砂                440  份；
钾长石                150  份；
钠长石                185  份；
白云石            160份；
方解石            14份；
纯碱              190份；
芒硝              24份；
碳酸镁            6份；
碳酸钾            5份；
铁粉              2份；
硼酸              230份。
实施例3
采用实施例1和实施例2的泡沫玻璃生产原料，采用下述方法生产泡沫玻璃：
(1)将各种原料成分混合成均匀的玻璃混合料；
(2)玻璃混合料由原熔皮带从原料车间输送至玻璃熔制车间的窑头料仓，由投料机投入玻璃熔窑内，经天然气火焰熔化和电助熔，共同将粉态的原料熔化成液态玻璃液，经拉管机拉制成玻璃管，水淬后成一定粒度的碎玻璃，经烘干机烘干成成品碎玻璃。
(3)成品碎玻璃进入球磨机磨成玻璃粉，进发泡窑发泡，经退火、切割、打磨即得成品泡沫玻璃。
将实施例1和实施例2的原料制得的泡沫玻璃与用回收碎玻璃制得的泡沫玻璃进行性能对比，数据如下表1如示：
表1
  测试项目   实施例1   实施例2   回收碎玻璃
  容重Kg/M<sup>3</sup>   120   160   120
  抗压强度MPa   ≥0.8   ≥1.6   ≥0.6
  导热系数W/(M·K)   ≤0.043   ≤0.050   ≤0.049
由表1可以看出，采用本发明的原料制得的泡沫玻璃较用回收碎玻璃制得的泡沫玻璃性能有较大提高。实施例1原料制得的泡沫玻璃可用于石化行业深冷绝热保温，实施例2原料制得的泡沫玻璃可用于烟囱防腐保温。

Claims (9)

1.一种泡沫玻璃生产原料，其特征在于包括下列重量份数的成分：
石英砂                380～580  份；
钾长石                105～250  份；
钠长石                130～270  份；
白云石                115～200  份；
方解石                5～25     份；
纯碱                  150～250  份；
芒硝                  0.5～30   份；
碳酸镁                1.0～12   份；
碳酸钾                1.0～8.5  份。
2.如权利要求1所述的泡沫玻璃生产原料，其特征在于含有下述重量份数的成分：
石英砂                400～580  份；
钾长石                105～250  份；
钠长石                130～270  份；
白云石                115～190  份；
方解石                5～25     份；
纯碱                  150～250  份；
芒硝                  0.5～10   份；
碳酸镁                1.0～12   份；
碳酸钾                1.0～8.5  份；
硫酸钡                18～35    份；
铁粉                  4.5～15   份；
硼酸                  6.5～18   份；
锰粉                  12～26.5  份。
3.如权利要求2所述的泡沫玻璃生产原料，其特征在于由下述重量份数的组分组成：
石英砂                500  份；
钾长石                140  份；
钠长石                160  份；
白云石                145  份；
方解石                17   份；
纯碱                  200  份；
芒硝                  6    份；
碳酸镁                5    份；
碳酸钾                4    份；
硫酸钡                30   份；
铁粉                  8    份；
硼酸                  10   份；
锰粉                  20   份。
4.如权利要求1所述的泡沫玻璃生产原料，其特征在于含有下述重量份数的成分：
石英砂                380～490  份；
钾长石                120～200  份；
钠长石                150～200  份；
白云石                130～200  份；
方解石                5～25     份；
纯碱                  150～250  份；
芒硝                  8～30     份；
碳酸镁                3～12     份；
碳酸钾                1.5～8.5  份；
铁粉                  0.5～5    份；
硼酸                  180～260  份。
5.如权利要求4所述的泡沫玻璃生产原料，其特征在于由下述重量份数的组分组成：
石英砂                440  份；
钾长石                150  份；
钠长石                185  份；
白云石                160  份；
方解石                14   份；
纯碱                  190  份；
芒硝                  24   份；
碳酸镁                6    份；
碳酸钾                5    份；
铁粉                  2    份；
硼酸                  230  份。
6.如权利要求1所述的泡沫玻璃生产原料，其特征在于所述的石英砂为精制石英砂。
7.一种应用权利要求1所述泡沫玻璃生产原料生产泡沫玻璃的方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)将各种原料成分混合成均匀的玻璃混合料；
(2)将玻璃混合料熔化并冷却成碎玻璃；
(3)将碎玻璃球磨，发泡，退火即得泡沫玻璃。
8.如权利要求7所述生产泡沫玻璃的方法，其特征在于步骤(2)中：玻璃混合料由原熔皮带从原料车间输送至玻璃熔制车间的窑头料仓，由投料机投入玻璃熔窑内，经天然气火焰熔化和电助熔，共同将粉态的原料熔化成液态玻璃液，经拉管机拉制成玻璃管，水淬后成一定粒度的碎玻璃，经烘干机烘干成成品碎玻璃。
9.如权利要求8所述生产泡沫玻璃的方法，其特征在于步骤(3)中：成品碎玻璃进入球磨机磨成玻璃粉，进发泡窑发泡，经退火、切割、打磨即得成品泡沫玻璃。
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