CN112125515A - 一种基于废弃物材料制备玻璃轻石的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于废弃材料制备玻璃轻石的方法。其技术方案为：废弃玻璃、废弃牡蛎壳及石材加工产生的粉末，通过研磨后，过0.2mm筛孔后，按90:6:4的质量比进行混合均匀后，置于高温炉中进行程序升温，自然冷却后取出即为玻璃轻石。本发明技术充分利用玻璃、牡蛎壳及石材粉末等废弃材料特点，在阶段性程序升温的条件下，实现优良玻璃轻石产品制备，体现了良好的废弃物资源化利用途径的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于废弃物资源化利用的技术领域，涉及一种利用废弃物材料生产玻璃轻石的方法。
背景技术
玻璃轻石是玻璃废弃物发泡剂材料在高温条件下制备而成。其具有多孔隙、质量轻、抗压能力强等特点，逐渐受到重视，并作为一种玻璃废弃物资源化利用的有效途径。玻璃轻石具有不燃性，作为无机矿物性产品，玻璃轻石在耐火性材料的应用具有重要的优势；玻璃轻石质量轻盈，在施工现场，不论如何曲解的地形，或是有埋设地下管道的工事，环保轻石都具备极高的自由利用度；多孔隙的结构特征使其墙体保温隔热、桥梁减压、河岸护堤、管道铺设、高速公路排水、水质净化等方面均具有较好的应用潜力。玻璃轻石是将玻璃研磨成粉，通过添加不同的助剂，高温烧制发泡后形成的一种环保材料。轻石在诸多领域有巨大的发展潜力。
泉州是中国三大金融综合改革试验区之一，是中国民营经济综合改革试点地区，福建省高新技术产业开发区、新的经济管理体制示范区和新的经济增长点。但泉州市资源匮乏，缺乏完善的再生资源回收利用体系和完备的资源循环利用机制。因此，探索高效的废弃物资源利用途径，提高资源利用率，解决资源供需矛盾是实现泉州产业经济可持续发展的本质要求。据统计，泉州2015年产生工业固体废弃物811.57万吨，医疗废物产生量为3520吨，生活垃圾产生量231.11万吨，其中废弃玻璃制品约为40万吨；因此，开发废弃玻璃的资源利用途径，对泉州社会、经济发展具有重要的作用。另外，泉州是高密度牡蛎养殖区，2013年福建省牡蛎养殖面积35764公顷，产量达152.1万吨，养殖面积和产量均居全国之冠。牡蛎壳占其整体比例约为80%，随之带来的牡蛎壳多达120万吨。泉州的南安市也是中国建材之乡，其石材生产及加工过程产生大量的细粉末。因此，立足地区废弃物资源特点，生产环保玻璃轻石制品，有助于区域废弃物资源化，实现环境效益和经济效益的统一。
发明内容
本发明的目的是基于泉州地区废弃物资源的特点，通过材料间的配比和制备温度优化，生产环保玻璃轻石，实现废弃玻璃、废弃牡蛎壳及废弃石料加工粉末等废弃物的资源化利用。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是这样开展的：
一种基于废弃物材料制备玻璃轻石的方法，包括以下步骤：
步骤1：收集废弃玻璃制品、废弃牡蛎壳及石材加工厂产生的石材粉末，通过机械破碎、机械研磨，过0.2mm筛孔；
其中机械破碎可采用颚式破碎机进行；机械研磨可采用行星式球磨仪进行，破碎及研磨至能过0.2mm筛孔的粒径；
步骤2：将制备的玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末，按90:6:4的质量比进行充分混合均匀；
步骤3：将上述混合物置于高温炉中，炉温先在450℃保留20分钟后，升温至720℃，保持30分钟，再升温至820℃，保持30分钟，最后升至1010℃，保留10分钟，自然冷却后取出即为玻璃轻石。
所述步骤1中废弃玻璃制品为玻璃制品丢弃的玻璃部分；废弃牡蛎壳为沿海牡蛎养殖，收获取肉后的废弃牡蛎壳；石材粉末为石材加工过程产生的粉末或飞尘沉降物。
所述步骤1中破碎、研磨及过0.2mm筛孔，是为了获得较细的颗粒粉末，为后续均匀混合提供条件。
所述步骤2中三种材料按90:6:4的比例进行均匀混合，所用比例是材料的质量比，均匀混合的目的是为了获得更加均匀的发泡孔隙，提高玻璃轻石的质量。
所述步骤3的高温炉的升温程序是为了保障良好的熔化及发泡过程，以便获得良好的玻璃轻石制品。
本发明是充分考虑废弃玻璃的高温熔化属性，牡蛎壳中主要材料碳酸钙高温分解生成二氧化碳的发泡属性，通过3种废弃物材料的优化配比，在程序升温条件下，制备玻璃轻石产品。该玻璃轻石制备的方法具有如下优点：
（1）充分利用玻璃、牡蛎壳及石材加工粉末等地区废弃物材料的特点，有助于地区废弃物资源化，减少废弃物环境压力；
（2）生产的玻璃轻石具有多孔隙和质地轻盈的特点，符合玻璃轻石所具有的优点。
（3）本发明制备温度的程序化升温步骤，有利于自动化的规模化生产，更重要的是保障良好的熔化及发泡过程，过高初始温度，导致碳酸钙煅烧过程CO2快速释放，不利于玻璃融化胶质中孔隙度的形成，而采用减缓升温过程并提高发泡温度的程序升温，有助于提高轻石的孔隙含量。这是在减缓升温过程，牡蛎壳中的碳酸钙含量随温度升高，逐渐煅烧释放出CO2，在玻璃胶体中形成孔隙，过快的升温过程，导致生成的CO2快速释放，而形成的孔隙重新被玻璃融化的胶质掩盖，减少孔隙形成。
（4）将玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末三种材料按90:6:4的质量比混合，能够获得孔隙分布情况良好及质地轻盈的玻璃轻石产品。过高的废弃玻璃组分，玻璃融化的胶质含量过高，所形成的玻璃属性就较高，不利于轻石的运用；且玻璃组分高，牡蛎壳等材料组分就少，其高温诱发的发泡效果也就较差，不利于轻石孔隙度的形成；过高的牡蛎壳和石材粉末组分，减少了玻璃融化胶质形成，且高温后冷却形成的碳酸钙等物质含量过高，导致形成玻璃轻石脆弱，不适合轻石实际运用。
附图说明
图1为实施例1制备出的玻璃轻石及内部孔隙分布特征；
图2为实施例1制备出的颗粒状玻璃轻石产品；
图3 为实施例1制备出的玻璃轻石孔隙结构电镜扫描特征；
图4为对比例1制备出的样品形貌；
图5为对比例2（左）和对比例3（右）制备出的样品形貌。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本发明的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种基于废弃物材料制备玻璃轻石的方法，包括以下步骤：
（1）收集废弃玻璃制品、废物牡蛎壳及石材加工厂产生的粉末，通过颚式破碎机进行初步粉碎，然后置于行星式球磨仪进一步研磨粉碎，直至所选材料能正常通过0.2mm的筛孔。
（2）将制备的玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末，按照90:6:4的质量比进行充分混合均匀。
（3）将上述混合物置于马弗炉中，按照450℃保留20分钟，升温至720℃，保持30分钟，升温至820℃，保持30分钟，最后升温至1010℃，保留10分钟，的升温程序进行高温熔化、发泡等过程制备玻璃轻石。
（4）自然冷却后取出即为玻璃轻石，所制备的玻璃轻石发泡效果如图1所示；制备的玻璃轻石产品如图2所示；制备的玻璃轻石孔隙特征如图3所示。
通过本方法所制备的玻璃轻石，孔隙较多且分布较为均匀，表现出较好的质地轻盈、多孔隙的轻石特征，具有较好的运用前景。电镜扫描结果展现了轻石孔隙表面较为光滑，具有多层褶皱和网状分布的特征，结构比较松散。这些孔隙结构特征表明了所制备的玻璃轻石具有一定的孔隙吸附能力。而且轻石的结构稳定，不易被热或者一些强氧化剂和强还原剂破坏，无毒无害，因此在应用上具有较好的潜力。
对比例1
（1）收集废弃玻璃制品、废物牡蛎壳及石材加工厂产生的粉末，通过颚式破碎机进行初步粉碎，然后置于行星式球磨仪进一步研磨粉碎，直至所选材料能正常通过0.2mm的筛孔。
（2）将制备的玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末，按照90:6:4的质量比进行充分混合均匀。
（3）将上述混合物置于马弗炉中，经预热（390℃，10min）、第一次升温加热（690℃，15min）、烧成加热（750℃，10min）、第二次升温加热（810℃，15min）、发泡加热（1000℃，8min），冷却至室温后取出样品。结果如图4所示，孔隙形成较少，质地也较为紧密，不是合适的轻石产品。
对比例2
（1）收集废弃玻璃制品、废物牡蛎壳及石材加工厂产生的粉末，通过颚式破碎机进行初步粉碎，然后置于行星式球磨仪进一步研磨粉碎，直至所选材料能正常通过0.2mm的筛孔。
（2）将制备的玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末，按照86:10:4的质量比进行充分混合均匀。
（3）将上述混合物置于马弗炉中，按照450℃保留20分钟，升温至720℃，保持30分钟，升温至820℃，保持30分钟，最后升温至1010℃，保留10分钟，的升温程序进行高温熔化、发泡等过程，冷却至室温后取出样品。结果如图5中左边所示，提高牡蛎壳组分比例后获得的样品孔隙分布情况及质地轻盈特征均比实施例1差很多。
对比例3
（1）收集废弃玻璃制品、废物牡蛎壳及石材加工厂产生的粉末，通过颚式破碎机进行初步粉碎，然后置于行星式球磨仪进一步研磨粉碎，直至所选材料能正常通过0.2mm的筛孔。
（2）将制备的玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末，按照95:3:2的质量比进行充分混合均匀。
（3）将上述混合物置于马弗炉中，按照450℃保留20分钟，升温至720℃，保持30分钟，升温至820℃，保持30分钟，最后升温至1010℃，保留10分钟，的升温程序进行高温熔化、发泡等过程，冷却至室温后取出样品。结果如图5中右边所示，提高玻璃组分比例后获得的样品孔隙分布情况及质地轻盈特征均比实施例1差很多。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.一种基于废弃物材料制备玻璃轻石的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：收集废弃玻璃制品、废弃牡蛎壳及石材加工厂产生的石材粉末，通过机械破碎、机械研磨，过0.2mm筛孔；
步骤2：将制备的玻璃粉末、牡蛎壳粉末及石材粉末，按90:6:4的质量比进行充分混合均匀；
步骤3：将上述混合物置于高温炉中，炉温在450℃保留20分钟后，升温至720℃，保持30分钟，升温至820℃，保持30分钟，最后升至1010℃，保留10分钟，自然冷却后取出即为玻璃轻石。
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