CN109231841A - 一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法，通过专门的技术把废弃玻璃瓶通过一系列的处理，变成可以改善水质氟素指标的发泡玻璃材料：发泡微孔隙硅轻石。发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.5～1mm,吸水率2～10%，应力1500～2400N，比重0.5～0.6g/ml，所述发泡微孔隙硅轻石由发泡混合物经高温绕结后制得，发泡混合物包括以下重量百分比的组份：玻璃粉末：80～99，碳化硅：0.3～1.5。本发明利用氟离子与硅轻石中的二氧化硅反应，生成氟硅酸钠沉淀，从而去除水质中的氟素；而且沉淀物氟硅酸钠还可以作为氢氟酸的材料来源，并且对环境环保友好。

Description

一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及发泡玻璃材料技术领域，尤其是一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法。本发明利用氟离子与硅轻石中的二氧化硅反应，生成氟硅酸钠沉淀，从而去除水质中的氟素；而且沉淀物氟硅酸钠还可以作为氢氟酸的材料来源。
背景技术
随着工业的发展，很多行业使用和排放含氟废水，比如半导体制造商使用氟化液来清洗硅晶片、玻璃制造商和处理商使用氟化液作为蚀刻材料、液晶显示器制造商使用氟化液来蚀刻玻璃、金属加工公司使用氟化液进行酸洗；煤炭热力发电厂从脱硫系统排出带氟的水。常规的处理含氟废水的方法有化学沉淀法和絮凝沉淀法、吸附方法等。
目前国内外处理含氟废水的方法有多种，常见的有化学沉淀法和絮凝沉淀法、吸附方法等。
化学沉淀法主要应用于高浓度含氟废水处理，采用较多的是钙盐沉淀法，即石灰沉淀法，通过向废水中投加钙盐等化学药品，使钙离子与氟离子反应生成CaF2沉淀，来实现除去废水中氟的目的。该工艺简单方便，费用低，但是常用的石灰沉淀除氟法中生成的氟化钙沉淀会包裹在Ca(OH)2颗粒的表面，使之不能被充分利用，因此需要加入过量的Ca2+，但大量的钙盐混入污泥，不仅增加了污泥产量，而且降低了含氟污泥的纯度，同时处理后的废水中氟含量达20mg/L以上，很难达到国家排放标准。
絮凝沉淀法处理废水过程中易生成非常细微的颗粒物，比重小、粘度大，沉淀过程中呈胶状，因而分离困难，不仅导致废水难以达标，而且产生的污泥含水率高，难以回收利用。
吸附方法一般是指采用活性氧化铝，层状双氢氧化物，稀土化合物，螯合树脂等吸附剂除去氟，但是此方法去除高浓度氟化物比较困难，且运行成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法，通过专门的技术把废弃玻璃瓶通过一系列的处理，变成可以改善水质总磷指标的发泡玻璃材料：发泡微孔隙硅轻石。
本发明首先提供一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.5～1mm,吸水率2～10％，应力1500～
2400N，比重0.5～0.6g/ml；所述发泡微孔隙硅轻石由发泡混合物经高温绕结后制得，发泡混合物包括以下重量百分比的组份：
玻璃粉末：80～99，
碳化硅：0.3～1.5。
优选的，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，所述碳化硅的粒度为1mm以下。
优选的，所述发泡微孔隙硅轻石具有如下：
视觉外观:无色或浅绿色等，
气味:无味，
颗粒形状：粗糙无定型。
密度：0.9～1.2g/cm3。
颗粒尺寸：范围50～2000μm，中值1000μm。
pH值：最大值pH 10.3，水洗后pH 7。
软化温度：未分解720～730℃。
本发明还提供了一种如上所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料的制备方法，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，包括以下步骤：
S1，先将以下重量百分比组分混合制得发泡混合物，
玻璃粉末：80～99，
碳化硅：0.3～1.5，
其中，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，所述碳化硅的粒度为1mm以下；
S2，将发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结三个阶段，然后从加热炉中取出后进行自然冷却至常温，获得发泡微孔隙硅轻石，取得发泡微孔隙硅轻石，其中第一阶段预热温度为760℃～860℃，预热时间为10～15分钟；第二阶段发泡温度为850℃～880℃，发泡时间为10～20分钟，第三阶段烧结温度为800℃～830℃，烧结时间为10～15分钟，
S0，将S2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型装置得出3～10mm大小；
S3，将S0制得的发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温120℃，加热时间8小时；
S4，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即得。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明中的发泡混合物碳化硅，有效增加发泡同时增加玻璃熔融，使产品气孔微小数量较多，且均为惯通性气孔，材料硬度增强。
(2)配方所选用的玻璃粉末，其材料来源于废弃玻璃瓶、建筑玻璃、汽车玻璃、太阳能玻璃等，这不仅大量降低原材料使用成本，而且改变了传统这些玻璃废弃物的处置方式，使废弃玻璃资源回收利用，变废为宝。
(3)本发明的发泡微孔隙硅轻石通过高温吸收强碱后再使用强酸调解PH，可有效吸附污水中的氟素。
(4)本发明通过制得的发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，增加发泡微孔隙硅轻石的比表面积，从而增强其吸附氟素的能力。
(5)本发明利用氟离子与硅轻石中的二氧化硅反应，生成氟硅酸钠沉淀，从而去除水质中的氟素；而且沉淀物氟硅酸钠还可以作为氢氟酸的材料来源。
附图说明
图1为一种本发明的发泡微孔隙硅轻石处理含氟废水的工艺流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例提供第一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法。
步骤1，取200μm粒度的玻璃粉末10.5kg，300μm粒度的碳化硅0.052kg，搅拌混合制得发泡混合物；
步骤2，将上述发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，厚度20mm，发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结后从加热炉中取出后进行自然冷却至常温。其中预热温度为760℃，预热时间为10分钟；发泡温度为850℃，发泡时间为10分钟，烧结温度为800℃，烧结时间为10分钟。
步骤3，将步骤2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型装置得出3～10mm大小。
步骤4，将步骤3准备好的发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温120℃，加热时间8小时。
步骤5，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即制得，该发泡微孔隙硅轻石的孔隙孔径为0.5～1mm,比重为0.5g/ml,吸水率2～5％，应力为1500N。
实施例2
本实施例提供第二种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料及其制备方法。
步骤1，取900μm粒度玻璃粉末8.5kg，600μm粒度碳化硅0.042kg，搅拌混合制得发泡混合物；
步骤2，将上述发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，厚度20mm，发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结后从加热炉中取出后进行自然冷却至常温。其中预热温度为860℃，预热时间为15分钟；发泡温度为880℃，发泡时间为20分钟，烧结温度为830℃，烧结时间为15分钟。
步骤3，将步骤2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型装置得出3～10mm大小。
步骤4，将步骤3准备好的发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温125℃，加热时间8小时。
步骤5，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即制得。该发泡微孔隙硅轻石的孔隙孔径为0.5～0.8mm,比重为0.6g/ml,吸水率5～10％，应力为2400N。
实施例3
本实施例提供一种配合本发明使用的处理含氟废水的工艺流程。
反应式：氟的化学沉淀原理
NaF→Na++F-
SiO2+6HF→SiF6 2-+2H++2H2O(pH＜3.2)
SiO2+4H++6F-→SIF6 2-+2H2O(pH＞3.2)
SIF6 2-+2Na+→Na2SiF6↓
工艺流程：如图1所示。
其中，“在氟初始浓度较高的情况下，应该增加这一步骤以逐渐降低浓度”，可以参照下表进行氟浓度、pH酸性等级的高低判断。
表1氟浓度对照表
实施例4
本实施例提供不同水处理试剂吸附氟的吸附能力和接触时间对比结果。
表2不同水处理试剂吸附氟的吸附能力和接触时间对比表
根据表2可以看出，本发明的发泡微孔隙硅轻石的吸附氟的吸附能力强和接触时间更短。
实施例5
本发明处理含氟废水具有更广泛的使用范围和/或比其他更具成本效益，具体体现如下表。
表3本发明的发泡微孔隙硅轻石处理含氟废水的优势表
注：除此之外，本发明的优势还体现在简单的工程结构就可以实现初期投资的小规模生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.5～1mm,吸水率2～10%，应力1500～2400N，比重0.5～0.6g/ml；所述发泡微孔隙硅轻石由发泡混合物经高温绕结后制得，发泡混合物包括以下重量百分比的组份：
玻璃粉末：80～99，
碳化硅：0.3～1.5。
2.根据权利要求1所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，所述碳化硅的粒度为 1mm以下。
3.根据权利要求1所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的密度为0.9〜1.2 g/cm3。
4.根据权利要求1所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的颗粒尺寸为：范围50～2000μm，中值1000μm。
5.根据权利要求1所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的pH值为：最大值 pH 10.3，水洗后 pH 7。
6.根据权利要求1所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料，其特征在于，所述发泡微孔隙硅轻石的软化温度：未分解720～730℃。
7.一种降低水质氟素指标的发泡玻璃材料的制备方法，所述发泡玻璃材料为含有微孔隙的发泡微孔隙硅轻石，其特征在于，包括以下步骤：
S1，先将以下重量百分比组分混合制得发泡混合物，
玻璃粉末：80～99，
碳化硅：0.3～1.5；
S2，将发泡混合物搅拌均匀平铺在加热炉中，发泡混合物在加热炉中经预热、发泡、烧结三个阶段，然后从加热炉中取出后进行自然冷却至常温，获得发泡微孔隙硅轻石，其中第一阶段预热温度为760℃～860℃，预热时间为10～15分钟；第二阶段发泡温度为850℃～880℃，发泡时间为10～20分钟，第三阶段烧结温度为800℃～830℃，烧结时间为10～15分钟，
S3，将发泡微孔隙硅轻石进行水热处理，投入已添加氢氧化钠和水混合的高压锅内加温120℃，加热时间8小时；
S4，取出使用稀硫酸进行反复反洗，使其在水中的PH值在中性，取出放置在通风处自然风干即得。
8.根据权利要求7所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃粉末的粒度为1mm以下，所述碳化硅的粒度为 1mm以下。
9.根据权利要求8所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2、S3之间还包括步骤S0,将S2制得的发泡微孔隙硅轻石，使用成型装置得出3～10mm大小。
10.根据权利要求9所述的降低水质氟素指标的发泡玻璃材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述发泡微孔隙硅轻石的孔径为0.5～1mm,吸水率2～10%，应力1500～2400N，比重0.5～0.6g/ml。
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