CN101759346A - 一种利用废弃硅碳材料制备泡沫玻璃的方法 - Google Patents

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高淑雅
郭晓琛
田鹏
郭宏伟
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Abstract

一种利用废弃硅碳材料制备泡沫玻璃的方法，将废平板玻璃、废硅碳棒、硼砂和氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上制得混合料；将所制得的混合料放入模具中经预热阶段、发泡阶段、稳泡阶段、快速冷却阶段和退火阶段，制得泡沫玻璃。本发明所用主要原料和发泡剂均为废弃物，可以变废为宝，具有一定的经济效益和环保效益。

Description

一种利用废弃硅碳材料制备泡沫玻璃的方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫玻璃的制造方法，特别涉及一种利用废弃硅碳材料制备泡沫玻璃的方法。
背景技术
硅碳棒电热元件是用高纯度绿色六方碳化硅为主要原料，按一定料比加工制坯，经2200℃高温硅化再结晶烧结而制成的棒状、管状非金属高温电热元件。
由于硅碳棒本身存在以下缺点，1、从形状结构上分析，硅碳棒长期使用，其粗端与发热部的结合不是很牢固，长时间使用后，粗端与发热部有时会产生松动，使接触电阻增大，造成硅碳棒的损坏，使用寿命就会大大的降低，而且耗电量也很大；2、其连续工作寿命在2000-5000h左右，而反复加热的使用寿命为1000h左右；3、在使用过程中硅碳棒与很多烧成物挥发出来的化学物质之间会发生反应，如果与水、氢、氮、硫、卤素等气体及熔融的铝、碱、盐、熔融金属、金属氧化物接触，也会发生反应、腐蚀或氧化现象。
故在硅碳棒的使用过程中，有大量的废旧硅碳棒亟待回收利用，由于硅碳棒本身是由高纯度绿色SiC经高温烧结而成的，所以其纯度绝不亚于普通的碳化硅粉，且由碳化硅为发泡剂所制得泡沫玻璃本身比其它发泡剂如碳酸盐，炭黑等所制得的产品强度高。因此利用废旧硅碳棒作为制备泡沫玻璃的发泡剂使用，可降低生产成本，具有一定的经济效益和环保效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用废弃硅碳材料制备泡沫玻璃的方法，本发明的制备方法可以有效地降低泡沫玻璃的生产成本，保护环境，变废为宝。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废旧硅碳棒清洗干净，烘干，球磨至200目以上；
2)按质量百分比取85～92％球磨后的废平板玻璃、3～5％的球磨后的废硅碳棒、2～5％的硼砂和2～5％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以10～12℃/min的升温速率升温至400℃保温20～30min；
4)发泡阶段，再以15～20℃/min的升温速率自400℃升温至790～820℃；
5)稳泡阶段，在790～820℃下保温20～30min；
6)快速冷却阶段，以15～25℃/min的冷却速度，冷却至580～600℃，保温20～30min；
7)退火阶段，降温速度为1～2℃/min，退火至100℃以下制得泡沫玻璃。
本发明是将废平板玻璃、废硅碳棒分别放入球磨罐中球磨至200目以上，再将硼砂和氟硅酸钠与其混合；将所制得的混合料放入模具中经预热阶段、发泡阶段、稳泡阶段、快速冷却阶段和退火阶段，制得泡沫玻璃。本发明所用废旧硅碳棒作为发泡剂，可以降低生产成本，变废为宝具有一定的经济效益和环保效益。采用硼砂作为添加剂是为降低泡沫玻璃发泡温度，改善泡沫玻璃性能，增加闭孔结构。采用氟硅酸钠作为添加剂是为了降低发泡温度，有效提高泡沫玻璃发泡效果。
附图说明
图1是本发明实施例1所制泡沫玻璃放大一百倍的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明是采用烧结法制备泡沫玻璃制品，将配合料加入耐热钢模具中，模具尺寸为：l×b×h＝560×450×130(单位为：mm)。
生产的泡沫玻璃性能：密度达到0.3-0.5g·cm-3，吸水率为10％左右，平均泡径0.40～1.20mm，抗折强度达到2.0-6.0MPa。
实施例1：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废硅碳棒清洗干净，烘干，磨碎至200目以上；
2)按质量百分比取92％球磨后的废平板玻璃、3％的球磨后的废硅碳棒、3％的硼砂和2％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目制得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以10℃/min的升温速率升温至400℃保温20min；
4)发泡阶段，再以20℃/min的升温速率自400℃升温至800℃；
5)稳泡阶段，在800℃下保温20min；
6)快速冷却阶段，以25℃/min的冷却速度，冷却至600℃，保温20min；
7)退火阶段，降温速度为1℃/min，退火至100℃以下制得泡沫玻璃。
所形成的泡沫玻璃结构均匀，用真空排水法测其密度为0.42g·cm-3，用浸水法测其吸水率为8％，参见图1，显微镜观察测其平均泡径0.9mm，万能材料试验机测其抗折强度达到4.5MPa。
实施例2：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废硅碳棒清洗干净，烘干，球磨至200目以上；
2)按质量百分比取90％球磨后的废平板玻璃、5％的球磨后的废硅碳棒、3％的硼砂和2％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上制得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以11℃/min的升温速率升温至400℃保温25min；
4)发泡阶段，再以18℃/min的升温速率自400℃升温至820℃；
5)稳泡阶段，在820℃下保温25min；
6)快速冷却阶段，以20℃/min的冷却速度，冷却至590℃，保温25min；
7)退火阶段，降温速度为2℃/min，退火至100℃以下制得泡沫玻璃。
所形成的泡沫玻璃结构均匀，用真空排水法测其密度为0.40g·cm-3，用浸水法测其吸水率为9％，显微镜观察测其平均泡径1.1mm，万能材料试验机测其抗折强度达到3.7MPa。
实施例3：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废硅碳棒清洗干净，烘干，球磨至200目以上；
2)按质量百分比取90％球磨后的废平板玻璃、4％的球磨后的废硅碳棒、2％的硼砂和4％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上制得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以12℃/min的升温速率升温至400℃保温30min；
4)发泡阶段，再以15℃/min的升温速率自400℃升温至790℃；
5)稳泡阶段，在790℃下保温30min；
6)快速冷却阶段，以15℃/min的冷却速度，冷却至580℃，保温30min；
7)退火阶段，降温速度为2℃/min，退火至100℃以下得泡沫玻璃。
所形成的泡沫玻璃结构比较均匀，用真空排水法测其密度为0.38g·cm-3，用浸水法测其吸水率为9.4％，显微镜观察测其平均泡径1.0mm，万能材料试验机测其抗折强度达到3.4MPa。
实施例4：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废硅碳棒清洗干净，烘干，球磨至200目以上；
2)按质量百分比取88％球磨后的废平板玻璃、3％的球磨后的废硅碳棒、4％的硼砂和5％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以11℃/min的升温速率升温至400℃保温25min；
4)发泡阶段，再以17℃/min的升温速率自400℃升温至810℃；
5)稳泡阶段，在810℃下保温25min；
6)快速冷却阶段，以18℃/min的冷却速度，冷却至590℃，保温25min；
7)退火阶段，降温速度为1℃/min，退火至100℃以下得泡沫玻璃。
所形成的泡沫玻璃结构均匀，用真空排水法测其密度为0.36g·cm-3，用浸水法测其吸水率为9.8％，显微镜观察测其平均泡径1.2mm，万能材料试验机测其抗折强度达到3.2MPa。
实施例5：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废硅碳棒清洗干净，烘干，球磨至200目以上；
2)按质量百分比取91％磨碎后的废平板玻璃、4％的球磨后的硅碳棒、2％的硼砂和3％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上制得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以10℃/min的升温速率升温至400℃保温30min；
4)发泡阶段，再以19℃/min的升温速率自400℃升温至805℃；
5)稳泡阶段，在805℃下保温30min；
6)快速冷却阶段，以25℃/min的冷却速度，冷却至580℃，保温25min；
7)退火阶段，降温速度为2℃/min，退火至100℃以下得泡沫玻璃。
所形成的泡沫玻璃结构均匀，用真空排水法测其密度为0.39g·cm-3，用浸水法测其吸水率为9％，显微镜观察测其平均泡径1.0mm，万能材料试验机测其抗折强度达到3.6MPa。
本发明适合生产板块状产品，但是对于其烧成制度要求较高，具体到烧成曲线大致分为四个阶段(1)升温预热阶段，升温速度为10～12℃/min，至在400℃后保温20～30min，目的在于使配合料充分预热，减少由于升温速度过快，导致配合料整体温差；然后以升温速度为15～20℃/min，快速升温至发泡温度，这样可以避免发泡剂在高温下从配合料中逸出。(2)发泡稳泡阶段，根据本发明所用原料及添加剂，其发泡温度范围790～820℃，保温时间为20～30min；目的是让配合料在发泡温度下充分制得结构均匀的泡沫玻璃。(3)快速降温阶段，目的在于使发泡的熔融玻璃快速冷却，使之泡孔结构固定下来。冷却速度为15～25℃/min，冷却至580～600℃，保温时间20～30min；保温作用主要考虑使制品内外温度均匀，为进入退火阶段做好准备；(4)缓慢降温退火阶段，降温速度为1～2℃/min，该阶段主要作用在于解除因快速降温带来的热应力，使泡沫玻璃制品具有良好的机械性能。
应用本发明生产的泡沫玻璃，具有重量轻、吸水率低、强度好。并且膨胀系数低，抗热震好，具有绝热效果、阻燃效果，泡沫玻璃作为新型建筑材料用途十分广泛。本发明不产生固体排放物，切割下来的泡沫玻璃边角料可以重复循环利用。其作为绝热材料，可用于屋顶及外墙保温，可有效地降低采暖和制冷费用。另外该品种泡沫玻璃是热电厂大烟囱内壁的防腐保温隔热优良材料。再者该种泡沫玻璃还可以用于深冷和低温管道、设备、容器与储罐的外表保冷；中温和高温管道、设备的外保温；油和热沥青储罐的外保温；石油化工、硫化生产过程的保温；用于隧道工程和地下工程的疏水隔潮领域；更重要的是，该法最大限度的降低生产成本，具有极大的经济效益和环保效益。因此，该种泡沫玻璃具有广泛应用前景。

Claims (1)

1.一种利用废弃硅碳材料制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：
1)将废平板玻璃清洗干净，烘干，球磨至200目以上，再将废旧硅碳棒清洗干净，烘干，球磨至200目以上；
2)按质量百分比取85～92％球磨后的废平板玻璃、3～5％的球磨后的废硅碳棒、2～5％的硼砂和2～5％的氟硅酸钠放入球磨罐中球磨至200目以上得混合料；
3)预热阶段，将球磨后的混合料放入模具中以10～12℃/min的升温速率升温至400℃保温20～30min；
4)发泡阶段，再以15～20℃/min的升温速率自400℃升温至790～820℃；
5)稳泡阶段，在790～820℃恒温下保温20～30min；
6)快速冷却阶段，以15～25℃/min的冷却速度，冷却至580～600℃，保温20～30min；
7)退火阶段，降温速度为1～2℃/min，退火至100℃以下制得泡沫玻璃。
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