CN102060444B

CN102060444B - 泡沫微晶玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN102060444B
Application number: CN201010537506A
Authority: CN
Inventors: 李保卫; 张雪峰; 贾晓林; 高园园; 冯诗超; 薛天白
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: CN102060444A

Abstract

发明涉及一种利用高炉热熔渣制备泡沫微晶玻璃及其方法，属于无机材料领域。本发明：以包钢高炉热熔渣为主要原料，将粉煤灰，硼砂，纯碱，稀选尾矿、石英砂等分别计量，混匀，烧制成多孔块体加入渣包中，利用高炉热熔渣进行熔融，熔融料经水淬得到不同粒度的玻璃水淬料；将玻璃水淬料干燥，球磨，加入发泡剂，混合，压制或铺料成型，然后经核化、晶化、烧结制备出泡沫微晶玻璃。本发明有效利用了高炉热熔渣中储存的大量热能，生产成本低。制得的泡沫微晶玻璃具有低热传导率、密度小、耐高温、耐腐蚀、抗压与抗折强度高及对烟气高低温变化适应性强的性能。可广泛用作火电厂湿法脱硫排烟用多筒型和套筒型结构的内衬材料；热工设备保温、绝热材料等。

Description

泡沫微晶玻璃及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种泡沫微晶玻璃及其制备方法，特别是利用高炉热熔渣制备泡沫微晶玻璃及其制备方法。

背景技术：

高炉渣是钢铁冶炼过程的主要副产品，每炼出1吨生铁大约产生250～350kg的高炉渣，按照我国年生铁年产量46944万吨计算，产渣量达14000万吨。高炉渣出渣温度达1500℃以上，每吨渣含有相当于60kg标准煤的热量。因此，做好高炉渣的余热回收和综合利用，是钢铁行业节能降耗的有效途径。

高炉渣主要用作建筑材料开发，如用于水泥生产，制作水泥的掺合料；加工成矿渣碎石，代替天然砂石，作为混凝土、钢筋混凝土以及500号以下预应力钢筋混凝土骨料以及用于筑路、筑坝等；或以高炉矿渣为主要原料加工高炉矿渣微粉，用作高强度、高性能混凝土的矿物掺加料。但是利用高炉渣生产的高附加值产品太少了，尤其是直接利用高炉热熔渣制备泡沫微晶玻璃，尚未见资料报道。

发明内容：

本发明提供了一种以高炉热熔渣为主要原料制备泡沫微晶玻璃的方法。本发明提供的方法具有工艺过程简单、能耗低、成本低廉、可广泛适用于工业化生产的优点；且制得的泡沫微晶玻璃具有低热传导率、密度小、耐高温、耐腐蚀、抗压与抗折强度高及对烟气高低温变化适应性强的性能。可广泛用作火电厂湿法脱硫排烟用多筒型和套筒型结构的内衬材料；热工设备保温、绝热材料等。

技术解决方案：

泡沫微晶玻璃，包括下列原料的重量比组分，高炉热熔渣∶粉煤灰∶硼砂∶纯碱∶稀选尾矿∶石英砂＝100∶10～30∶2～6∶0.4～2∶2～3∶0～5。

泡沫微晶玻璃的制备方法，制备方法如下：

(1)按高炉热熔渣∶粉煤灰∶硼砂∶纯碱∶稀选尾矿∶石英砂＝100∶10～30∶2～6∶0.4～2∶2～3∶0～5的重量比分别计量；然后将称量好的粉煤灰、硼砂、纯碱、稀选尾矿、石英砂加入混料机中混合均匀；

(2)将步骤(1)制备的混合料装入模具置于烧结炉中，在600-800℃烧结，得到多孔块体材料；

(3)将步骤(2)制备的多孔块体材料置于渣包(排渣容器)中，然后加入高炉热熔渣进行熔融；

(4)将步骤(3)制备的熔融料送达水淬处理现场，将液态熔融料倒入水淬池，通过水淬得到不同粒度的微晶玻璃水淬料，将得到的水淬玻璃颗粒干燥，保存备用；

(5)将干燥的玻璃颗粒在球磨机上研磨，粒度：200目，称取100重量份玻璃粉料与10～60重量份的发泡剂，混合，然后压制或铺料成型；

(6)成型后的玻璃料经核化、晶化、烧结制备出泡沫微晶玻璃。

所述的稀选尾矿和粉煤灰的粒度均为200目。

所述的模具是以耐火材料板为衬底，在其上用耐火砖搭制成方格状。

高炉热熔渣出炉温度：1500～1540℃，到达水淬处理现场时温度：1300～1350℃，熔融料送达水淬处理现场需耗时50-70min。

基础玻璃化学成分范围为：SiO₂35～50％，Al₂O₃10～15％，CaO 0～35％，MgO 3～7％，R₂O 3～7％。

所述的发泡剂为：氯化钠、硫酸钠、尿素、碳酸氢铵、淀粉、碳酸钙、锯末或炭粉，发泡剂粒度为200-325目。

所述的核化晶化温度和时间分别为710℃-730℃，1-2小时和830℃-850℃，1-3小时；所述的烧结温度和时间分别为960℃-1000℃，10-60min。

高炉热熔渣经水淬后所形成的水淬渣，其化学成份主要包括CaO、MgO、Al₂O₃、SiO₂构成的无机矿物。

包钢高炉热熔渣化学成分主要包括CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂与钙黄长石系统微晶玻璃成分，只需补充一定量的SiO₂和部分添加料及工艺性能调整剂，即可制备出品质良好的微晶玻璃原料，利用该原料制备泡沫微晶玻璃，高炉渣资源利用率可达70％左右。一方面可明显降低微晶玻璃的原料成本，另一方面大量利用了固体废弃物，符合循环经济的国家产业政策，利于降低包钢的环保压力和投入。

再者，包钢热熔渣排出温度高达1500℃以上，在高炉出渣环节通过热配料，使其熔融后的组成接近微晶玻璃的组成，同时可充分利用热熔渣中储存的大量余热。由于节省了大量的能源和原材料费用，使微晶玻璃生产成本降低20-40％。高炉热熔渣中蕴含的余热是巨大的宝贵资源，利用高炉热熔渣生产泡沫微晶玻璃，经济效益和环境效益十分明显。

本发明的有益效果：

(1)利用高炉热熔渣为主要原料配入部分添加料制备微晶玻璃原料，不仅合理利用了高炉热熔渣资源，而且可以有效地提高产品品质和性能。

(2)利用包钢高炉热熔渣制备泡沫微晶玻璃有效利用了高炉热熔渣中储存的大量热能，符合国家节能减排产业政策，使泡沫微晶玻璃生产成本显著降低。

(3)本发明的制备工艺简单，生产成本低，不同批次产品的重现性好，适合大规模工业化生产。

(4)制得的泡沫微晶玻璃具有低热传导率、密度小、耐高温、耐腐蚀、抗压与抗折强度高及对烟气高低温变化适应性强的性能。可广泛用作火电厂湿法脱硫排烟用多筒型和套筒型结构的内衬材料；热工设备保温、绝热材料等。

附图说明：

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

实施例1

所用高炉热熔渣取自包钢炼铁厂，化学成分见表1。粉煤灰取自内蒙古华电包头发电有限公司河西电厂，稀选尾矿取自包钢稀土厂，化学成分见表2和表3，粒度为200目。基础玻璃的化学组成(wt％)为：

(1)将2.01吨粉煤灰，1.07吨硼砂，0.1吨纯碱，0.5吨稀选尾矿、0.5吨石英砂分别计量好；然后将粉煤灰、硼砂、纯碱、稀选尾矿、石英砂加入混料机中混合均匀。

(2)将步骤(1)制备的混合料装入以堇青石棚板为衬底，在其上用高铝砖搭制成方格状的模具中，在梭式窑中经650℃烧结2小时，得到多孔块体材料。

(3)将步骤(2)制备的多孔块体材料置于渣包(排渣容器)中，然后加入包钢高炉热熔渣20吨进行熔融。

(4)将步骤(3)制备的熔融料经60分钟运输到达水淬处理现场，然后将液态熔融料倒入水淬池，得到不同粒度的玻璃水淬料。

(5)将(4)步骤制备的玻璃水淬料颗粒在球磨机上研磨，过200目筛，将100重量份玻璃粉料、20重量份、粒度325目的碳酸钙分别称取，混合，然后在梭式窑中铺料成型。

(6)成型后的玻璃料经730℃，1小时核化、850℃，2小时晶化，1000℃、10min烧结制备出泡沫微晶玻璃。

(7)所制备的泡沫微晶玻璃体积密度0.68g·cm^-3，导热系数0.12W/k·m²，抗压强度4.3MPa.，耐酸性97％。

实施例2

(1)将2.12吨粉煤灰，1.14吨硼砂，0.11吨纯碱，0.5吨稀选尾矿、0.35吨石英砂分别计量好；然后将粉煤灰、硼砂、纯碱、稀选尾矿、石英砂加入混料机中混合均匀。

(2)将步骤(1)制备的混合料装入以堇青石棚板为衬底，在其上用高铝砖搭制成方格状的模具中，在梭式窑中经700℃烧结1.5小时，得到多孔块体材料。

(3)将步骤(2)制备的多孔块体材料置于渣包(排渣容器)中，然后加入包钢高炉热熔渣22吨进行熔融。

(5)将(4)步骤制备的玻璃水淬料颗粒在球磨机上研磨，过200目筛，将100重量份玻璃粉料、10重量份粒度200目的炭粉分别称取，混合，然后加入混合料质量分数3％的聚乙烯醇水溶液(质量浓度5％)，混合造粒，在100MPa压力下成型，室温干燥24小时，得到生坯。

(6)成型后的玻璃料在梭式窑中经710℃，2小时核化、1000℃，2小时晶化直接烧结制备出泡沫微晶玻璃。

(7)所制备的泡沫微晶玻璃体积密度1.42g·cm^-3，导热系数0.32W/k·m²，抗压强度19MPa，耐酸性98％。

实施例3

(1)将实施例1制备的玻璃水淬料颗粒在球磨机上研磨，过200目筛，将100重量份玻璃粉料、60重量份、粒度325目的硫酸钠分别称取，混合，然后在梭式窑中铺料成型。

(2)成型后的玻璃料经730℃，1小时核化、850℃，2小时晶化，1000℃、10min烧结制备出泡沫微晶玻璃。

(3)所制备的泡沫微晶玻璃体积密度0.87g·cm^-3，导热系数0.19W/k·m²，抗压强度9.3MPa.，耐酸性97％。

实施例4

(1)将实施例1制备的玻璃水淬料颗粒在球磨机上研磨，过200目筛，将100重量份玻璃粉料、20重量份粒度200目的碳酸氢铵分别称取，混合，然后加入混合料质量分数3％的聚乙烯醇水溶液(质量浓度5％)，混合造粒，在100MPa压力下成型，室温干燥24小时，得到生坯。

(2)成型后的玻璃料在梭式窑中经720℃，2小时核化、1000℃，2小时晶化直接烧结制备出泡沫微晶玻璃。

(3)所制备的泡沫微晶玻璃体积密度1.42g·cm^-3，导热系数0.32W/k·m²，抗压强度26MPa，耐酸性98％，

实施例5

(1)将实施例1制备的玻璃水淬料颗粒在球磨机上研磨，过200目筛，将100重量份玻璃粉料、40重量份、粒度200目的氯化钠分别称取，混合，然后在梭式窑中铺料成型。

(2)成型后的玻璃料经720℃，1小时核化、830℃，2小时晶化，980℃、40min烧结制备出泡沫微晶玻璃。

(3)所制备的泡沫微晶玻璃体积密度0.61g·cm^-3，导热系数0.17W/k·m²，抗压强度7.1Mpa，耐酸性97％。

实施例6

(1)将实施例2制备的玻璃水淬料颗粒在球磨机上研磨，过200目筛，将100重量份玻璃粉料、30重量份、粒度200目的尿素分别称取，混合，然后在梭式窑中铺料成型。

(2)成型后的玻璃料经720℃，2小时核化、850℃，2小时晶化，1000℃、30min烧结制备出泡沫微晶玻璃。

(3)所制备的泡沫微晶玻璃体积密度0.69g·cm^-3，导热系数0.18W/k·m²，抗压强度9.1Mpa，耐酸性97％。

表1包钢高炉渣主要化学成分(Wt％)

表2稀选尾矿主要化学成分/wt％(取自包钢稀土厂)

表3粉煤灰主要化学成分/wt％(取自内蒙古华电包头发电有限公司河西电厂)

Claims

1.泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征是：包括下列原料的重量比组分，高炉热熔渣∶粉煤灰∶硼砂∶纯碱∶稀选尾矿∶石英砂＝100∶10～30∶2～6∶0.4～2∶2～3∶0～5；

制备方法如下：

(3)将步骤(2)制备的多孔块体材料加入渣包中，然后加入高炉热熔渣进行熔融；

(6)成型后的玻璃料经核化、晶化、烧结制备出泡沫微晶玻璃，所述的核化晶化温度和时间分别为710℃-730℃，1-2小时和830℃-850℃，1-3小时；所述的烧结温度和时间分别为960℃-1000℃，10-60min。

2.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征是：所述的稀选尾矿和粉煤灰的粒度均为200目。

3.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征是：所述的模具是以耐火材料板为衬底，在其上用耐火砖搭制成方格状。

4.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征是：高炉热熔渣出炉温度：1500～1540℃，到达水淬处理现场时温度：1300～1350℃，熔融料送达水淬处理现场需耗时50-70min。

5.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征是：基础玻璃化学成分范围为：SiO₂ 35～50％，Al₂O₃ 10～15％，CaO 0～35％，MgO 3～7％，R₂O 3～7％。

6.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征是：所述的发泡剂为：氯化钠、硫酸钠、尿素、碳酸氢铵、淀粉、碳酸钙、锯末或炭粉，发泡剂粒度为200-325目。