CN105293907B

CN105293907B - 释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN105293907B
Application number: CN201510676256.9A
Authority: CN
Inventors: 陆金驰; 陈凯; 谢小妍; 曾繁良; 侯英键; 黄运强; 钟克志; 叶续意
Original assignee: Xinxing Dongjun Ceramic Co Ltd; South China Agricultural University
Current assignee: Xinxing Dongjun Ceramic Co Ltd; South China Agricultural University
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: CN105293907A

Abstract

本发明属于玻璃陶瓷技术领域，公开了一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃及其制备方法和应用。制备方法包括如下步骤：将煤粉炉渣和油页岩灰渣磨细，与辅助材料充分混合，装入混合料的坩埚放入高温炉中，升温到1400～1450摄氏度范围内熔化，保温1.5小时后，水淬成玻璃颗粒，烘干，将准备好的基础玻璃与辅助材料按适当比例配合，放入球磨机中混合均匀，然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入高温炉中烧结出泡沫微晶玻璃。本发明制备的泡沫微晶玻璃不仅具有隔热、耐腐蚀、吸声、防火、防潮、轻质高强及易加工等优越性能，而且还具有释放负离子和发射对人体有益的远红外等优点，具有明显的经济效益和环境效益。

Description

释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于玻璃陶瓷技术领域，涉及建筑材料范畴，具体涉及一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃及其制备方法和应用。

背景技术

煤粉炉渣是煤粉炉里的燃煤部分在炉膛中粘结起来并由炉底排出的废渣，根据各地煤质和电厂锅炉燃烧情况不同，煤粉炉渣的排放量一般占电厂总燃煤量的5％～10％，约为粉煤灰排放量的25％。可见，煤粉炉渣已成为一种仅次于粉煤灰的电厂主要工业固体废弃物。但是，目前在我国煤粉炉渣的应用还未引起人们足够重视，仍在大量地积存，不仅占用土地，而且放出含硫气体污染大气，危害环境。油页岩渣是指油页岩经干馏或燃烧后剩下的物质。油页岩渣属于含有少量残炭的类似火山灰质的瘠性原料，有一定的颗粒度。油页岩矿化程度很高，含油率较低，所以不管是低温干馏或燃烧发电，其废渣生成率都很高。即使以油页岩的最高含油率30％计算，干馏或燃烧之后也会有70％的残渣排放，除了少量的挥发分之外，大部分是固体灰渣。我国油页岩的开发利用已经有70多年的历史，其中在广东茂名地区形成了两个巨大的废渣堆放场，其废渣总量高达214×10⁸t，给当地造成了严重的环境污染。我国能源短缺，此类废渣会随着我国油页岩的大量开采使用而大幅度增加。目前，我国煤粉炉渣和油页岩渣等工业废弃物的利用率远不如发达国家，不仅占用大片土地，造成环境污染，给经济建设和生态环境造成了巨大压力。

自上世纪八十年代末，随着Kubo等发现并提出电气石具有永久性自发电极化效应及具有远红外辐射、释放负离子等功能后，各国研究人员将电气石单独做为一种生态环境材料应用或被负载于其它载体表面或与塑料或者与其它材料制备成复合材料以提高其环保效应。通过科技查新，国内外尚无利用煤粉炉渣和油页岩渣为主要原料制备释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃方面的报道，而释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃的制备又亟需开发一种对人体健康有益的生态环境功能材料。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种可释放负离子、发射对人体有益的远红外、隔热、耐腐蚀、吸声、防火、防潮、轻质高强及易加工等优点的泡沫微晶玻璃。

本发明的另一目的在于提供一种上述泡沫微晶玻璃的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述泡沫微晶玻璃的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃，该泡沫微晶玻璃由以下按重量百分比计的原料制备而成：

所述固体废弃物原料为煤粉炉渣与油页岩渣。

所述电气石为铁电气石、镁电气石或锂电气石；所述稀土氧化物为氧化钇或氧化铈。

所述泡沫微晶玻璃的主晶相为β-硅灰石，次晶相为辉石和钙长石。

所述泡沫微晶玻璃的泡径平均为1.5～2毫米，气孔率达百分之五十，表观密度为900公斤每立方米，抗压强度达15兆帕，抗弯强度达11兆帕，10厘米范围内负离子释放量达1500个每立方每厘米，远红外8～14μm辐射率达0.73。

上述释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃的制备方法，按照以下操作步骤：

A、将重量百分比45％～65％的块状的固体废弃物原料粉碎至全部通过80目筛；再将重量百分比3％～5％的碳酸镁和重量百分比3％～6％的碳酸钠均匀混合，装入坩锅中，于1400～1450摄氏度熔融90分钟，得到玻璃液；然后将所得玻璃液倒入水中冷淬，制备得基础玻璃，最后将基础玻璃球磨全部通过75微米筛备用；所述固体废弃物原料为煤粉炉渣与油页岩渣；

B、取基础玻璃，再添加重量百分比8％～15％的发泡剂碳酸钙、重量百分比3％～7％的稳泡剂磷酸钠、重量百分比6％～20％的电气石和重量百分比1％～3％的稀土氧化物，放入球磨机中混合均匀，然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入程控高温炉中；

C、以升温速率为2～5摄氏度每分钟从室温加热至400摄氏度，保温20～30分钟使配合料中的水分脱去；然后以升温速率为10～20摄氏度每分钟快速升温至900～1000摄氏度范围内保温15～25分钟，使发泡剂碳酸钙分解放出气体，软化的配合料发生体积膨胀；然后以速率为10～20摄氏度每分钟迅速将微晶泡沫玻璃试样冷却至600摄氏度退火，使试样中产生的气孔固定，保温15～25分钟后随炉自然冷却至室温，以消除微晶泡沫玻璃试样中的自应力，然后将微晶泡沫玻璃试样从程控高温炉中取出并进行抛光、切割，得到释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃。

上述释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃可应用在室内外装饰、处理废气或净化水质领域中。

本发明的原理是：本发明基于充分发挥稀土氧化物对电气石中有效成分的增强作用，设计采用煤粉炉渣和油页岩渣等废弃物为主要原料，通过改善原料组成配方和烧结工艺，来制备一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃。该泡沫微晶玻璃以煤粉炉渣和油页岩渣等废弃物替代传统泡沫微晶玻璃矿物原料，降低了生产对优质矿物资源的依赖，提高了资源的利用效率，减少了固体废物的排放，降低了释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃的生产成本，并适于工业化应用；本发明所得释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃是利用电气石中有效的氧化物成分，经过高温条件下稀土氧化物催化增强作用后所得到的，该泡沫微晶玻璃的负离子释放量达1500个每立方每厘米，远红外8～14μm辐射率达0.73(参见实施例3)。

本发明相对现有技术，具有如下的优点及有益效果：本发明制备方法工艺简单，使用设备少，产品不仅具有隔热、耐腐蚀、吸声、防火、防潮、轻质高强及易加工等优越性能，而且还具有释放负离子和发射对人体有益的远红外等优点成本低廉，具有明显的经济效益和环境效益。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例中采用的实施条件可以根据厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验条件。

实施例1

本实施例泡沫微晶玻璃由以下按重量百分比计的原料制备而成：煤粉炉渣用量为32％，油页岩渣用量为33％，发泡剂碳酸钙8％，稳泡剂磷酸钠4％、碳酸钠4％，碳酸镁5％，铁电气石12％，氧化钇2％，各组分之和为100％。

具体工艺步骤如下：

A、将块状的煤粉炉渣和油页岩渣粉碎至全部通过80目筛，与碳酸镁和碳酸钠一起装入坩锅中，于1400-1450摄氏度熔融90分钟，得到玻璃液；将玻璃液倒入水中冷淬，制备得基础玻璃，最后将基础玻璃球磨全部通过75微米筛备用。

B、取步骤A中得到的基础玻璃，再添加发泡剂碳酸钙、稳泡剂磷酸钠、铁电气石和氧化钇，放入球磨机中混合均匀，然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入程控高温炉中。

C、以升温速率为5摄氏度每分钟从室温加热至400摄氏度，保温20分钟使配合料中的水分脱去；然后以升温速率为10摄氏度每分钟快速升温至950摄氏度范围内保温20分钟，使发泡剂碳酸钙分解放出气体，软化的配合料发生体积膨胀；然后以降温速率为10摄氏度每分钟迅速将微晶泡沫玻璃试样冷却至600摄氏度退火，使试样中产生的气孔固定，保温15分钟后随炉自然冷却至室温，以消除微晶泡沫玻璃试样中的自应力，然后将微晶泡沫玻璃试样从程控高温炉中取出并进行抛光、切割等，从而制备出本发明释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃。

本实施例制备出的泡沫微晶玻璃泡径平均约为1.5毫米，气孔率约43％，表观密度为960公斤每立方米，抗压强度达15.0兆帕，抗弯强度达11兆帕，10厘米范围内负离子释放量达1250个每立方每厘米，远红外8-14μm辐射率达0.64。

实施例2

本实施例泡沫微晶玻璃由以下按重量百分比计的原料制备而成：煤粉炉渣用量为28％，油页岩渣用量为28％，发泡剂碳酸钙12％，稳泡剂磷酸钠5％、碳酸钠5％，碳酸镁5％，镁电气石15％，氧化铈2％，各组分之和为100％。

具体工艺步骤如下：

A、将块状的油页岩渣粉碎至全部通过80目筛，然后与碳酸镁和碳酸钠一起装入坩锅中，于1400-1450摄氏度熔融90分钟，得到玻璃液；将玻璃液倒入水中冷淬，制备得基础玻璃，最后将基础玻璃球磨全部通过75微米筛备用。

B、取步骤A中得到的基础玻璃，再添加发泡剂碳酸钙、稳泡剂磷酸钠、镁电气石和氧化铈，放入球磨机中混合均匀，然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入程控高温炉中。

C、以升温速率为3摄氏度每分钟从室温加热至400摄氏度，保温25分钟使配合料中的水分脱去；然后以升温速率为15摄氏度每分钟快速升温至980摄氏度范围内保温25分钟，使发泡剂碳酸钙分解放出气体，软化的配合料发生体积膨胀；然后以降温速率为15摄氏度每分钟迅速将微晶泡沫玻璃试样冷却至600摄氏度退火，使试样中产生的气孔固定，保温20分钟后随炉自然冷却至室温，以消除微晶泡沫玻璃试样中的自应力，然后将微晶泡沫玻璃试样从程控高温炉中取出并进行抛光、切割等，从而制备出本发明释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃。

本实施例制备出的泡沫微晶玻璃泡径平均约为1.8毫米，气孔率约45％，表观密度为920公斤每立方米，抗压强度达14.4兆帕，抗弯强度达10.5兆帕，10厘米范围内负离子释放量达1380个每立方每厘米，远红外8-14μm辐射率达0.68。

实施例3

本实施例泡沫微晶玻璃由以下按重量百分比计的原料制备而成：煤粉炉渣用量为23％，油页岩渣用量为22％，发泡剂碳酸钙15％，稳泡剂磷酸钠7％、碳酸钠6％，碳酸镁5％，锂电气石20％，氧化铈1％，氧化钇1％，各组分之和为100％。

本发明的工艺步骤：

B、取步骤A中得到的基础玻璃，再添加发泡剂碳酸钙、稳泡剂磷酸钠、锂电气石、氧化铈和氧化钇，放入球磨机中混合均匀，然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入程控高温炉中。

C、以升温速率为5摄氏度每分钟从室温加热至400摄氏度，保温25分钟使配合料中的水分脱去；然后以升温速率为15摄氏度每分钟快速升温至960摄氏度范围内保温25分钟，使发泡剂碳酸钙分解放出气体，软化的配合料发生体积膨胀；然后以降温速率为20摄氏度每分钟迅速将微晶泡沫玻璃试样冷却至600摄氏度退火，使试样中产生的气孔固定，保温20分钟后随炉自然冷却至室温，以消除微晶泡沫玻璃试样中的自应力，然后将微晶泡沫玻璃试样从程控高温炉中取出并进行抛光、切割等，从而制备出本发明释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃。

本实施例制备出的泡沫微晶玻璃泡径平均约为2.0毫米，气孔率约50％，表观密度为900公斤每立方米，抗压强度达14.3兆帕，抗弯强度达9.8兆帕，10厘米范围内负离子释放量达1500个每立方每厘米，远红外8-14μm辐射率达0.73。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃，其特征在于：该泡沫微晶玻璃由以下按重量百分比计的原料制备而成：

所述固体废弃物原料为煤粉炉渣与油页岩渣；

2.根据权利要求1所述的一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃，其特征在于：所述泡沫微晶玻璃的主晶相为β-硅灰石，次晶相为辉石和钙长石。

3.根据权利要求1所述的一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃，其特征在于：所述泡沫微晶玻璃的泡径平均为1.5～2毫米，气孔率达百分之五十，表观密度为900公斤每立方米，抗压强度达15兆帕，抗弯强度达11兆帕，10厘米范围内负离子释放量达1500个每立方每厘米，远红外8～14μm辐射率达0.73。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种释放负离子和发射远红外功能泡沫微晶玻璃在室内外装饰、处理废气或净化水质领域中的应用。