CN101955374A

CN101955374A - 沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法

Info

Publication number: CN101955374A
Application number: CN 201010272924
Authority: CN
Inventors: 姜源深; 陈泽霖; 姜凯峰; 李天心
Original assignee: HELONGJIANG BAIHE MINING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HELONGJIANG BAIHE MINING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2011-01-26

Abstract

本发明的沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法，属新材料技术领域。其特征是选用天然沸石、废玻璃、净水污泥为主要原料。通过对天然沸石、废玻璃分别粉碎、研磨制粉和筛分；配以净水污泥、发泡剂、添加剂，按配比混合均匀加水搅拌；形成混合粉末体后，制成厚度2.0cm的长方体，进行加热，升温速率为10℃～20℃/min，加热温度为700～1000℃，烧成时间20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。本发明的方法具有工艺简单，成本低、产品质量稳定，便于实现规模化生产；原料来源广、变废为宝，达到资源永续再利用。产品功能突出，适用于水质净化，旱涝地土壤改良，室内园艺、城市绿化，隔热、保温、防火等；提高干旱山区植树造林成活率，有利于生态环境保护。

Description

沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法

技术领域

本发明的沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法，属新材料技术领域。

背景技术

多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其应用范围远远超过单一功能的材料。天然沸石(zeolite)是一种含水架状结构的多孔铝硅酸盐矿物，其晶体内含有许多排列有序、大小均匀、彼此贯通并与外界相连的孔穴和孔道高达40～50％(孔径一般为0.3～1.0nm)；结构较空旷的沸石比表面积800～1000m²/g。虽然天然沸石拥有多种可供工农业等领域利用的特性，但目前沸石型微孔材料的应用，还没有达到理想的效果，仅仅利用了其孔道结构产生的吸附性能，已无法满足社会经济发展的需求。

近年来，天然沸石的改性方法繁多，如热处理、酸处理、盐处理、直接氧化改性以及机械加工等，提高了天然沸石的吸附能力，但还远远不能遂人愿。如发明专利公开号CN1751995，公开了一种可用于多孔介质筛护岸的有机改性沸石及其制备方法，主要是用NaCl溶液和有机试剂十六烷基三甲基溴化铵，对天然沸石进行改性。这类天然沸石改性方法，虽然在提高沸石吸附能力等方面有一定的效果，但仍然存在沸石内部较规则的孔道、孔径太小，离子交换、吸附容量小等问题。

此外，玻璃是一种极高粘性、不定形物质。其主要化学成分为SiO2、CaO、Na2O、MgO，应用领域十分广泛。人们日常生产生活中，不可避免地产生大量的废玻璃垃圾。目前，我国每年产生的废玻璃约1040万吨，仅有20～30％回收再生利用。废玻璃类物质，其化学性质稳定，不腐烂、不燃烧、不能降解。若用现有处理方法，以掩埋方式来处理废玻璃，会占用掩埋场地大量空间；尚若以焚化处理则由于无法燃烧而形成熔融状态，对焚化炉体造成损害。这种处理方法，已明显成为一个社会问题。

另一方面，污泥通常被视为一种废弃物而必须妥善处理，然而，从另一角度而言，其又是一项资源。净水污泥是给水厂对沉淀池排泥水和滤池反冲洗排水的处理过程中产生的。净水污泥以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主要三大元素组成，更含有大量的粘土物质。这部分污水约占总净水量的4％～7％，其中包括浓缩后的悬浮物和有机物，以及残存在泥中的混凝剂。如果污水不经处理直接排入水体，不但严重污染水体，而且浪费了大量的水资源和能源。将给水厂脱水污泥饼，作填埋处理是一种消极方法。

经过研究，废玻璃、净水污泥是制造沸石玻璃多孔轻质材料非常好的原料，不但能解决废玻璃、净水污泥最终处置的问题，还能变废为宝，达到无害化及资源永续再利用。至今为止，国内外还没有利用天然沸石、废玻璃、净水污泥等原料，制造沸石玻璃多孔轻质材料的报道。

基于上述问题，本发明的目的在于提出一种工艺简单、成本低且产品质量稳定，便于实现系列化和规模化生产的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法。

发明内容

为实现上述目的，本发明的发明者们进行了多项研究，结果成功地找到了一种制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其特征在于，选用天然沸石、废玻璃、净水污泥为主要原料。通过对天然沸石、废玻璃、净水污泥等原料的配比混合体，在发泡、添加剂的作用下，进行烧结处理。其中优选的发泡剂是贝壳粉末、铝粉、碳酸钙、碳粉一类发泡剂中的1种；添加剂是碳酸钠；高温烧结处理应在低于1000℃的温度下进行。天然沸石、废玻璃、净水污泥组成中，废玻璃具有高含量的SiO₂及其他助熔剂，在烧结过程中可降低烧结温度以达到节省能源之目的。天然沸石粉则具有高空隙度之特性，与废玻璃、净水污泥共同烧结，便可制成多孔性材料。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明所述的沸石玻璃多孔轻质材料，是由天然沸石、废弃玻璃，经过粉碎研磨，再与净水污泥、添加剂混合，燃烧，发泡等工序，产生的发泡沸石玻璃多孔轻质材料。其特别之处在于所述的沸石玻璃多孔轻质材料的制造方法。

以下概述本发明的过程。选用二氧化硅(SiO₂)质量百分比为50～75，氧化铝(A1₂O₃)质量百分比为5～20的天然沸石、废玻璃，作为本发明沸石玻璃多孔轻质材料的原料进行粉碎，研磨成粒径为45～150μm；净水污泥可直接用作沸石玻璃多孔轻质材料的原料，但净水污泥饼结成硬块状时，必须进行粉碎。此外，有时甚至需要粒径小于45μm。

沸石玻璃多孔轻质材料的方法各组份的配比，按重量百分比配比如下：沸石粉20～40％，废玻璃粉末20～40％，净水污泥10～35％，发泡剂1～5％，添加剂1～10％混合均匀，加入水进行搅拌，但加入的水控制一般不大于15％。

将形成的混合粉末体，制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑加热或微波加热设备中进行加热，快速升温速率为10℃～20℃/min，加热温度为700℃～1000℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

以下将利用实施例对本发明作详述，但本发明的原理并不仅局限在这些实施例中。

具体实施方式

本实施例使用的天然沸石(来自黑龙江省某沸石矿)，废玻璃(来自哈尔滨市某废品收购站回收的瓶罐玻璃)，净水污泥(来自哈尔滨市某净水厂)；其主要成分二氧化硅(SiO₂)和氧化铝(A1₂O₃)质量百分比均为50和5以上。

实施例1：

将重量40％沸石粉，20％废玻璃粉末，35％净水污泥，发泡剂3％，添加剂2％混合均匀，加入水进行搅拌。将形成的混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑或微波加热设备中进行加热，加热温度为700～800℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

产品未完全烧结，表面明显的微孔，存在许多的连通状空隙，且表面积大，质地较不坚硬，结构松散且易碎，比重0.3～0.6，吸水35％以上。

实施例2：

将重量40％沸石粉，40％废玻璃粉末，15％净水污泥，发泡剂3％，添加剂2％混合均匀，加入水进行搅拌。将形成的混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑或微波加热设备中进行加热，加热温度为700～800℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

产品内部颗粒黏结情况较添加20％废玻璃好，形成了大量毫米量级的气孔，连通状空隙，质地较不坚硬且表面积大，比重0.4～0.7，吸水30％以上。

实施例3：

将重量40％沸石粉，20％废玻璃粉末，35％净水污泥，发泡剂3％，添加剂2％混合均匀，加入水进行搅拌。将形成的混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑或微波加热设备中进行加热，加热温度为800～900℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

产品尚未达到烧结致密化温度，内部结构凸凹不平，表面明显的微孔，开放空隙较多，表面积大，比重0.3～0.5，吸水30％以下。

实施例4：

将重量40％沸石粉，40％废玻璃粉末，15％净水污泥，发泡剂3％，添加剂2％混合均匀，加入水进行搅拌。将形成的混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑或微波加热设备中进行加热，加热温度为800～900℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

产品尚未达到烧结致密化温度，表面明显的微孔，内部结构凸凹不平，且存在许多的连通状空隙，形成了大量毫米量级的气孔，开放空隙较多，表面积大，比重0.4～0.5，吸水30％以下。

实施例5：

将重量40％沸石粉，20％废玻璃粉末，35％净水污泥，发泡剂3％，添加剂2％混合均匀，加入水进行搅拌。将形成的混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑或微波加热设备中进行加热，加热温度为900～1000℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

产品烧结情况良好，颗粒表面能量增大，粉体间粘结力强，形成大量粘滞性非结晶玻璃相，内部孔洞大且比表面积小，气孔占总体积的70％～85％，孔径大约0.5～3mm，致密性良好且结构稳定，比重0.5～1.0，吸水10％以下，其产品可作为多孔轻质材料。

实施例6：

将重量40％沸石粉，40％废玻璃粉末，15％净水污泥，发泡剂3％，添加剂2％混合均匀，加入水进行搅拌。将形成的混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体；置入燃气辊道窑或微波加热设备中进行加热，加热温度为900～1000℃，焼成時間20～45min，保温后自然冷却出炉即为成品。

产品烧结情况良好，颗粒表面能量增大，粉体间粘结力强，形成大量粘滞性非结晶玻璃相，内部孔洞大且比表面积小，气孔占总体积的80％～95％，孔径大约0.5～5mm，比重1.0～1.6，吸水5％以下，致密性良好且结构稳定，粉体不易脱落，故作水处理滤料最佳。

本发明的方法具有工艺简单，成本低、产品质量稳定，便于实现规模化生产；原料来源广、变废为宝，达到资源永续再利用。产品功能突出，不仅是旱涝地土壤改良材料，提高干旱山区植树造林成活率，有利于生态环境保护；而且透水性、保水性都十分优良，同时也兼备了耐火性的功能。可以根据用途和需求不同，对该材料的比重和吸水性进行相应的自由调节，从而在水质净化，室内园艺、城市绿化，隔热、保温、防火、建材等各项工程中发挥更多的用途。

Claims

1.一种制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其特征在于选用天然沸石、废玻璃、净水污泥为主要原料。

2.一种制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，通过对天然沸石、废玻璃分别粉碎、研磨制粉和筛分；配以净水污泥、发泡剂、添加剂，按配比混合均匀加水搅拌；形成混合粉末体在高温条件下烧成。

3.如权利要求1或2所述的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，所述沸石是天然沸石；将其粉碎、研磨成粒直径45～150μm。

4.如权利要求1或2所述的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，所述废玻璃是回收瓶罐玻璃和工业废平板玻璃、玻璃纤维等。将其粉碎、研磨成粒直径45～150μm。

5.如权利要求1或2所述的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，所述净水污泥，主要是来自于水处理程序中所产生之固液混合物。其组成成分包括原水中之悬浮颗粒与净水过程中所添加之混凝剂。

6.如权利要求2所述的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，所述发泡剂是贝壳粉末、铝粉、碳酸钙或碳粉一类发泡剂中的1种。

7.如权利要求2所述的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，所述添加剂是碳酸钠。

8.如权利要求2所述的制造沸石玻璃多孔轻质材料的方法，其中，所述形成混合粉末体在高温条件下烧成，是将该混合粉末体制成厚度2.0cm的长方体置入炉中，以速升温速率为10℃～20℃/min；加热温度为700～1000℃；烧成时间20～45min，随炉冷却出炉，即为成品。