CN106892565A - 一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其包括以下步骤：步骤一：将赤泥、粉煤灰、发泡剂和稳泡剂混合均匀成混合料；步骤二：混合料进行细磨并过筛筛选得到磨细料；步骤三：磨细料送入反应炉中熔融、保温；步骤四：进行成核、晶化处理，得到泡沫微晶玻璃半成品；步骤五：将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温；步骤六：切割得到泡沫微晶玻璃成品。本发明采用赤泥及粉煤灰两种固废为主要原料，既带来了经济效益也解决了环境问题，并且制备出的泡沫微晶玻璃各方面指标均达标。

Description

一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法
技术领域
本发明涉及一种制备微晶玻璃的方法，特别是一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法。
背景技术
赤泥是氧化铝工业的副产品，生产1吨氧化铝会产生1.5-2吨赤泥，随着近年来氧化铝工业的快速发展，我国2012年氧化铝产量为4214万吨，赤泥排放量约5000-6000万吨。赤泥是我国一种大宗的废弃物，尚无有效的处理方法，仍旧采用封存的方法处置，目前总的赤泥存放量已超过2亿吨。采用陆地封存的方法不仅会占用大量的土地，而且由于赤泥具有的强碱性，一旦尾矿坝发生溃坝事故，将对人身财产安全及生态环境造成巨大的危害。因此，对赤泥进行无害化处理及资源化利用势在必行。
因此，为了解决上述现有技术中存在的问题，需要一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明，提供一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，包括以下步骤：
步骤一：将赤泥、粉煤灰、发泡剂和稳泡剂混合均匀成混合料；
步骤二：将步骤一得到的混合料进行细磨并过筛筛选得到磨细料；
步骤三：将步骤二得到磨细料送入反应炉中熔融、保温至磨细料完全融化；
步骤四：将反应炉降温至核化温度进行成核处理，成核完成后升高反应炉的温度至晶化温度进行晶化处理，得到泡沫微晶玻璃半成品；
步骤五：将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温得到泡沫微晶玻璃坯体；
步骤六：将步骤五中的泡沫微晶玻璃坯体切割得到泡沫微晶玻璃成品。
进一步地，步骤一中赤泥和粉煤灰的质量比为2.5-1.0∶1。
进一步地，发泡剂占赤泥和粉煤灰总质量的5-8％。
进一步地，发泡剂为煤粉、石墨粉、兰炭粉、木屑粉、煤矸石、油页岩、炭黑粉、焦炭粉和活性炭的至少一种。
进一步地，步骤二中筛选用的筛子的目数为200目。
进一步地，步骤二中得到磨细料的粒径为200目以下的磨细料占总体质量的90％以上。
进一步地，步骤三中熔融温度为1300-1400℃。
进一步地，步骤三中熔融保温时间为1-2h。
进一步地，步骤四中核化温度为730-780℃，核化时间为25-35min。
进一步地，步骤四中晶化温度为930-980℃，晶化时间为2-3h。
进一步地，步骤一中稳泡剂占赤泥和粉煤灰总质量的1-2％。
进一步地，稳泡剂为十二水磷酸钠。
根据本发明还提供一种泡沫微晶玻璃，其通过如上的方法制备而成。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用赤泥及粉煤灰两种固废为主要原料，既带来了经济效益也解决了环境问题，并且目前尚无利用二者作为主要原料生产泡沫微晶玻璃的技术报道。
(2)利用赤泥中自身的Fe2O3和发泡剂中的C反应生成CO气体产生气泡，这个反应不受温度影响，避免了碳酸盐类发泡剂在900℃以下就会完全分解的缺点，发泡方法简单高效。
附图说明
图1是本发明的制备泡沫微晶玻璃的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
选用的赤泥的化学成分为CaO含量18％，Al2O3含量10％，SiO2含量31％，Fe2O3含量16％，其它成分含量为25％。选用的粉煤灰的化学成分为SiO2含量43.3％，Al2O3含量26.7％，CaO含量11.3％，Fe2O3含量4.2％，其它成分含量为14.5％，烧失量11.6％。发泡剂为炭黑粉，稳泡剂为十二水磷酸钠。
如图1所示，将质量比为2∶1的赤泥和粉煤灰混合，再加入占赤泥和粉煤灰总质量的5％的炭黑粉和占赤泥和粉煤灰总质量的1％的磷酸钠混合均匀成混合料。将混合料进行细磨并过200目筛子筛选得到磨细料，得到粒径为200目(74μm)以下的磨细料占总体质量的90％以上；将上述的磨细料送入反应炉中，将反应炉加热至1350℃的熔融温度后，保温1h，此时磨细料完全融化。
将反应炉降温至770℃的核化温度进行成核处理30min。成核完成后升高反应炉的温度至950℃的晶化温度进行晶化处理2h，得到泡沫微晶玻璃半成品；将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温得到泡沫微晶玻璃坯体；将上述降至室温的泡沫微晶玻璃坯体切割得到泡沫微晶玻璃成品。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为554kg/m3，抗压强度为4.3MPa。
实施例2
选用的赤泥的化学成分为CaO含量16％，Al2O3含量11.5％，SiO2含量36.4％，Fe2O3含量21.9％，其它成分含量为14.2％。选用的粉煤灰的化学成分为SiO2含量51.2％，Al2O3含量19％，CaO含量16.3％，Fe2O3含量4％，其它成分含量为9.5％，烧失量9.6％。发泡剂为炭黑粉，稳泡剂为十二水磷酸钠。
如图1所示，将质量比为1.5∶1的赤泥和粉煤灰混合，再加入占赤泥和粉煤灰总质量的7％的炭黑粉和占赤泥和粉煤灰总质量的1％的磷酸钠混合均匀成混合料。将混合料进行细磨并过200目筛子筛选得到磨细料，得到磨细料的粒径为200目(74μm)以下的磨细料占总体质量的90％以上；将上述的磨细料送入反应炉中，将反应炉加热至1400℃的熔融温度后，保温1h，此时磨细料完全融化。
将反应炉降温至770℃的核化温度进行成核处理30min。成核完成后升高反应炉的温度至950℃的晶化温度进行晶化处理2h，得到泡沫微晶玻璃半成品；将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温得到泡沫微晶玻璃坯体；将上述降至室温的泡沫微晶玻璃坯体切割得到泡沫微晶玻璃成品。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为527kg/m3，抗压强度为3.9MPa。
实施例3
选用的赤泥的化学成分为CaO含量18％，Al2O3含量10％，SiO2含量31％，Fe2O3含量16％，其它成分含量为25％。选用的粉煤灰的化学成分为SiO2含量43.3％，Al2O3含量26.7％，CaO含量11.3％，Fe2O3含量4.2％，其它成分含量为14.5％，烧失量11.6％。发泡剂为炭黑粉，稳泡剂为十二水磷酸钠。
如图1所示，将质量比为2.5∶1的赤泥和粉煤灰混合，再加入占赤泥和粉煤灰总质量的8％的炭黑粉和占赤泥和粉煤灰总质量的2％的磷酸钠混合均匀成混合料。将混合料进行细磨并过200目筛子筛选得到磨细料，得到磨细料的粒径为200目(74μm)以下的磨细料占总体质量的90％以上；将上述的磨细料送入反应炉中，将反应炉加热至1400℃的熔融温度后，保温2h，此时磨细料完全融化。
将反应炉降温至780℃的核化温度进行成核处理35min。成核完成后升高反应炉的温度至980℃的晶化温度进行晶化处理3h，得到泡沫微晶玻璃半成品；将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温得到泡沫微晶玻璃坯体；将上述降至室温的泡沫微晶玻璃坯体切割得到泡沫微晶玻璃成品。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为554kg/m3，抗压强度为3.6MPa。
实施例4
选用的赤泥的化学成分为CaO含量16％，Al2O3含量11.5％，SiO2含量36.4％，Fe2O3含量21.9％，其它成分含量为14.2％。选用的粉煤灰的化学成分为SiO2含量51.2％，Al2O3含量19％，CaO含量16.3％，Fe2O3含量4％，其它成分含量为9.5％，烧失量9.6％。发泡剂为炭黑粉，稳泡剂为十二水磷酸钠。
如图1所示，将质量比为1∶1的赤泥和粉煤灰混合，再加入占赤泥和粉煤灰总质量的6％的炭黑粉和占赤泥和粉煤灰总质量的1％的磷酸钠混合均匀成混合料。将混合料进行细磨并过200目筛子筛选得到磨细料，得到磨细料的粒径为200目(74μm)以下的磨细料占总体质量的90％以上；将上述的磨细料送入反应炉中，将反应炉加热至1300℃的熔融温度后，保温1h，此时磨细料完全融化。
将反应炉降温至730℃的核化温度进行成核处理25min。成核完成后升高反应炉的温度至930℃的晶化温度进行晶化处理2.5h，得到泡沫微晶玻璃半成品；将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温得到泡沫微晶玻璃坯体；将上述降至室温的泡沫微晶玻璃坯体切割得到泡沫微晶玻璃成品。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为533kg/m3，抗压强度为3.7MPa。
实施例5
如图1所示，本实施例采用选用发泡剂为焦炭粉，稳泡剂为十二水磷酸钠。其余的原料和制备方法均与实施例1相同。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为545kg/m3，抗压强度为3.7MPa。
实施例6
如图1所示，本实施例采用选用发泡剂为活性炭，稳泡剂为十二水磷酸钠。其余的原料和制备方法均与实施例1相同。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为543kg/m3，抗压强度为3.7MPa。
实施例7
如图1所示，本实施例采用选用发泡剂为煤粉，稳泡剂为十二水磷酸钠。其余的原料和制备方法均与实施例1相同。得到的泡沫微晶玻璃体积密度为539kg/m3，抗压强度为3.6MPa。
根据本发明的另一实施例，发泡剂还可以为石墨粉、兰炭粉、木屑粉、煤矸石和油页岩。
本发明的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法中，赤泥的主要化学成分为CaO、Al2O3、SiO2及Fe2O3等，粉煤灰的主要化学成分为SiO2及Al2O3等。将赤泥和粉煤灰按照微晶玻璃的成分要求进行配料，并将原料加热至熔融状态，赤泥中含有的Fe2O3与发泡剂中的C在熔融状态下发生还原反应，生成CO气体，CO作为泡沫微晶玻璃熔体的发泡源，(CO气体为Fe2O3+C＝2FeO+CO反应生成，该反应受温度的影响，超过Fe2O3熔点(Fe2O3熔点为1565℃)后才会剧烈反应)，这避免了碳酸盐类发泡剂在900℃以下就会完全分解的缺点，发泡方法简单高效。泡沫微晶玻璃熔体缓慢降温至核化晶化温度下进行保温，保温一定时间后进行退火处理，退火完成后冷却至室温切割成型。实施例1-7采用了不同的原料及原料配比进行制备，制备出的泡沫微晶玻璃的体积密度和抗压强度均达到了较高的数值，说明本发明的制备方法具有一定的通用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将赤泥、粉煤灰、发泡剂和稳泡剂混合均匀成混合料；
步骤二：将步骤一得到的混合料进行细磨并过筛筛选得到磨细料；
步骤三：将步骤二得到磨细料送入反应炉中熔融、保温至磨细料完全融化；
步骤四：将反应炉降温至核化温度进行成核处理，成核完成后升高反应炉的温度至晶化温度进行晶化处理，得到泡沫微晶玻璃半成品；
步骤五：将泡沫微晶玻璃半成品退火至室温得到泡沫微晶玻璃坯体；
步骤六：将步骤五中的泡沫微晶玻璃坯体切割得到泡沫微晶玻璃成品。
2.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤一中赤泥和粉煤灰的质量比为2.5-1.0∶1。
3.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，发泡剂占赤泥和粉煤灰总质量的5-8％。
4.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，发泡剂为煤粉、石墨粉、兰炭粉、木屑粉、煤矸石、油页岩、炭黑粉、焦炭粉和活性炭的至少一种。
5.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤二中筛选用的筛子的目数为200目。
6.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤二中得到磨细料的粒径为200目以下的磨细料占总体质量的90％以上。
7.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤三中熔融温度为1300-1400℃。
8.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤三中熔融保温时间为1-2h。
9.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤四中核化温度为730-780℃，核化时间为25-35min。
10.根据权利要求1所述的由赤泥和粉煤灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，所述步骤四中晶化温度为930-980℃，晶化时间为2-3h。
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