CN105948512A - 利用选钛尾矿制备的微晶泡沫玻璃及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃及其制备方法，属于工业废弃资源综合利用领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，包括以下步骤：以选钛尾矿为主要原料配合辅料制备出玻璃基础物料，将玻璃基础物料配加发泡剂、稳泡剂于发泡炉中发泡制得微晶泡沫玻璃。本发明方法原料简单易得、成本低廉，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、对烟气高低温变化适应性强的性能。
Description
技术领域
本发明涉及利用选钛尾矿制备的微晶泡沫玻璃及其制备方法，属于工业废弃资源综合利用领域。
背景技术
微晶泡沫玻璃是一种在玻璃相基体中均匀分布着大量气孔和针状纳米级微晶体的新材料。由于玻璃与晶体网络连结在一起，形成了玻璃晶交织结构，内部充满无数微小均匀连通或封闭气孔的玻璃材料。一般以废玻璃、粉煤灰、油页岩、高炉热熔渣等原材料经高温熔融后，在配合发泡剂、稳泡剂等加热到基础玻璃软化温度以上，发泡剂开始发生氧化或分解，产生大量的气体，而这些气体刚好被已经软化的基础玻璃原料所包裹，随着时间的延长，温度的升高，玻璃相黏度降低，气泡内压力增大，当气体压力大于玻璃表面张力，玻璃壁变薄，气体体积增大，形成较大的气泡，经过快速冷却，形成稳定的多孔玻璃结构。
微晶泡沫玻璃具有机械强度高、导热系数小、热加工性能稳定、热膨胀系数低、不变形、使用寿命长、工作温度范围宽、耐腐蚀性能强、不吸水、不透湿、易加工、施工方便等优点，是一种性能良好的保温隔热和吸声的节能环保材料，也是一种轻质的高强建筑材料和装饰材料。
专利CN 201210398272.2，一种泡沫玻璃及其生产方法，以重量份数计，将玻璃、硅微粉、发泡剂炭黑、改性添加剂Al2O3和发泡促进剂Ti2O3混合、粉碎后形成混合物粉末，将所述混合物粉末在850度熔化为混合物液体，在720度保持50分钟，降温至550度时开始退火38小时制备成微晶泡沫玻璃。该发明专利生产原料硅微粉及发泡剂炭黑、改性添加剂Al2O3和发泡促进剂Ti2O3价格昂贵，发泡剂炭黑发泡时产生气体较多，使制备的发泡玻璃气孔较大，粒径大小不一，加入硅微粉发泡温度较高，晶化时间38小时，生产成本较高。该方法制备的泡沫玻璃具有抗压与抗折强度较低，对耐热温度温变化适应性差强等缺点。
攀枝花每年开采钒钛磁铁矿1150万t，产生选钛尾矿660万t。选钛尾矿中存在大量的有价矿物元素，主要以钛辉石、长石、钛铁矿、钛磁铁矿、角闪石、橄榄石等，主要化学成分含有SiO2 32～38％、TiO2 7～10％、Al2O3 9.8～11％、CaO 9.6～14％等多种有价值矿物占到78％以上。
发明内容
针对上述现有技术制备泡沫玻璃所存在的缺陷，以及选钛尾矿未被合理利用，本发明提出了一种利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃及制备方法。该方法工艺过程易操作、能耗低、实用性强；并且制备的泡沫玻璃具有粒径均匀的气泡和温度的多孔，并具有低传导率、密度小、耐高温、耐腐蚀、抗压与抗折强度高等优点。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法。该方法包括以下步骤：
a、按重量配比将选钛尾矿30～35份、石英砂20～24份、长石粉12～16份、硼砂14～16份、硝酸钠3.7～4.0份、冰晶石3.0～3.5份、氟硅酸钠0.5～0.8份、氟化钙2.7～3份、碳酸钠4.3～4.5份混匀得混合料，将混合料在1200～1250℃保温至拉丝无节点，得到均匀的液态熔融玻璃体；将液态熔融玻璃体倒入水中淬碎，取出固体、干燥、粉碎、过筛，筛下物即为玻璃基础物料；
b、按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰0～2份、碳酸钙1.8～2.2份、石墨0～2份、磷酸钾4.5～7份混匀后发泡，制得微晶发泡玻璃。
优选的，上述方法步骤a中，将混合料先在800～850℃保温40～60min后再于1200～1250℃保温至拉丝无节点。
进一步的，上述方法步骤a中，所述保温至拉丝无节点的保温时间为90～120min。
优选的，上述方法步骤a中，所述的干燥为在100～130℃下干燥20～30min。
优选的，上述方法步骤a中，所述过筛为过120～140目筛网。
优选的，上述方法步骤b中，所述发泡为将混匀后的物料按10～12℃/min升温至780～820℃发泡15～20min，再按15～18℃/min冷却至500～550℃恒温90～120min。
优选的，上述方法步骤b中，所述发泡在内壁涂有脱模剂的刚玉坩埚内进行；所述脱模剂由三氧化二铝30～50份、石英砂粉20～30份、粘土12～15份、水25～30份按重量配比混匀而成。
优选的，上述方法步骤b中，所述脱模剂涂覆在刚玉坩埚内壁1～1.5mm，然后在100～130℃下干燥20～30min，即得内壁涂有脱模剂的刚玉坩埚。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述方法制备得到的微晶泡沫玻璃。
本发明方法以选钛尾矿为主要原料，通过合理地选取其他原料配合，再选择合适的发泡剂、稳泡剂，以及控制合理的制备方法和参数，从而制备出的产品效果良好。本发明方法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。
具体实施方式
一种利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，包括以下步骤：
a、按重量配比将选钛尾矿30～35份、石英砂20～24份、长石粉12～16份、硼砂14～16份、硝酸钠3.7～4.0份、冰晶石3.0～3.5份、氟硅酸钠0.5～0.8份、氟化钙2.7～3份、碳酸钠4.3～4.5份混匀得混合料，将混合料在1200～1250℃保温至拉丝无节点，得到均匀的液态熔融玻璃体；将液态熔融玻璃体倒入水中淬碎，取出固体、干燥、粉碎、过120～140目筛网，筛下物即为玻璃基础物料；
b、按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰0～2份、碳酸钙1.8～2.2份、石墨0～2份、磷酸钾4.5～7份混匀，放入发泡炉中发泡后制得微晶发泡玻璃。
为了去除生料中的结晶水分及使碳酸盐、硝酸盐充分分解，不会导致未分解的碳酸盐在后期的发泡过程中再次分解产生少量二氧化碳，从而导致微晶玻璃表面无光、细腻感降低、化学稳定性变差等。优选的，步骤a中，将混合料在800～850℃保温40～60min后再于1200～1250℃保温至拉丝无节点，此过程保证了原料中的硼砂能够失去结晶水，硝酸盐、碳酸盐能够完全分解成相应的氧化物。
进一步的，上述方法步骤a中，所述保温至拉丝无节点的保温时间为90～120min。
优选的，上述方法步骤a中，所述的干燥为在100～130℃下干燥20～30min。
升温过快，发泡剂快速分解放出气体，泡沫玻璃产生的气泡孔较大，晶化后制备的微晶玻璃气孔大、密度低、抗压强度低；升温过慢，发泡剂500℃以下分解较慢，产生少量气体，当温度升高到700℃以上时，未分解的发泡剂快速分解，产生较大的气泡，最终制备的泡沫玻璃会形成大小不均匀的气泡。所以，发明人经过研究发现，将升温速度控制为10～12℃/min升温较合理，再将冷却速度控制为15～18℃/min对晶化效果影响不大。优选的，所述发泡为将混匀后的物料按10～12℃/min升温至780～820℃发泡15～20min，再按15～18℃/min冷却至500～550℃恒温90～120min。
由于刚玉坩埚耐受温度较高，能够承受温度的快速变化，不会影响坩埚自身收缩或膨胀而炸裂，所以优选在刚玉坩埚中发泡。进一步的，为了防止泡沫玻璃发泡熔融时的玻璃体与刚玉坩埚粘连，冷却后能够更好取出泡沫玻璃，并保持坩埚的形状，优选的，在刚玉坩埚内壁涂覆脱模剂，所述脱模剂由三氧化二铝30～50份、石英砂粉20～30份、粘土12～15份、水25～30份按重量配比混匀而成。
优选的，上述方法步骤b中，所述脱模剂涂覆在刚玉坩埚内壁1～1.5mm，然后在100～130℃下干燥20～30min后即得内壁涂有脱模剂的刚玉坩埚。
本发明还提供了由上述方法制备而成的微晶泡沫玻璃。本发明方法制备的微晶泡沫玻璃按建筑材料行业标准JCT647-2005测试，其抗压强度7～36MPa，密度0.77～1.85g/cm3，吸水率2.2～14Vol％，孔径0.7～2.5mm。
本发明方法选择选钛尾矿为主要原料制备泡沫玻璃，该选钛尾矿中含有7～10％的TiO2，TiO2是控制微晶泡沫玻璃有效成核和析晶的重要晶核剂，能促进玻璃态的微晶化，降低了微晶的温度；TiO2含量不太高的情况下，易溶于硅酸盐熔体中，其阳离子电荷多，场强大，且配位数高，是一种微小的悬浮体，能够快速转变为结晶相，进而使母体玻璃成核和长大，进一步提高晶化后微晶玻璃的强度。
本发明方法针对选择的原料种类配合选择了合适的发泡剂—石墨和二氧化锰，石墨与液态玻璃的化学亲和力较小，几乎不被玻璃所润湿，石墨细颗粒集中在气液相的界面，使相界面上的界面能降低，有利于泡孔的的稳定。二氧化锰发生分解时，产生大量的气体，而这些气体刚好被已经软化的基础玻璃原料所包裹，随着时间的延长，温度的升高，气泡内压力增大，形成较大的气泡，形成稳定的多孔玻璃结。
本发明方法针对选择的原料种类配合选择了合适的稳泡剂—K3PO4，K3PO4在一定温度下发生分解反应，生成K2O和P2O5，其中P5+可形成[PO4]四面体，与[SiO4]四面体一起构成连续网络，提高玻璃软化时的粘度，有利于气泡孔的稳定和网络的增强；并且K2O能够起到较好助熔作用，除具有稳泡剂的效果外，还既有助熔剂的效果。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按重量配比将选钛尾矿30份、石英砂24份、长石粉16份、硼砂14份、硝酸钠3.7份、冰晶石3.0份、氟硅酸钠0.5份、氟化钙2.7份、碳酸钠4.3份混合均匀，在电炉或窑炉中加热到850℃保温60min后，再加热到1200℃保温120min，获得均匀的熔融玻璃体，倒入冷水中淬碎，过滤滤饼130℃下干燥30min，粉碎过120目筛，制得玻璃基础物料。
按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰0.8份、碳酸钙1.8份、石墨0.2份、磷酸钾5.5份混合均匀，装入涂覆有三氧化二铝脱模剂的刚玉坩埚中。
将刚玉坩埚放入发泡炉中按10℃/min升温至820℃发泡15min，按15℃/min冷却至550℃恒温120min，取出冷却，制得微晶发泡玻璃。
按建筑材料行业标准JCT647-2005测试本实施例微晶发泡玻璃，其抗压强度为34.3MPa，密度1.78g/cm3，吸水率2.2Vol％，孔径1.2mm。
实施例2
按重量配比将选钛尾矿30份、石英砂20份、长石粉14份、硼砂14份、硝酸钠3.7份、冰晶石3.0份、氟硅酸钠0.6份、氟化钙2.7份、碳酸钠4.3份混合均匀，在电炉或窑炉中加热到850℃保温60min后，再加热到1200℃保温120min，获得均匀的熔融玻璃体，倒入冷水中淬碎，过滤滤饼130℃下干燥30min，粉碎过140目筛，制得玻璃基础物料。
按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰0.8份、碳酸钙2.2份、石墨0.2份、磷酸钾5.5份混合均匀，装入涂覆有三氧化二铝脱模剂的刚玉坩埚中。
将刚玉坩埚放入发泡炉中按10℃/min升温至800℃发泡15min，按15℃/min冷却至550℃，恒温120min，取出冷却，制得微晶发泡玻璃。
按建筑材料行业标准JCT647-2005测试本实施例微晶发泡玻璃，其为19.2MPa，密度1.17g/cm3，吸水率4.5Vol％，孔径1.8mm。
实施例3
按重量配比将选钛尾矿35份、石英砂24份、长石粉16份、硼砂14份、硝酸钠4.0份、冰晶石3.5份、氟硅酸钠0.8份、氟化钙2.7份、碳酸钠4.5份混合均匀，在电炉或窑炉中加热到850℃保温60min后，再加热到1200℃保温120min，获得均匀的熔融玻璃体，倒入冷水中淬碎，过滤滤饼130℃下干燥30min，粉碎过130目筛，制得玻璃基础物料。
按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰1.2份、碳酸钙2.0份、石墨0.2份、磷酸钾5.5份混合均匀，装入涂覆有三氧化二铝脱模剂的刚玉坩埚中。
将刚玉坩埚放入发泡炉中按10℃/min升温至800℃发泡15min，按15℃/min冷却至550℃恒温120min，取出冷却，制得微晶发泡玻璃。
按建筑材料行业标准JCT647-2005测试本实施例微晶发泡玻璃，其为10.4MPa，密度0.76g/cm3，吸水率14Vol％，孔径2.5mm。
实施例4
按重量配比将选钛尾矿35份、石英砂24份、长石粉12份、硼砂14份、硝酸钠4.0份、冰晶石3.0份、氟硅酸钠0.5份、氟化钙3份、碳酸钠4.5份混合均匀，在电炉或窑炉中加热到850℃保温60min后，再加热到1200℃保温120min，获得均匀的熔融玻璃体，倒入冷水中淬碎，过滤滤饼130℃下干燥30min，粉碎过120目筛，制得玻璃基础物料。
按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰1.2份、碳酸钙2.2份、磷酸钾7份混合均匀，装入涂覆有三氧化二铝脱模剂的刚玉坩埚中。
将刚玉坩埚放入发泡炉中按10℃/min升温至780℃发泡15min，按15℃/min冷却至550℃恒温120min，取出冷却，制得微晶发泡玻璃。
按建筑材料行业标准JCT647-2005测试本实施例微晶发泡玻璃，其为15.2MPa，密度1.15g/cm3，吸水率7.8Vol％，孔径2.0mm。
实施例5
按重量配比将选钛尾矿35份、石英砂24份、长石粉12份、硼砂14份、硝酸钠4.0份、冰晶石3.0份、氟硅酸钠0.5份、氟化钙3份、碳酸钠4.5份混合均匀，在电炉或窑炉中加热到850℃保温60min后，再加热到1200℃保温120min，获得均匀的熔融玻璃体，倒入冷水中淬碎，过滤滤饼130℃下干燥30min，粉碎过140目筛，制得玻璃基础物料。
按重量配比将玻璃基础物料100份、碳酸钙2.2份、石墨0.8份、磷酸钾7份混合均匀，装入涂覆有三氧化二铝脱模剂的刚玉坩埚中。
将刚玉坩埚放入发泡炉中按10℃/min升温至820℃发泡15min，按15℃/min冷却至550℃，恒温120min，取出冷却，制得微晶发泡玻璃。
按建筑材料行业标准JCT647-2005测试本实施例微晶发泡玻璃，其为24.4MPa，密度1.6g/cm3，吸水率3.4Vol％，孔径1.4mm。
Claims (9)
1.利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、按重量配比将选钛尾矿30～35份、石英砂20～24份、长石粉12～16份、硼砂14～16份、硝酸钠3.7～4.0份、冰晶石3.0～3.5份、氟硅酸钠0.5～0.8份、氟化钙2.7～3份、碳酸钠4.3～4.5份混匀得混合料，将混合料在1200～1250℃保温至拉丝无节点，得到均匀的液态熔融玻璃体；将液态熔融玻璃体倒入水中淬碎，取出固体、干燥、粉碎、过筛，筛下物即为玻璃基础物料；
b、按重量配比将玻璃基础物料100份、二氧化锰0～2份、碳酸钙1.8～2.2份、石墨0～2份、磷酸钾4.5～7份混匀后发泡，制得微晶发泡玻璃。
2.根据权利要求1所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤a中，将混合料先在800～850℃保温40～60min后再于1200～1250℃保温至拉丝无节点。
3.根据权利要求1或2所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤a中，所述保温至拉丝无节点的保温时间为90～120min。
4.根据权利要求1所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤a中，所述的干燥为100～130℃下干燥20～30min。
5.根据权利要求1所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤a中，所述过筛为过120～140目筛网。
6.根据权利要求1所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤b中，所述发泡为将混匀后的物料按10～12℃/min升温至780～820℃发泡15～20min，再按15～18℃/min冷却至500～550℃恒温90～120min。
7.根据权利要求1所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤b中，所述发泡在内壁涂有脱模剂的刚玉坩埚内进行；所述脱模剂由三氧化二铝30～50份、石英砂粉20～30份、粘土12～15份、水25～30份按重量配比混匀而成。
8.根据权利要求7所述的利用选钛尾矿制备微晶泡沫玻璃的方法，其特征在于：步骤b中，所述脱模剂涂覆在刚玉坩埚内壁1～1.5mm，然后在100～130℃下干燥20～30min，即得内壁涂有脱模剂的刚玉坩埚。
9.微晶泡沫玻璃，其特征在于：由权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的微晶泡沫玻璃。
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