CN103524043B

CN103524043B - 一种用冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法

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Publication number: CN103524043B
Application number: CN201310467396.6A
Authority: CN
Inventors: 张梅; 郭敏; 肖亮; 朱何可; 彭犇
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: CN103524043A

Abstract

一种用冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，属于冶金资源综合利用与泡沫玻璃材料制备领域。其技术方案是：按质量百分比分别将30～40%的冷轧污泥，40～50%的废玻璃，12～25%的黄土，0.5～1%的青石，2～3%的铁红放入球磨罐中混匀球，将配合料、外加1%～2%的聚苯乙烯球和15%～20%的自来水均匀混合后装入模具中，将模具直接放入到1100℃～1140℃的发泡炉中保温10～30min，制备泡沫玻璃。本发明以冷轧污泥和废玻璃为主要原材料，添加适量的其他废弃物和天然原料制备泡沫玻璃，有效地回收利用冷轧污泥；原料成本低廉，来源广泛；制备工艺省略了预热阶段，工艺周期短，操作简单，环保节能，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

一种用冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法

技术领域

本发明属于冶金资源综合利用与泡沫玻璃材料制备领域，特别涉及一种以冷轧污泥为原料的泡沫玻璃及其制备方法。

背景技术

工业废渣是指工业生产过程中排放的固体废物。中国的工业部门每年排出的废渣达数亿吨，其中以冶金、能源、采矿、化工等部门的排放量最多，处置工业废渣，需耗用大量人力、物力和财力；堆存废渣又占用大量土地。占工业废渣很大比例的冶金废渣包括高炉矿渣、钢渣、有色金属渣、粉尘、污泥、废屑等，对环境污染严重。环境问题已经成为人们关注的焦点，如何变废为宝，已经成为当务之急。

泡沫玻璃也称为多孔玻璃，是由碎玻璃、发泡剂（如CaCO₃、NaCO₃、炭黑、焦炭、木屑、Na₂SO₄、NaNO₃、SiC、MnO₂等）、改性添加剂（如Na₃PO₃、H₃BO₃、硼砂等）和发泡促进剂等，经过细粉碎和均匀混合后，再经过高温熔化、发泡、退火而制成的气孔率在90%以上的无机非金属玻璃材料。目前，国内泡沫玻璃的年产量为5万m³，仅国内的实际年需求量就在10万m³以上，而且国外也存在着需求市场，泡沫玻璃具有广阔的市场发展空间。传统泡沫玻璃的主要原料为废玻璃，虽然可用尾矿、赤泥、粉煤灰等作为辅助原料，但废玻璃的含量在60%以上；传统的泡沫玻璃制备过程都经过预热、发泡、稳泡、退火等工序，工艺周期长，操作复杂；加入的发泡剂、稳泡剂、改性剂成本较高。

发明内容：

本发明目的在于充分利用冶金固体废弃物资源，选择了冷轧污泥制备泡沫玻璃建筑材料，提出了一种工艺周期短、操作简单的以冷轧污泥为原料生产泡沫玻璃的方法，不仅变废为宝，同时也减少了固体废弃物带来的环境污染，大大降低生产成本，适合大规模生产。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，主要以冷轧污泥为原料，冷轧污泥中Al₂O₃含量重量百分比为45%～50%左右，SiO₂含量为30%～35%左右，同时含有5～10%的Fe₂O₃及0～5%的K₂O+Na₂O，其余物质主要为结晶水。

其合成方法是：

（1）分别将青石、黄土破碎烘干，将废玻璃清洗干净后烘干，然后将冷轧污泥、废玻璃、黄土、青石、铁红放入球磨罐中破碎球磨至100目；

（2）按质量百分比将30～40%的冷轧污泥，40～50%的废玻璃，12～25%的黄土，0.5～1%的青石，2～3%的铁红均匀混合，得到泡沫玻璃配合料；

（3）以配合料总质量为100%，将球磨后的配合料、1%～2%的聚苯乙烯球、15%～20%的自来水均匀混合，将混合料装入模具中；

（4）将装有混合料的模具直接放入到1100℃～1140℃的发泡炉中，保温10～30min，以5～20℃/min的冷却速度冷却至500～600℃，随炉冷却至50℃以下得泡沫玻璃。

本发明所采用的主要原料为冷轧污泥，其主要物相为低温石英，方石英，CaFe₅AlO₉。

本发明所采用的发泡剂为聚苯乙烯球（粒径1～1.5mm）、青石、黄土，聚苯乙烯球高温挥发分解，在试样中形成微小气泡，玻璃相在高温条件下逐渐增多，青石中的碳酸钙、黄土中的方解石和白云石在高温下分解产生二氧化碳气体，随着二氧化碳气体的填充，微小气泡逐渐形成大气泡，起到发泡的作用。

本发明所采用的助熔剂为黄土、青石，黄土和青石中的钠长石、钾长石高温分解出Na₂O、K₂O，有助于玻璃体的熔融，降低坯料的软化温度。

本发明所采用的稳泡剂为铁红，主要是Fe₂O₃，其作用为：Fe₂O₃在熔融状态的玻璃中可以大大增加玻璃的表面张力，有利于稳定气泡和控制泡径；Fe₂O₃的加入可以提高泡沫玻璃的抗压强度；Fe₂O₃可作为熔剂组分，与CaCO₃高温生成低熔点化合物，降低烧成温度；Fe₂O₃掺量增加其泡径也相应增加，但用量较多时容易形成大气泡，造成气泡结构不均，同时颜色变深。Fe₂O₃掺量控制在3%以内为宜。

本发明的优点在于：

本发明以冷轧污泥和废玻璃为主要原材料，添加适量的其他废弃物和天然原料，在一定热处理制度下制备泡沫玻璃。原料冷轧污泥中SiO₂、Al₂O₃含量较高，属于硅酸盐材料，含有较多的玻璃相，可以替代部分废玻璃，并且能够显著提高泡沫玻璃的强度，有效回收利用冷轧污泥、减轻其对环境的污染；制备工艺中省略了预热阶段，工艺周期短、操作简单；废玻璃、青石、黄土和铁红等原料成本低廉，来源广泛，环保节能，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明：

图1：利用冷轧污泥和废玻璃制备泡沫玻璃的工艺流程图

图2：利用冷轧污泥和废玻璃制备泡沫玻璃的XRD图谱

图3：利用冷轧污泥和废玻璃制备泡沫玻璃SEM图

具体实施方式：

1.原料选取

原料为冷轧污泥、废玻璃、青石、黄土、铁红、聚苯乙烯球（粒径1～1.5mm），原料各组分的化学分析结果如表1所示：

表1：原料各组分的化学成分

2.合成步骤：见图1

3.泡沫玻璃表征

从图2XRD结果很清晰地看到含有大量的玻璃相以及少量的晶相，其中主要物相包括透辉石、石英。

从图3可看出泡沫玻璃中分布着孔径大小均一的闭合气孔，孔径1～3mm。

下面结合实施例对本发明做进一步说明：

实施例1：将清洗后的废玻璃、黄土、青石放在110℃烘箱内烘干，分别将冷轧污泥、废玻璃、黄土、青石、铁红放入球磨罐中破碎球磨至100目；按质量百分比将30%的冷轧污泥，48.5%的碎玻璃粉，18.3%的黄土，2.4%的铁红，0.9%的青石混合均匀，以上述配合料总质量为100%，外加1.5%的聚苯乙烯球、20%的自来水，混合均匀；将混合料填入模具中并直接放入到1120℃的发泡炉中，保温10min，以5～20℃/min的冷却速度冷却至500～600℃，随炉冷却至50℃以下得泡沫玻璃。

本实施例1所制备的泡沫玻璃性能：体积密度为0.34g/cm³，体积吸水率为2.72%，抗折强度为2.32MPa，抗压强度为2.68MPa。

实施例2：将清洗后的废玻璃、黄土、青石放在110℃烘箱内烘干，分别将冷轧污泥、废玻璃、黄土、青石、铁红放入球磨罐中破碎球磨至100目；按质量百分比将35.0%的冷轧污泥，45.0%的碎玻璃粉，17.0%的黄土，2.2%的铁红，0.8%的青石混合均匀，以上述配合料总质量为100%，外加1.5%的聚苯乙烯球、20%的自来水，混合均匀；将混合料填入模具中并直接放入到1120℃的发泡炉中，保温15min，以5～20℃/min的冷却速度冷却至500～600℃，随炉冷却至50℃以下得泡沫玻璃。

本实施例2所制备的泡沫玻璃性能：体积密度为0.24g/cm³，体积吸水率为0.35%，抗折强度为1.07MPa，抗压强度为0.81MPa。

实施例3：将清洗后的废玻璃、黄土、青石放在110℃烘箱内烘干，分别将冷轧污泥、废玻璃、黄土、青石、铁红放入球磨罐中破碎球磨至100目；按质量百分比将35.0%的冷轧污泥，45.0%的碎玻璃粉，17.0%的黄土，2.2%的铁红，0.8%的青石混合均匀，以上述配合料总质量为100%，外加1.5%的聚苯乙烯球、20%的自来水，混合均匀；将混合料填入模具中并直接放入到1140℃的发泡炉中，保温15min，以5～20℃/min的冷却速度冷却至500～600℃，随炉冷却至50℃以下得泡沫玻璃。

本实施例3所制备的泡沫玻璃性能：体积密度为0.18g/cm³，体积吸水率为0.89%，抗折强度为0.60MPa，抗压强度为0.36MPa。

实施例4：将清洗后的废玻璃、黄土、青石放在110℃烘箱内烘干，分别将冷轧污泥、废玻璃、黄土、青石、铁红放入球磨罐中破碎球磨至100目；按质量百分比将35.0%的冷轧污泥，45.0%的碎玻璃粉，17.0%的黄土，2.2%的铁红，0.8%的青石混合均匀，以上述配合料总质量为100%，外加1.5%的聚苯乙烯球、20%的自来水，混合均匀；将混合料填入模具中并直接放入到1100℃的发泡炉中，保温25min，以5～20℃/min的冷却速度冷却至500～600℃，随炉冷却至50℃以下得泡沫玻璃。

本实施例4所制备的泡沫玻璃性能：体积密度为0.27g/cm³，体积吸水率为1.49%，抗折强度为0.91MPa，抗压强度为0.72MPa。

Claims

1.一种用冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，其特征在于：主要以冷轧污泥为原料，其制备步骤是：

(1)将清洗后的废玻璃、黄土、青石放在110℃烘箱内烘干，然后将冷轧污泥、废玻璃、黄土、青石、铁红放入球磨罐中破碎球磨至100目；

(2)按质量百分比将30～40％的冷轧污泥，40～50％的废玻璃，12～25％的黄土，0.5～1％的青石，2～3％的铁红均匀混合，得到泡沫玻璃配合料；

(3)以配合料总质量为100％，将球磨后的配合料、1％～2％的聚苯乙烯球、15％～20％的自来水均匀混合，将混合料装入模具中；

(4)将装有混合料的模具直接放入到1100℃～1140℃的发泡炉中，保温10～30min，以5～20℃/min的冷却速度冷却至500～600℃，随炉冷却至50℃以下得泡沫玻璃；

所述的冷轧污泥主要化学成分以重量百分比计：Al₂O₃含量为45％～50％，SiO₂含量为30％～35％，Fe₂O₃为5～10％，K₂O+Na₂O为0～5％，其余物质主要为结晶水；主要物相为低温石英，方石英，CaFe₅AlO₉。

2.根据权利要求1所述的冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，其特征在于所述的废玻璃为普通钠硅钙玻璃。

3.根据权利要求1所述的冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，其特征在于所述的黄土主要物相为低温石英，钠长石，钾长石，镁方解石，白云石。

4.根据权利要求1所述的冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，其特征在于所述的青石主要物相为钠长石，低温石英，氧化铁，碳酸钙。

5.根据权利要求1所述的冷轧污泥和废玻璃生产泡沫玻璃的方法，其特征在于所述的聚苯乙烯球粒径为1～1.5mm。