CN101445326A - 高耐腐蚀泡沫玻璃及其低温制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高耐腐蚀泡沫玻璃及其低温制备方法。该泡沫玻璃的制备方法，包括如下步骤：将硼硅酸盐玻璃的基础配合料和发泡剂的混合物放入球磨罐中，球磨至规定细度，其中发泡剂为基础配合料总质量的0.5％～0.8％；将研磨后的粉料放入模具，然后放入熔炉以1000℃以下的温度进行烧制，如此可得到耐酸腐蚀性和抗热震性等均优良的泡沫玻璃，不需严苛的制备条件和高昂的成本，就能得到优良的适于特殊用途的泡沫材料，可在实际工业生产中广泛应用。

Description

高耐腐蚀泡沫玻璃及其低温制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机材料，具体涉及耐酸(除氢氟酸)腐蚀性能优良的硼硅酸盐泡沫玻璃材料及其低温制备方法。

背景技术

泡沫玻璃是一种内部充满无数微小的连通或封闭气孔的多孔材料，主要用做建筑物外墙体保温隔热、石油化工深藏保冷、烟道和管道的耐腐蚀衬块材料。目前生产泡沫玻璃的原料主要是碎玻璃和工业废渣，但是这些原料化学成分不稳定，含杂质较多，不能很好的控制泡沫玻璃的性能。采用废玻璃作原料制备的泡沫玻璃普遍强度不高，而采用粉煤灰或其他矿物制备的泡沫玻璃气孔结构不理想，同时配方的稳定性和可靠性也不高。上述缺点导致泡沫玻璃产品大多只能用于建筑保温材料，不能满足一些特殊环境的苛刻要求。例如泡沫玻璃用于火力发电厂烟囱内衬防腐材料，必须具有较强的耐腐蚀性，较低的热膨胀系数，较高的抗热冲击性，以及较高的机械强度等。现在用做耐蚀衬块的泡沫玻璃均不能达到其最佳使用要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对苛刻的酸性环境，制备具有高耐腐蚀性、较低热膨胀系数和导热系数、较高的抗热震性和闭口气孔率、同时要有一定的机械强度的泡沫玻璃材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种泡沫玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将硼硅酸盐玻璃的基础配合料和发泡剂的混合物放入球磨罐中，球磨至规定细度，其中发泡剂为基础配合料总质量的0.5％～0.8％；将研磨后的粉料放入模具，然后放入熔炉以1000℃以下的温度进行烧制。

本发明采用粉末熔烧法制备泡沫玻璃，通过按一定配比混合硼硅酸盐玻璃的基础配合料和发泡剂，并在1000℃以下的这样的低温下进行烧制，可得到耐酸腐蚀性和抗热震性等均优良的泡沫玻璃，不需严苛的制备条件和高昂的成本，就能得到优良的适于特殊用途的泡沫材料，可在实际工业生产中广泛应用。

所述泡沫玻璃的制备方法中，所述发泡剂可采用碳粉、碳酸钙、石墨、碳化硅、白云石中的任一种，其中优选氧化还原型发泡剂—碳粉，可获得较高的闭口气孔率。

所述泡沫玻璃的制备方法中，所述硼硅酸盐玻璃基础配合料优选采用纯料，以质量％计，含有：氧化铝：5％～6％、氢氧化钾：4％～7％、氢氧化钠：15％～17％、二氧化硅：49％～60％、硼酸：13％～21％。

选用纯料作原料，可便于控制材料性能，根据实际需要，得到所希望性能的泡沫玻璃。

所述泡沫玻璃的制备方法中，按以下温度制度烧制：400℃以下升温速率为5℃/min；400℃时保温30min；400℃到700℃，升温速率为4℃/min；700℃到750℃，升温速率为2℃/min；750℃保温30min；在600℃退火30min。

如此能够以更低温度进行烧制，与以往的泡沫玻璃制备方式相比，降低了生产条件，进而降低了成本，适于工业批量生产。

本发明还提供一种泡沫玻璃，其特征在于，按如下方法制备而得，将硼硅酸盐玻璃的基础配合料和发泡剂的混合物放入球磨罐中，球磨至规定细度，其中发泡剂为基础配合料总质量的0.5％～0.8％；将研磨后的粉料放入模具，然后放入熔炉以1000℃以下的温度进行烧制。

与以往的泡沫玻璃相比，本发明的玻璃的成本低，具有较强的耐腐蚀性，较低的热膨胀系数、较高的抗热冲击性以及较高的机械强度等，适用于环境苛刻的特殊用途条件。

具体实施方式

本发明采用粉末熔烧法制备泡沫玻璃，通过配方设计，提供一种抗酸腐蚀性能良好的无机结构材料。为了获得较高的耐酸腐蚀性和抗热震性选用硼硅酸盐玻璃做基础玻璃，向制备硼硅酸盐玻璃的基础配合料中添加发泡剂，当配合料被加热到开始熔融软化，粘度降低时，发泡剂恰好开始反应并产生气体，气体被封闭在粘弹性状态的玻璃液中，随着温度的升高，玻璃粘度逐步降低，气体膨胀气泡增大。当气泡增大到一定程度时温度快速下降，玻璃粘度急剧增大，气泡最终被固定下来。

发泡剂为基础配合料总质量的0.5％～0.8％，发泡剂可采用碳粉、碳酸钙、石墨、碳化硅、白云石中的任一种，以及其他通常所使用的发泡剂。但为了获得较高的闭口气孔率，优选氧化还原型发泡剂—碳粉。

为了便于控制材料性能选用纯料作原料，将二氧化硅、氧化铝、氢氧化钾、氢氧化钠、硼酸和作为发泡剂的碳粉等原料按照一定配比称量，放入球磨罐中，球磨至规定细度。可以采用按料、水、球质量比为1:1:2添加去离子水和氧化铝球，湿磨三小时后烘干，再干磨两小时。上述原料中，优选是以质量％计，含有：氧化铝：5％～6％、氢氧化钾：4％～7％、氢氧化钠：15％～17％、二氧化硅：49％～60％、硼酸：13％～21％。

根据所需的细度，选择筛网，将所得的配合料过筛后，放入模具，以1000℃以下的温度进行烧制，优选按以下温度制度烧制：400℃以下升温速率为5℃/min；400℃时保温30min；400℃到700℃，升温速率为4℃/min；700℃到750℃，升温速率为2℃/min；750℃保温30min；在600℃退火30min。

硼酸所产生的B₂O₃加入到硅酸盐玻璃中，R₂O提供游离氧，使硼氧三角体[BO₃]转变为硼氧四面体[BO₄]，与硅氧四面体[SiO₄]一起构成玻璃骨架，这种硼硅酸盐玻璃有良好的抗酸抗碱性，同时具有较高的抗热冲击性和机械强度；向这种玻璃内部设计大量的、均匀的闭口气孔后，既保持了较高的抗腐蚀性，同时进一步使其密度和导热系数降低。这种不燃烧、不变形的多孔结构材料可起到防水抗渗，阻止酸液进一步渗透，保护基材不受侵蚀的作用。

使用化学成分明确的纯料制备耐腐蚀性能良好的泡沫玻璃，能通过改变化学成分控制泡沫玻璃的性能；这种内部充满无数闭口气孔的硼硅酸盐泡沫玻璃，具有良好的防腐蚀性能；闭口气孔率和开口气孔率可通过发泡温度和保温时间来控制；本发明产品的耐酸性比耐酸砖要高，造价比钢钛复合板要低很多，是当前脱硫火力发电厂烟囱内衬防腐材料的最佳替代产品。此外，本发明制造的泡沫玻璃也可应用于石油、化工和建材等行业。

以下例举出具体实施例对本发明进一步说明，但不言而喻，本发明不限于此，在不脱离本发明要旨的范围内可以进行各种变更。

实施例1

用电子天平称取氧化铝2.8g，氢氧化钾2.5g，氢氧化钠8.5g，二氧化硅25g，硼酸10g作为基础配合料，另外称取发泡剂碳粉0.25g，一起加入到球磨罐中，用氧化铝小球和去离子水为介质，湿磨3h，将料浆放入恒温干燥箱中烘干，再球磨两小时，得到颗粒极细的粉料。将粉料过100目筛子后，填充于石墨坩埚中，切忌装料过满，在振动台上振动成型。成型后，将带有配合料的石墨坩埚送入电阻炉内，按照前述升温制度烧制。所得样品，形状整齐规则，气孔分布均匀，泡径在1mm左右。密度为0.3g/cm³，吸水率约为0.5％，耐酸性测试采用酸液煮沸法，将试样放置于浓度为2％的稀硫酸溶液中，在110℃下腐蚀三天，称量腐蚀后样品的质量几乎不变。强耐酸性保证了产品具有足够长的防腐寿命。

实施例2

用电子天平称取氧化铝2.5g，氢氧化钾3.5g，氢氧化钠7.5g，二氧化硅30g，硼酸6.5g作为基础配合料，另外称取发泡剂碳粉0.25g，按照上述工艺制备泡沫玻璃。制备出的泡沫玻璃性能良好，容重为0.39g/cm³，吸水率为0.2％，经pH值等于2的硫酸溶液腐蚀三天后(酸液煮沸法)测试其质量变化率为0.04％，各项性能指标说明，其符合作为防腐蚀内衬材料的要求。

实施例3～实施例5

除了基础配合料中各成分的配比及发泡剂改变之外，其余与上述实施例1的制备方法相同，经同样的性能评价，各项性能指标均优良。

实施例6～实施例7

除了基础配合料中各成分、其配比及发泡剂改变之外，其余与上述实施例1的制备方法相同，经同样的性能评价，各项性能指标均优良。

上述实施例1～实施例7的各成分及其配比详见下表。

Claims (5)

1.一种泡沫玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将硼硅酸盐玻璃的基础配合料和发泡剂的混合物放入球磨罐中，球磨至规定细度，其中发泡剂为基础配合料总质量的0.5％～0.8％；

将研磨后的粉料放入模具，然后放入熔炉以1000℃以下的温度进行烧制。

2.根据权利要求1所述的泡沫玻璃的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为碳粉、碳酸钙、石墨、碳化硅、白云石中的任一种。

3.根据权利要求1所述的泡沫玻璃的制备方法，其特征在于，所述硼硅酸盐玻璃基础配合料采用纯料，以质量％计，含有：氧化铝：5％～6％、氢氧化钾：4％～7％、氢氧化钠：15％～17％、二氧化硅：49％～60％、硼酸：13％～21％。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的泡沫玻璃的制备方法，其特征在于，按以下温度制度烧制：400℃以下升温速率为5℃/min；400℃时保温30min；400℃到700℃，升温速率为4℃/min；700℃到750℃，升温速率为2℃/min；750℃保温30min；在600℃退火30min。

5.一种泡沫玻璃，其特征在于，按如下方法制备而得，将硼硅酸盐玻璃的基础配合料和发泡剂的混合物放入球磨罐中，球磨至规定细度，其中发泡剂为基础配合料总质量的0.5％～0.8％；将研磨后的粉料放入模具，然后放入熔炉以1000℃以下的温度进行烧制。