CN109081596A - 多孔泡沫微晶玻璃砖及其制备方法 - Google Patents

多孔泡沫微晶玻璃砖及其制备方法 Download PDF

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CN109081596A CN201811280229.XA CN201811280229A CN109081596A CN 109081596 A CN109081596 A CN 109081596A CN 201811280229 A CN201811280229 A CN 201811280229A CN 109081596 A CN109081596 A CN 109081596A
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熊圣安
贺有乐
宋占财
王洪
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    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
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    • C03B19/08—Other methods of shaping glass by foaming
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Abstract

本发明公开了一种多孔泡沫微晶玻璃砖及其制备方法，一种多孔泡沫微晶玻璃砖，包括按重量份计的以下原料：粉煤灰40~60份，赤泥10~30份，玻璃废料5~10份，长石5~10份，发泡剂10~15份，助熔剂3~5份。将以上原料球磨过200目筛，混合均匀后，经过堆烧、切割工序得到多孔泡沫玻璃砖。本发明利用粉煤灰、赤泥、玻璃废料为主要原料制备多孔泡沫玻璃砖，不仅工艺简单、成本较低，而且还能大量消耗工业废料，变废为宝、节约资源、保护环境。

Description

多孔泡沫微晶玻璃砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及保温材料领域，具体为一种多孔泡沫微晶玻璃砖及其制备方法。
背景技术
多孔泡沫玻璃是一种含有较多孔洞的无机非金属材料，通过利用产品中孔洞结构和表面积的特性，并结合自身材质，来达到应用时所需的电学、热学、磁性、光学等物理及化学性能，从而制备出具有保温隔热、过滤吸附、吸音隔声、生物仿生传感、渗透分离等等用途的材料。
多孔泡沫玻璃砖是多孔材料中的一类，主要是通过高温发泡制备的，所用的发泡剂主要为：硫酸盐、碳酸盐、氢氧化物、氰化物等。现有的多孔泡沫玻璃砖主要通过单组份发泡剂或者这些单组份发泡剂复合使用，例如：CaCO3、SiC、MgCO3、CaSO4等，如专利申请CN102617180A，以长石，玻璃粉，粘土为主要原料，通过SiC高温氧化生成SiO和CO2发泡，得到隔热效果良好的闭孔多孔泡沫玻璃砖；又如专利申请CN101955371A，以高铝质耐火砖，硬质粘土，长石为主要原料，通过CaSO4高温分解出SO3气体和SiC微粉高温氧化生成SiO、CO2气体复合发泡，得到气孔率高达75%且具有足够强度的闭合多孔泡沫玻璃砖，所用发泡剂SiC成本较高，CaSO4会排出SO2等气体。
发明内容
本发明的目的提供一种多孔泡沫微晶玻璃砖及其制备方法，以实现工业废料资源化利用，使之成为新材料制备的原料。
本发明采用这样的技术方案来实现：一种多孔泡沫微晶玻璃砖，包括按重量份计的以下原料：粉煤灰40~60份，赤泥10~30份，玻璃废料 5~10份，长石 5~10份，发泡剂10~15份，助熔剂3~5份。
优选地方案中，粉煤灰40~50份，赤泥 20~30份，玻璃废料8~10份，长石8~10份，发泡剂12~15份，助熔剂4~5份。该配方有利于高温液相的快速生成。
进一步地，所述粉煤灰中：SiO2 50~55%，Al2O3 25~30%，Fe2O3 5~10%；赤泥中：SiO230~40%，CaO 40~45%，Fe2O3 5~10%；玻璃废料为市售的普通平板玻璃废料；其中%为重量百分数。
进一步地，所述长石为钾长石、钠长石中的一种或者两种；发泡剂为碳粉。
进一步地，所述助熔剂为NaF、Na2SiF4、硼砂中的一种或多种混合。
本发明还涉及所述多孔泡沫微晶玻璃砖的制备方法，包括以下步骤：
1）将所有原料进行球磨，过200目筛，原料筛下物按配比称取后混合均匀；
2）在匣钵内侧涂一层氧化铝浓浆，干燥；
3）将步骤1）混合料加入到步骤2）的匣钵内，原料振实，然后将匣钵放入高温炉中进行烧制；最后冷却，脱除匣钵，即得多孔泡沫微晶玻璃砖。
进一步地，所述氧化铝浓浆采用氧化铝粉、聚乙二醇、羟甲基纤维素和水配制而成，其中氧化铝粉的质量浓度为74%。其作为脱模剂。
进一步地，振实条件为粉体与磨具之间无明显空隙。
进一步地，烧制时，升温速率≥10℃/min，高温处理温度为1000℃~1200℃，保温时间10min~60min，后随炉温冷却。
本发明具有以下有益效果：
1）本发明所用到的主要原料为工业废料，例如赤泥、粉煤灰、玻璃废料。为工业废料的处理提供了一种新的方式，变废为宝，节约资源，保护环境；另外，大大降低了多孔泡沫玻璃砖的生产成本。本发明对原料要求较低，主要用于保温领域，为了确保后期发泡效果，在发泡前尽可能的避免C被氧化，可以在烧制时通过较高的升温速率及改变炉内氧化气氛来进行控制，改变炉内的氧化气氛可以通过在炉体增加碳粉来降低炉内氧气含量，甚至将其调整为还原气氛。
2）本发明采取的工艺简单，只要进行球磨，混料，堆烧，便于大规模工业生产，为大规模使用工业废料提供了一种途径，制备孔径可调、可连续生产的闭孔多孔泡沫微晶玻璃砖。另外，多孔泡沫玻璃切割成型过程中产生的废料可用于再次生产。
3）本发明采取的发泡剂为碳粉和Fe2O3，利用高温时:
3Fe2O3+C→2Fe3O4+CO↑
Fe3O4+CO→3FeO+CO2↑
Fe3+与C的氧化还原反应生成CO和CO2，促进玻璃的发泡，有利于获得孔隙率高多孔泡沫玻璃。另外，Fe3+的还原会抑制玻璃体中假硅灰石晶相的析晶，有利于硅灰石晶相的析出，增加多孔泡沫微晶玻璃的强度以及化学稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做更详细的描述。
实施例1
1.球磨
将所需的原料进行球磨破碎，根据原料物性选定球磨时间，球磨过200目筛，筛下原料备用，筛上原料继续球磨。
2.配料、混料
按照质量比：粉煤灰 40%，赤泥 30%，玻璃废料 10%，长石 5%，碳粉 12%，氟硅酸钠 3%进行称量。称量完全后，利用立式辊磨机混料24h，混料时，料球比（wt%）为1：2。混料均匀后，备用。
3.模具处理
本发明制备多孔泡沫玻璃砖时所用的模具为高铝匣钵，氧化铝粉做脱模剂。具体步骤为：将氧化铝粉74g、聚乙二醇0.5g，羟甲基纤维素（0.5g），水25g 快速球磨20min，得到稳定性好的氧化铝浓浆，用毛刷在匣钵内壁刷上一层氧化铝浓浆，放在烘箱内干燥。干燥后，备用。
4.堆烧
将步骤2混好的原料直接放入干燥好的匣钵里面，振实粉料。升温制度为：以10℃/min升温，1000℃保温20min，随炉温冷却。切割得到多孔泡沫微晶玻璃砖，气孔率为59.87%，强度15.56MPa。
实施例2：
1.球磨
将所需的原料进行球磨破碎，根据原料物性选定球磨时间，球磨过200目筛，筛下原料备用，筛上原料继续球磨。
2.配料、混料
按照质量比：粉煤灰 50%，赤泥 19%，玻璃废料 9%，长石 7%，碳粉 12%，氟硅酸钠 3%进行称量。称量完全后，利用立式辊磨机混料24h，混料时，料球比（wt%）为1：2。混料均匀后，备用。
3.模具处理
本发明制备多孔泡沫玻璃砖时所用的模具为高铝匣钵，氧化铝粉做脱模剂。具体步骤为：将氧化铝粉74g、聚乙二醇0.5g，羟甲基纤维素（0.5g），水25g 快速球磨20min，得到稳定性好的氧化铝浓浆，用毛刷在匣钵内壁刷上一层氧化铝浓浆，放在烘箱内干燥。干燥后，备用。
4.堆烧
将步骤2混好的原料直接放入干燥好的匣钵里面，振实粉料。升温制度为：以10℃/min升温，1200℃保温20min，随炉温冷却。切割得到多孔泡沫微晶玻璃砖，气孔率为66.34%，强度11.31MPa。
实施例3：
1 球磨
将所需的原料进行球磨破碎，根据原料物性选定球磨时间，球磨过200目筛，筛下原料备用，筛上原料继续球磨。
2 配料、混料
按照质量比：粉煤灰 40%，赤泥 30%，玻璃废料 10%，长石 5%，碳粉 12%，氟化钠 3%进行称量。称量完全后，利用立式辊磨机混料24h，混料时，料球比（wt%）为1：2。混料均匀后，备用。
3 模具处理
本发明制备多孔泡沫玻璃砖时所用的模具为高铝匣钵，氧化铝粉做脱模剂。具体步骤为：将氧化铝粉74g、聚乙二醇0.5g，羟甲基纤维素（0.5g），水25g 快速球磨20min，得到稳定性好的氧化铝浓浆，用毛刷在匣钵内壁刷上一层氧化铝浓浆，放在烘箱内干燥。干燥后，备用。
4 堆烧
将步骤2混好的原料直接放入干燥好的匣钵里面，振实粉料。升温制度为：以10℃/min升温，1000℃保温30min，随炉温冷却。切割得到多孔泡沫微晶玻璃砖，气孔率为66.54%，强度11.22MPa。
实施例4：
1. 球磨
将所需的原料进行球磨破碎，根据原料物性选定球磨时间，球磨过200目筛，筛下原料备用，筛上原料继续球磨。
2.配料、混料
按照质量比：粉煤灰 40%，赤泥 24%，玻璃废料 10%，长石 10%，碳粉 12%，硼砂 4%进行称量。称量完全后，利用立式辊磨机混料24h，混料时，料球比（wt%）为1：2。混料均匀后，备用。
3.模具处理
本发明制备多孔泡沫玻璃砖时所用的模具为高铝匣钵，氧化铝粉做脱模剂。具体步骤为：将氧化铝粉74g、聚乙二醇0.5g，羟甲基纤维素（0.5g），水25g 快速球磨20min，得到稳定性好的氧化铝浓浆，用毛刷在匣钵内壁刷上一层氧化铝浓浆，放在烘箱内干燥。干燥后，备用。
4.堆烧
将步骤2混好的原料直接放入干燥好的匣钵里面，振实粉料。升温制度为：以15℃/min升温，1200℃保温50min，随炉温冷却。切割得到多孔泡沫微晶玻璃砖，气孔率为68.35%，强度为11.02MPa。
实施例5：
1.球磨
将所需的原料进行球磨破碎，根据原料物性选定球磨时间，球磨过200目筛，筛下原料备用，筛上原料继续球磨。
2.配料、混料
按照质量比：粉煤灰46%，赤泥 15%，玻璃废料 10%，长石 10%，碳粉 14%，氟化钠 5%进行称量。称量完全后，利用立式辊磨机混料24h，混料时，料球比（wt%）为1：2。混料均匀后，备用。
3.模具处理
本发明制备多孔泡沫玻璃砖时所用的模具为高铝匣钵，氧化铝粉做脱模剂。具体步骤为：将氧化铝粉74g、聚乙二醇0.5g，羟甲基纤维素（0.5g），水25g 快速球磨20min，得到稳定性好的氧化铝浓浆，用毛刷在匣钵内壁刷上一层氧化铝浓浆，放在烘箱内干燥。干燥后，备用。
4.堆烧
将步骤2混好的原料直接放入干燥好的匣钵里面，振实粉料。升温制度为：以20℃/min升温，1100℃保温40min，随炉温冷却。切割得到多孔泡沫微晶玻璃砖，其气孔率为72.05%，强度为8.63MPa。
实施例6：
1.球磨
将所需的原料进行球磨破碎，根据原料物性选定球磨时间，球磨过200目筛，筛下原料备用，筛上原料继续球磨。
2.配料、混料
按照质量比：粉煤灰45%，赤泥 25%，玻璃废料 6%，长石 6%，碳粉 14%，氟硅酸钠 4%进行称量。称量完全后，利用立式辊磨机混料24h，混料时，料球比（wt%）为1：2。混料均匀后，备用。
3.模具处理
本发明制备多孔泡沫玻璃砖时所用的模具为高铝匣钵，氧化铝粉做脱模剂。具体步骤为：将氧化铝粉74g、聚乙二醇0.5g，羟甲基纤维素（0.5），水25g 快速球磨20min，得到稳定性好的氧化铝浓浆，用毛刷在匣钵内壁刷上一层氧化铝浓浆，放在烘箱内干燥。干燥后，备用。
4.堆烧
将步骤2混好的原料直接放入干燥好的匣钵里面，振实粉料。升温制度为：以15℃/min升温，1100℃保温20min，随炉温冷却。切割得到多孔泡沫微晶玻璃砖，其气孔率为70.05%，强度为9.13MPa。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1. 一种多孔泡沫微晶玻璃砖，其特征在于，包括按重量份计的以下原料：粉煤灰40~60份，赤泥10~30份，玻璃废料 5~10份，长石 5~10份，发泡剂10~15份，助熔剂3~5份。
2.根据权利要求1所述的多孔泡沫微晶玻璃砖，其特征在于：粉煤灰40~50份，赤泥 20~30份，玻璃废料8~10份，长石8~10份，发泡剂12~15份，助熔剂4~5份。
3.根据权利要求1或2所述的多孔泡沫微晶玻璃砖，其特征在于：所述粉煤灰中：SiO2 50~55%，Al2O3 25~30%，Fe2O3 5~10%；赤泥中：SiO2 30~40%，CaO 40~45%，Fe2O3 5~10%；玻璃废料为市售的普通平板玻璃废料；其中%为重量百分数。
4.根据权利要求1或2所述的多孔泡沫微晶玻璃砖，其特征在于：所述长石为钾长石、钠长石中的一种或者两种；发泡剂为碳粉。
5.根据权利要求1或2所述的多孔泡沫微晶玻璃砖，其特征在于：所述助熔剂为NaF、Na2SiF4、硼砂中的一种或多种混合。
6.权利要求1-5任意一项所述多孔泡沫微晶玻璃砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将所有原料进行球磨，过200目筛，原料筛下物按配比称取后混合均匀；
2）在匣钵内侧涂一层氧化铝浓浆，干燥；
3）将步骤1）混合料加入到步骤2）的匣钵内，原料振实，然后将匣钵放入高温炉中进行烧制；最后冷却，脱除匣钵，即得多孔泡沫微晶玻璃砖。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述氧化铝浓浆采用氧化铝粉、聚乙二醇、羟甲基纤维素和水配制而成，其中氧化铝粉的质量浓度为74%。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：烧制时，升温速率≥10℃/min，高温处理温度为1000℃~1200℃，保温时间10min~60min，后随炉温冷却。
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