CN107673586B - 一种固废制备泡沫玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固废处置与资源化技术领域，公开了一种固废制备泡沫玻璃的方法。以固废为原料，经配料、混合、熔化，利用原料加热过程中产生气体，形成泡沫体，经冷却得到泡沫玻璃。所制备的泡沫玻璃具有低导热系数和阻燃的特点，可用于建筑保温防火材料。本发明实现了固废的无害化处置和高值化利用，具有原料来源广和生产成本低的优点。

Description

一种固废制备泡沫玻璃的方法
技术领域
本发明属于固废处置与资源化技术领域，公开了一种固废制备泡沫玻璃的方法。
背景技术
泡沫玻璃是经高温熔融后发泡形成的高气孔率的均匀闭孔材料。泡沫玻璃具有密度小、吸水率低、热膨胀系数小、机械强度高等特点，可作为无机保温和阻燃材料，具有无毒、耐高温、阻燃、不老化、易施工、易粘结、粘结牢固、防渗和无后期维护费用等特点。
制备泡沫玻璃的核心工艺是使软化的玻璃体均匀发泡并且稳住气泡后最终成型。泡沫玻璃制备工艺因原料、发泡剂、稳泡剂和改性剂等不同而所有差异。中国发明专利（CN200810012110.4）公开了一种用含钛高炉渣制备泡沫玻璃的方法，以硅质原料生成玻璃态物质，再添加发泡剂、稳泡剂、助熔剂，并以特定热处理制度制备泡沫玻璃，经过水淬、球磨、掺入发泡剂和稳泡剂、熔融、发泡得到，能耗高。中国发明专利（CN 106167356 A）公开了一种泡沫微晶玻璃的制备方法及产品，以煤矸石、白云石、烧滑石、硅砂为原料制作了泡沫微晶玻璃，该方法发先制得块体玻璃，降至室温后再升温，浪费了大量能源，成本高。中国发明专利（CN 102875027 A）公开了一种泡沫玻璃及其生产方法，将玻璃、硅微粉、发泡剂炭黑、改性添加剂Al2O3和发泡促进剂TiO2混合、粉碎后形成混合物粉末，经热处理后制备成微晶泡沫玻璃。该方法原料较为昂贵，生产成本较高。中国发明专利（CN104788011 B）公开了一种高硅铁尾矿泡沫微晶玻璃及其生产方法以高硅尾矿为主要原料，再添加碳酸钙和碳粉的混合物作为发泡剂制作了泡沫微晶玻璃。该方法使用的固废单一，且需要对微晶玻璃进行保温处理，能耗高，生产成本高。
现有泡沫玻璃的制备工艺的固废协同利用能力低，只能利用某一种固废，没有实现多种类固废的协同处置，没有利用含有机物固体废物作为发泡剂，需要额外添加发泡剂，生产成本高、环境效益小。因此，亟需开发一种泡沫玻璃制备方法，充分利用多种固废的特点，协同处置多种固废，能够解决固废的污染的同时实现固废资源化和高值化。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种固废制备泡沫玻璃的方法。该方法以多种固体废物为原料，以含有机物固废作为发泡剂，不需要额外添加发泡剂和稳炮剂，且泡沫玻璃制备流程短、热处理温度低，制得的泡沫玻璃气泡均匀、导热系数低、阻燃性能好。因此，本发明所述方法制备获得的泡沫玻璃具有原料来源广泛、能耗低、产品导热率低，阻燃性能好等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种固废制备泡沫玻璃的方法，以含有机物固废和含无机物固废为固废原料，利用固废中的无机物形成熔体，并利用固废中的有机物作为发泡剂，经配料、混合均匀、熔化、发泡、冷却、退火得到泡沫玻璃。
进一步地，所述含有机物固废为油泥和/或污泥；所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃、石英砂中的任意一种或任意两种及以上。
进一步地，在所述固废原料中，所述含有机物固废的质量百分比为：5.0-60.0%，所述含无机物固废的质量百分比为40.0-95%。
进一步地，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥和污泥，所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃和石英砂时，各种固废的重量百分比为：油泥为5.0-60.0wt%、污泥为5.0-60.0%、粉煤灰为5.0-95.0%、废玻璃为5.0-95.0%、石英砂为5.0-95.0%；
在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥和污泥，所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃和石英砂中的任意两种时，各种固废的重量百分比为：油泥为5.0-60.0wt%、污泥为5.0-60.0%，含无机物固废的40.0-95.0%。
进一步地，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥，所述含无机物固废为粉煤灰时，油泥的重量百分比为5.0-60.0wt%、粉煤灰的重量百分比为40.0-95.0%。
进一步地，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥，所述含无机物固废为石英砂时，油泥的重量百分比为5.0-60.0wt%、石英砂的重量百分比为40.0-95.0%。
进一步地，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥，所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃和石英砂时，各种固废的重量百分比为：油泥为5.0-60.0wt%、粉煤灰为5.0-95.0%、废玻璃为5.0-95.0%、石英砂为5.0-95.0%。
进一步地，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为污泥，所述含无机物固废为废玻璃时，污泥的重量百分比为5.0-60.0%、废玻璃的重量百分比为40.0-95.0%。
进一步地，所述的方法包含以下步骤：
配料：将配比的原料混均得到混合料；
混合均匀：原料粒度不大于2.00mm且分散度大于50%；
发泡：加热物料至700℃-1500℃使物料熔化并发泡；
冷却：快速降至450-700℃；
退火：缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃。
所制备的泡沫玻璃导热系数为0.01-0.11W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升不大于50℃、质量损失率不大于50.0%、持续燃烧时间不大于20s。
其中，油泥，是在石油开采、储存及生产加工过程中产生的废弃油泥，是水、泥、油以及其他杂质的混合物，不仅含有石油，而且还含大量的放射性元素、二噁英、病原菌等难以降解的有毒有害物质。
其中，污泥(sludge)是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明所述的固体废物原料不局限于一种固体废物。根据固废的特点，合理的利用了固废中的无机物形成了熔体，又利用固废中的有机物替代了发泡剂，降低了生产成本，提高了经济效益和环境效益。
(2)本发明所述方法，制备流程短，形成熔体后不需要经过水淬、粉碎、混料和再加热制得泡沫玻璃，而是直接快速降温后保温即可制得泡沫玻璃，降低了热量的损耗。
(3)本发明制得的泡沫玻璃导热系数为0.01-0.11W/(m·K)，阻燃性能按GB/T5464-2010测试，炉内温升不大于50℃、质量损失率不大于50%、持续燃烧时间不大于20s。可作为无机保温材料，具有无毒、耐高温、阻燃、不老化、易施工、粘结牢固、防渗和无后期维护费用的特点，实现了多种固废的协同处置和高值化利用。
附图说明
图1为本发明所述方法的制备流程图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为60.0%、5.0%、5.0%、5.0%和25.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于2.00 mm，分散度大于55%。混合料加热至700℃熔化并发泡后，快速降至500℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.01 W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于50℃、质量损失率小于50%、持续燃烧时间小于20s。
实施例2
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为5.0%、60.0%、5.0%、5.0%和25.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于1.80mm，分散度大于50%。混合料加热至1500℃熔化并发泡后，快速降至700℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.11W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于45℃、质量损失率小于45%、持续燃烧时间小于14s。
实施例3
以油泥和粉煤灰为原料，其含量分别为5.0%和95.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于1.80mm，分散度大于70%。混合料加热至1400℃熔化并发泡后，快速降至650℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.06W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于47℃、质量损失率小于34%、持续燃烧时间小于17s。
实施例4
以污泥和废玻璃为原料，其含量分别为5.0%和95.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于1.50mm，分散度大于65%。混合料加热至1300℃熔化并发泡后，快速降至600℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.08W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于43℃、质量损失率小于10%、持续燃烧时间小于11s。
实施例5
以油泥和石英砂为原料，其含量分别为5.0%和95.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于1.3mm，分散度大于52%。混合料加热至1200℃熔化并发泡后，快速降至550℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.07W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于40℃、质量损失率小于5%、持续燃烧时间小于7 s。
实施例6
以油泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为40.0%、20.0%、20.0%和20.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于1.00 mm，分散度大于73%。混合料加热至1100℃熔化并发泡后，快速降至500℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.03W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于33℃、质量损失率小于14%、持续燃烧时间小于12 s。
实施例7
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为10.0%、25.0%、10.0%、50.0%和5.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.04mm，分散度大于55%。混合料加热至1000℃熔化并发泡后，快速降至450℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.1.W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于30℃、质量损失率小于18%、持续燃烧时间小于9s。
实施例8
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为30.0%、5.0%、20.0%、15.0%和20.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.01mm，分散度大于65%。混合料加热至900℃熔化并发泡后，快速降至560℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.11W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于35℃、质量损失率小于23%、持续燃烧时间小于17s。
实施例9
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为25.0%、5.0%、20.0%、15.0%和35.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.10mm，分散度大于55%。混合料加热至800℃熔化并发泡后，快速降至700℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.09W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于37℃、质量损失率小于5%、持续燃烧时间小于20s。
实施例10
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为15.0%、15.0%、30.0%、30.0%和10.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.15mm，分散度大于67%。混合料加热至850℃熔化并发泡后，快速降至660℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.07W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于20℃、质量损失率小于2%、持续燃烧时间小于17s。
实施例11
以油泥、污泥、粉煤灰和废玻璃为原料，其含量分别为40.0%、10.0%、25.0%和25.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.18mm，分散度大于56%。混合料加热至950℃熔化并发泡后，快速降至640℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.05W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于25℃、质量损失率小于35%、持续燃烧时间小于8s。
实施例12
以油泥、污泥、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为10.0%、45.0%、25.0%和25.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.30mm，分散度大于63%。混合料加热至1050℃熔化并发泡后，快速降至570℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.01W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于28℃、质量损失率小于38%、持续燃烧时间小于12s。
实施例13
以油泥、污泥、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为30.0%、10.0%、50.0%和10.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.20mm，分散度大于68%。混合料加热至1150℃熔化并发泡后，快速降至520℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.04W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于50℃、质量损失率小于41%、持续燃烧时间小于14s。
实施例14
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为10.0%、30.0%、50.0%、5.0%和5.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.16mm，分散度大于56%。混合料加热至1250℃熔化并发泡后，快速降至470℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.03W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于34℃、质量损失率小于14%、持续燃烧时间小于1s。
实施例15
以油泥、污泥、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为10.0%、10.0%、30.0%和50.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.09mm，分散度大于51%。混合料加热至1350℃熔化并发泡后，快速降至510℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为1.00W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于42℃、质量损失率小于25%、持续燃烧时间小于3s。
实施例16
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为10.0%、20.0%、30.0%、30.0%和10.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.08mm，分散度大于53%。混合料加热至1450℃熔化并发泡后，快速降至700℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.09W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于25℃、质量损失率小于16%、持续燃烧时间小于7s。
实施例17
以油泥、污泥和废玻璃为原料，其含量分别为20.0%、10.0%和70.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.02mm，分散度大于58%。混合料加热至1420℃熔化并发泡后，快速降至570℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.07W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于27℃、质量损失率小于28%、持续燃烧时间小于8s。
实施例18
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为5.0%、5.0%、75.0%、5.0%和10.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.07mm，分散度大于70%。混合料加热至880℃熔化并发泡后，快速降至520℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.04W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于10℃、质量损失率小于37%、持续燃烧时间小于5s。
实施例19
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为5.0%、5.0%、5.0%、10.0%和75.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.12mm，分散度大于76%。混合料加热至1120℃熔化并发泡后，快速降至470℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.06W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于5℃、质量损失率小于21%、持续燃烧时间小于3s。
实施例20
以油泥、污泥、粉煤灰、废玻璃和石英砂为原料，其含量分别为5.0%、5.0%、10.0%、40.0%和40.0%。将配比的原料混均得到混合料，粒度小于0.18mm，分散度大于58%。混合料加热至1300℃熔化并发泡后，快速降至510℃得到泡沫玻璃，然后缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃产品。泡沫玻璃导热系数为0.08W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升小于20℃、质量损失率小于1%、持续燃烧时间小于2s。
通过各个实施例实验数据可知，利用本发明所述方法制备获得的泡沫玻璃导热系数为0.01-0.11W/(m·K)，阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升不大于50℃、质量损失率不大于50%、持续燃烧时间不大于20s。可作为无机保温材料，具有无毒、耐高温、阻燃、不老化、易施工、粘结牢固、防渗和无后期维护费用的特点，实现了多种固废的协同处置和高值化利用。

Claims (8)

1.一种固废制备泡沫玻璃的方法，其特征在于，以含有机物固废和含无机物固废为固废原料，利用固废中的无机物形成熔体，并利用固废中的有机物作为发泡剂，经配料、混合均匀、熔化、发泡、冷却、退火得到泡沫玻璃；所述含有机物固废为油泥和/或污泥；所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃、石英砂中的任意一种或一种及以上；
所述的方法包含以下步骤：
(1)配料：将配比的原料混均得到混合料；
(2)混合均匀：原料粒度不大于2.00mm且分散度大于50％；
(3)发泡：加热至700℃-1500℃使物料熔化并发泡；
(4)冷却：快速降至450-700℃；
(5)退火：缓慢冷却至室温得到泡沫玻璃。
2.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，在所述固废原料中，所述含有机物固废的质量百分比为：5.0-60.0％，所述含无机物固废的质量百分比为40.0-95.0％。
3.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥和污泥，所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃和石英砂时，各种固废的重量百分比为：油泥为0-60.0wt％、污泥为0-60.0％、粉煤灰为0-95.0％、废玻璃为0-95.0％、石英砂为0-95.0％；
在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥和污泥，所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃和石英砂中的任意两种时，各种固废的重量百分比为：油泥为5.0-60.0wt％、污泥为5.0-60.0％，含无机物固废的40.0-95.0％。
4.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥，所述含无机物固废为粉煤灰时，油泥的重量百分比为5.0-60.0wt％、粉煤灰的重量百分比为40.0-95.0％。
5.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥，所述含无机物固废为石英砂时，油泥的重量百分比为5.0-60.0wt％、石英砂的重量百分比为40.0-95.0％。
6.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为油泥，所述含无机物固废为粉煤灰、废玻璃和石英砂时，各种固废的重量百分比为：油泥为5-60.0wt％、粉煤灰为5.0-95.0％、废玻璃为5-95.0％、石英砂为5.0-95.0％。
7.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，在所述固废原料中，当所述含有机物固废为污泥，所述含无机物固废为废玻璃时，污泥的重量百分比为5.0-60％、废玻璃的重量百分比为40.0-95.0％。
8.根据权利要求1所述的一种固废制备泡沫玻璃方法，其特征在于，所制备的泡沫玻璃导热系数为0.01-0.11W/(m·K)；阻燃性能按GB/T 5464-2010测试，炉内温升不大于50℃、质量损失率不大于50.0％、持续燃烧时间不大于20s。
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