CN104788011A - 一种高硅铁尾矿泡沫微晶玻璃及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用高硅铁尾矿生产的泡沫微晶玻璃及其生产方法，主要原料包括高硅铁尾矿70~90%、发泡剂0.5~5%、添加剂5~30%；其中发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合；添加剂由钠长石、滑石按5:(0.5-1)的质量比混合；生产时将原料混合均匀，成型后经预热、烧结、发泡、析晶、退火工序，制得泡沫微晶玻璃。该产品具有密度小、导热系数小、抗压强度高、易于加工成形等优点；可用于别墅、民用房屋、工业厂房等建筑中。本发明不仅解决了泡沫微晶玻璃生产原料成本高、工艺复杂等问题，而且解决了尾矿堆积对环境产生的污染危害，能变废为宝，节能环保。
Description
技术领域
本发明属于建筑与工程保温和隔热材料技术领域，涉及一种利用高硅铁尾矿生产的泡沫微晶玻璃及其生产方法。
背景技术
目前，各种尾矿已成为我国产出量最大、综合利用率最低的大宗固体废弃物之一，累计堆存量超100亿吨，年产出量超10亿吨，其中铁尾矿占全部尾矿堆存量的近1/3。我国其他大宗固体废弃物，如煤矸石、粉煤灰等综合利用率均超过50%，而尾矿综合利用率不到20%，并且对铁尾矿的开发利用主要集中在生产水泥类制品、道路填充、铁元素再回收等方面，产品的附加值较低。如何解决尾矿堆存量大、综合利用率低的问题，已成为当前科研和社会关注的热点。
泡沫微晶玻璃是一种在玻璃相中均匀分布着大量微小气孔和晶体所组成的材料，是一种具有优越的隔热、阻燃、吸音、质轻、强度高等性能的新型环保建筑材料。现有技术中泡沫微晶玻璃主要以石英、长石、高岭土等硅酸盐为基础原料生产，生产成本较高，制约了这一新材料的进一步推广应用；经检索，目前还未发现有利用尾矿特别是高硅铁尾矿生产泡沫微晶玻璃的相关技术。
发明内容
本发明针对现有技术中生产的泡沫微晶玻璃成本高、工艺复杂等问题，提供一种以固体废弃物高硅铁尾矿为主要原料、工艺简化的泡沫微晶玻璃及其生产方法，该产品具有密度小、导热系数小、抗压强度高、易加工成型等优点。
本发明的技术方案：
一种利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃，是由以下方法加工得到：
（1）按重量百分比称取原料：高硅铁尾矿70~90%、发泡剂0.5~5%、添加剂5~30%；所述发泡剂由碳粉和碳酸钙混合而成，其中碳粉和碳酸钙的质量比为2:1；添加剂由钠长石、滑石混合而成，钠长石、滑石的质量比为5:(0.5-1)；
（2）采用球磨机将各种原料球磨混合均匀；
（3）将混合料装入模具中压制成型，或直接将混合料铺至模具中成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶和退火工序，制得泡沫微晶玻璃毛坯；
（5）将泡沫微晶玻璃按毛坯产品要求进行加工。
所述高硅铁尾矿的化学成分为：SiO2 60~75wt%、Al2O3 10~20wt%、K2O和Na2O的量 2~5wt%、Fe2O3 5~10wt%、CaO和MgO的量 2~4wt%，烧失量为2~5wt%。
原料球磨时的粒度要求为200~300目。
所述预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序的要求如下：
1）预热：将成型后的混合料从室温以2~5℃/min的速度升温，逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以5~10℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以5~10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1150~1250℃，在此温度下保温30~60分钟；
4）急冷：然后以20~30℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃保温60~120分钟进行析晶；
6）退火：最后以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
所述加工是通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
一种利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）按重量百分比称取原料：高硅铁尾矿70~90%、发泡剂0.5~5%、添加剂5~30%；所述发泡剂由碳粉和碳酸钙混合而成，其中碳粉和碳酸钙的质量比为2:1；添加剂由钠长石、滑石混合而成，钠长石、滑石的质量比为5:(0.5-1)；
（2）采用球磨机将各种原料球磨混合均匀；
（3）将混合料装入模具中压制成型，或直接将混合料铺至模具中成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶和退火工序，制得泡沫微晶玻璃毛坯；
（5）将泡沫微晶玻璃按毛坯产品要求进行加工。
本发明的积极有益效果：
（1）本发明的泡沫微晶玻璃以高硅铁尾矿为主要原料，配以发泡剂和添加剂长石、滑石等原料，原料少，工序简化，生产成本低，不仅解决了泡沫微晶玻璃生产原料成本高、工艺复杂的问题，而且解决了尾矿堆积对环境产生的污染危害问题，能变废为宝，节能环保。
（2）本发明的泡沫微晶玻璃产品性能优异，经检测其体积密度0.18-0.60
g/cm3，抗压强度为2.0-15.0MPa，吸水率为0.5-3.2%，常温导热系数为0.065-0.118 w（m·k），具有体积密度和导热系数小、抗压强度高、易于加工成形等优点；可用于别墅、民用房屋、工业厂房等建筑中。
（3）本发明的泡沫微晶玻璃成型后在隧道窑中进行制备，通过预热、烧结、发泡、急冷、析晶和退火工序，在预热、烧结、发泡工序中采用较低的升温速率，能保证配合料中自然水和结晶水的排出，同时使配合料受热、发泡均匀，一定的发泡保温时间使得被液相包裹的泡孔充分长大，并通过急速冷却固化泡孔结构，最终析晶、退火制得泡沫产品，因此本发明采用的严格控制温度制度，有利于产品性能的优化和提高。
（4）本方法制得的泡沫微晶玻璃孔径均一（参见图1），性能良好，适合于工业化生产，具有较好的经济和社会效益。
附图说明
图1 本发明的泡沫微晶玻璃的宏观及微观结构图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实例对该技术方案作进一步的阐明，但以下实施例并不表示对本发明的任何限制。
实施例中采用的高硅铁尾矿的化学成分：SiO2 60~75wt%、Al2O3 10~20wt%、K2O+Na2O 2~5wt%、Fe2O3 5~10wt%、CaO+MgO 2~4wt%，烧失量2~5wt%。
实施例一：利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）原料：称取高硅铁尾矿90wt%、发泡剂1wt%、添加剂9wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成，添加剂由钠长石和滑石按5:0.5的质量比混合而成；
（2）将各原料置于球磨机中，球磨至混合料的粒度为200目；
（3）将混合料铺到模具中成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序，制得泡沫微晶玻璃毛坯，具体要求如下：
1）预热：将成型后的混合料以2℃/min的升温速度，从室温逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以5℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1150~1250℃，在此温度下保温60分钟；
4）急冷：然后以20℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃下保温120分钟；
6）退火：以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
（4）通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
实施例二 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）原料：称取原料高硅铁尾矿80wt%、发泡剂1wt%、添加剂19wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成，添加剂由钠长石和滑石按5:0.5的质量比混合而成；
（2）将各原料置于球磨机中，球磨至混合料的粒度为300目；
（3）将混合料装入模具中压制成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑中，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序，制得泡沫微晶玻璃毛坯，具体要求如下：
1）预热：将成型后的混合料以5℃/min的升温速度，从室温逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以5℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1150℃，在此温度下保温60分钟；
4）急冷：然后以30℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃下保温60分钟；
6）退火：以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
（4）最终按产品要求通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
实施例三 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）称取原料高硅铁尾矿70wt%、发泡剂1wt%、添加剂29wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按质量比2:1混合而成，添加剂由钠长石和滑石按质量比5:0.5混合而成；
（2）将各原料置于球磨机中，球磨至混合料的粒度为250目；
（3）将混合料装入模具中压制成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序，制得毛坯泡沫微晶玻璃，具体要求如下：
1）预热：以5℃/min的升温速度，将成型后的混合料从室温逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以5℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1200℃，在此温度下保温60分钟；
4）急冷：然后以30℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃下保温60分钟；
6）退火：以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
（4）最终按产品要求通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
实施例四 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
（1）称取原料高硅铁尾矿90wt%、发泡剂5wt%、添加剂5wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成，添加剂由钠长石和滑石按5:0.5的质量比混合而成；
（2）将各原料置于球磨机中，球磨至混合料的粒度为200目；
（3）将混合料装入模具中压制成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序，制得毛坯泡沫微晶玻璃；具体要求如下：
1）预热：将成型后的混合料以5℃/min的升温速度，从室温逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以10℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1250℃，在此温度下保温30分钟；
4）急冷：以20℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃保温120分钟；
6）退火：以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
（4）最终按产品要求通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
实施例五 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，主要原料为：高硅铁尾矿80wt%，发泡剂5wt%，添加剂15wt%；所述发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成；添加剂由钠长石和滑石按5:1的质量比混合而成；
生产方法同实施例一。
实施例六 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，主要原料为：高硅铁尾矿70wt%，发泡剂5wt%，添加剂25wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成；添加剂由钠长石和滑石按5:0.5的质量比混合而成；生产方法同实施例二。
实施例七 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，主要原料为：高硅铁尾矿90wt%，发泡剂3wt%，添加剂7wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成；添加剂由钠长石和滑石按5:1的质量比混合而成；生产方法同实施例一。
实施例八 利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，主要原料为：高硅铁尾矿85wt%，发泡剂4.5wt%，添加剂10.5wt%；发泡剂由碳粉和碳酸钙按2:1的质量比混合而成；添加剂由钠长石和滑石按5:1的质量比混合而成；生产方法同实施例一。
本发明实施例一~八生产的泡沫微晶玻璃的性能指标如表1所示。
表1本发明实施例中泡沫玻璃的性能指标
Claims (10)
1.一种利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃，其特征是，所述泡沫微晶玻璃是由以下方法加工得到的：
（1）按重量百分比称取原料：高硅铁尾矿70~90%、发泡剂0.5~5%、添加剂5~30%；所述发泡剂由碳粉和碳酸钙混合而成，其中碳粉和碳酸钙的质量比为2:1；添加剂由钠长石、滑石混合而成，钠长石、滑石的质量比为5:(0.5-1)；
（2）采用球磨机将各种原料球磨混合均匀；
（3）将混合料装入模具中压制成型，或直接将混合料铺至模具中成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶和退火工序，制得泡沫微晶玻璃毛坯；
（5）将泡沫微晶玻璃按毛坯产品要求进行加工。
2.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃，其特征在于，所述高硅铁尾矿的化学成分为：SiO2 60~75wt%、Al2O3 10~20wt%、K2O和Na2O的量 2~5wt%、Fe2O3 5~10wt%、CaO和MgO的量 2~4wt%，烧失量为2~5wt%。
3.根据权利要求1所述的泡沫微晶玻璃，其特征在于，原料球磨时的粒度要求为200~300目。
4.根据权利要求1-3任一项所述的泡沫微晶玻璃，其特征在于，所述预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序的要求如下：
1）预热：将成型后的混合料从室温以2~5℃/min的速度升温，逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以5~10℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以5~10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1150~1250℃，在此温度下保温30~60分钟；
4）急冷：然后以20~30℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃保温60~120分钟进行析晶；
6）退火：最后以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
5.根据权利要求4所述的泡沫微晶玻璃，其特征在于，所述加工是通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
6.一种利用高硅尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
（1）按重量百分比称取原料：高硅铁尾矿70~90%、发泡剂0.5~5%、添加剂5~30%；所述发泡剂由碳粉和碳酸钙混合而成，其中碳粉和碳酸钙的质量比为2:1；添加剂由钠长石、滑石混合而成，钠长石、滑石的质量比为5:(0.5-1)；
（2）采用球磨机将各种原料球磨混合均匀；
（3）将混合料装入模具中压制成型，或直接将混合料铺至模具中成型；
（4）将成型后的混合料推入隧道窑，经预热、烧结、发泡、急冷、析晶和退火工序，制得泡沫微晶玻璃毛坯；
（5）将泡沫微晶玻璃按毛坯产品要求进行加工。
7.根据权利要求6所述的利用高硅铁尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述高硅铁尾矿的化学成分为：SiO2 60~75wt%、Al2O3 10~20wt%、K2O和Na2O的量 2~5wt%、Fe2O3 5~10wt%、CaO和MgO的量 2~4wt%，烧失量为2~5wt%。
8.根据权利要求7所述的利用高硅铁尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，原料球磨时的粒度要求为200~300目。
9.根据权利要求6-8任一项所述的利用高硅铁尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述预热、烧结、发泡、急冷、析晶、退火工序的要求如下：
1）预热：将成型后的混合料从室温以2~5℃/min的速度升温，逐渐升温至600℃，在此温度下保温30分钟；
2）烧结：以5~10℃/min的升温速度从600℃逐渐升温至1000℃，在此温度下保温60分钟；
3）发泡：以5~10℃/min的升温速度从1000℃逐渐升温至1150~1250℃，在此温度下保温30~60分钟；
4）急冷：然后以20~30℃/min的降温速度降温至850℃；
5）析晶：在850℃保温60~120分钟进行析晶；
6）退火：最后以2℃/min的降温速度降至室温，制得泡沫微晶玻璃毛坯。
10.根据权利要求9所述的利用高硅铁尾矿生产泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述加工是通过切割、打磨、钻孔对泡沫微晶玻璃毛坯进行加工，制得成品泡沫微晶玻璃。
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