CN113135657B

CN113135657B - 一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃

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Publication number: CN113135657B
Application number: CN202110336486.6A
Authority: CN
Inventors: 丁银贵; 刘风华; 邹结富; 陈士朝; 周立杰
Original assignee: CECEP Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: CECEP Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: CN113135657A

Abstract

本发明涉及危险废物处理技术，具体涉及一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃。该泡沫玻璃的制备方法包括如下步骤：1)将危险废物熔融玻璃化产物与辅料混合后进行研磨处理，得混合物料；2)将所述混合材料制备成泡沫玻璃坯体；3)将所述泡沫玻璃坯体在温度950℃～1150℃的条件下熔融发泡得到泡沫玻璃熔体；4)将所述泡沫玻璃熔体在1min～3min内降温至500℃～650℃，然后退火，冷却，得泡沫玻璃。本发明中以危险废物熔融玻璃化产物为主要材料，制备的泡沫玻璃具有隔热、防火、吸声、防潮、轻质、高强等优越的性能，是一种新型环保建筑材料，实现了危险废物熔融玻璃化产物的高价值化利用。

Description

一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃

技术领域

本发明涉及危险废物处理，具体涉及一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃。

背景技术

目前，高热值的危险废物通过焚烧处置后产生的废弃物可分为两类：底渣和飞灰(简称焚烧灰渣)。焚烧灰渣量约为入炉原料量的30％，其中底渣为25-30％，飞灰为2-5％。危险废物焚烧灰渣中含有重金属和二噁英等污染成分，若不能妥善处理，将会对人类生存环境造成严重的二次污染。随着安全填埋场地的日趋紧张，填埋成本也越来越高，危险废物熔融玻璃化处理技术能够完全消除焚烧灰渣中重金属和二噁英等污染成分，现已成为行业内研究的热点。

危险废物熔融玻璃化处理技术是将固体废物加热至完全熔化，然后快速冷却获得无定形结构熔融物(以下简称玻璃化产物)的过程。经过处置后的玻璃态物质具有稳定性强、体积较小的特点，是实现固废减量化和无害化的有效途径之一。危险废物经过熔融玻璃化处理技术得到的玻璃态产物的利用方式相关报道较少。

泡沫玻璃是一种性能优越的绝热、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料，使用温度为-196～600℃，A级不燃与建筑物同寿命，热导率为0.058W(/m·K)，透湿系数几乎为0。泡沫玻璃具有机械强度高、导热系数小、热膨胀系数低、不吸水、不燃烧、不变形、使用寿命长、化学稳定性好、易于锯切加工、施工方便等优点。因而，微晶泡沫玻璃是一种附加值高，具有广阔应用前景的节能材料。

综上所述，若能够使用危险废物熔融玻璃化产物来生产泡沫玻璃将具有较好的市场前景和经济效益。

发明内容

本发明首先提供一种利用危险废物熔融玻璃化产物制备泡沫玻璃的方法，包括如下步骤：

1)将危险废物熔融玻璃化产物与辅料混合后进行研磨处理，得混合物料；

2)将所述混合材料制备成泡沫玻璃坯体；

3)将所述泡沫玻璃坯体在温度950℃～1150℃的条件下熔融发泡得到泡沫玻璃熔体；

4)将所述泡沫玻璃熔体在1min～3min内降温至500℃～650℃，然后退火，冷却，得泡沫玻璃。

对于本领域来讲，若能够使用危险废物熔融玻璃化产物来生产泡沫玻璃，可将危险废物熔融玻璃化产物进行理想地再利用，但是在将危险废物熔融玻璃化产物制备成泡沫玻璃的过程中发现，危险废物熔融玻璃化产物中的重金属离子容易析出，无法保证其安全性。进而，申请人对制造方法进行了优化，发现在温度950℃～1150℃的条件下熔融后，在1～3min内降温至500℃～650℃，可防止重金属离子的析出，保证所得泡沫玻璃的安全性，还可保证所得玻璃具有理想的综合性能。

优选的，所述步骤1)中的辅料包括碎玻璃、硼砂、石灰石和废石墨电极。碎玻璃可调节玻璃化产物的成分波动，硼砂可降低熔化温度，石灰石和废石墨电极可作为发泡剂。

优选的，所述混合物料中包括危险废物熔融玻璃化产物45～70份，碎玻璃20～45份、硼砂5～15份、石灰石1～3份、废石墨电极1～3份。

进一步优选的，上述组分的总量为100份。

优选的，所述步骤1)中研磨后混合物料的粒度控制为200目占比90％以上。

优选的，所述步骤1)中研磨的具体操作为先将石灰石和废石墨电极投入球磨机中，研磨1.5-2h，粒度控制200目占比80％以上，然后将碎玻璃投入球磨机，研磨0.5-1.5h，最后将危险废物熔融玻璃化产物和硼砂投入球磨机，再研磨1-1.5h。制备泡沫玻璃的过程中不同物料要求粒度不一样(发泡剂1000目以下，其他原料200目以下)，可磨性也不一样，通过上述分段研磨，可保证研磨后物料均匀且细腻。

优选的，所述步骤2)中压力为0.5～1Mpa。

优选的，所述步骤3)中熔融发泡的时间为10～60min。

优选的，所述步骤4)中的降温速度为3-5℃/s。能够控制泡沫玻璃熔体不由玻璃态向晶态转变，防止重金属在后续使用过程中变动浸出。

进一步优选的，所述冷却在退火炉中进行，采用强制风冷控制降温速度为3-5℃/s。

优选的，所述步骤4)中退火在50min～120min内完成。通过上述操作可消除应力，保证泡沫玻璃产品的性能。

本发明的另一目的是保护一种泡沫玻璃，由本发明所述方法制备得到。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明以危险废物熔融玻璃化产物为主要原料，制备而成的泡沫玻璃具有隔热、防火、吸声、防潮、轻质、高强等优越的性能，是一种新型环保建筑材料，实现了其高质化、高值化利用。

(2)本发明所述方法在研磨过程中，针对不同物料的可磨性和粒度要求不同，进行分批次球磨，既提高研磨效率，又缩短了研磨所需时间，进而为生产出高品质的泡沫玻璃产品提供了保障。

(3)本发明所述方法在制备泡沫玻璃过程中，将泡沫玻璃熔体从950℃～1150℃快速降温至500℃～650℃，能够减少泡沫玻璃熔体由玻璃态向晶态转变，防止泡沫玻璃产品中固定的重金属，在后续使用过程中变动容易浸出，确保了泡沫玻璃产品的安全性。

附图说明

图1利用危险废物熔融玻璃化产物制备泡沫玻璃的方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中涉及的危险废物熔融玻璃化产物来自于危险废物回转窑焚烧后的底渣和飞灰，采用高温熔融炉将其熔化，然后水淬而成。

实施例1

(1)配料：

按比例进行配料，将45wt％玻璃化产物、45wt％碎玻璃、6wt％硼砂、3wt％石灰石、1wt％废石墨电极，总量为100wt％。

各种原料粒度为：玻璃化产物3～10mm；碎玻璃5～10mm；硼砂1mm以下；石灰石5～10mm；废石墨电极5～15mm。

(2)研磨处理：

先将石灰石和废石墨电极投入球磨机中，研磨1.5，粒度控制200目占比80％以上，然后将碎玻璃投入球磨机，研磨0.5h，最后将危险废物熔融玻璃化产物和硼砂投入球磨机，再研磨1.5h。

(3)装模压平：

将经过充分研磨的混合料，装入耐热钢模具中，压制平整，压力为0.6MPa。

(4)熔融发泡：

将所述盛放混合物料的模具放入加热炉内，经过高温熔融发泡得到泡沫熔体；其中熔融发泡温度为1100℃，保温时间为40min；

(5)退火：

将所述泡沫熔体降温至550℃，降温速度为5℃/s，退火60min，然后随炉冷却至室温，得到泡沫玻璃(本实施例的流程图如图1)。

实施例2

(1)配料：

按比例进行配料，将50wt％玻璃化产物、35wt％碎玻璃、10wt％硼砂、3wt％石灰石、2wt％废石墨电极，总量为100wt％。

各种原料粒度为：玻璃化产物3～10mm；硼砂1mm以下；石灰石5～10mm；废石墨电极5～15mm。

(2)研磨处理：

先将石灰石和废石墨电极投入球磨机中，研磨2h，粒度控制200目占比80％以上，然后将碎玻璃投入球磨机，研磨0.5h，最后将危险废物熔融玻璃化产物和硼砂投入球磨机，再研磨1h。

(3)装模压平：

将经过充分研磨的混合料，装入耐热钢模具中，压制平整，压力为0.5MPa。

(4)熔融发泡：

将所述盛放混合物料的模具放入加热炉内，经过高温熔融发泡得到泡沫玻璃熔体；其中熔融发泡温度为1000℃，保温时间为50min；

(5)退火：

将所述泡沫熔体降温至650℃，降温速度为5℃/s，退火120min，然后随炉冷却，得到泡沫玻璃。

实施例3

(1)配料：

按比例进行配料，将60wt％玻璃化产物、25wt％碎玻璃、12wt％硼砂、1wt％石灰石、2wt％废石墨电极，总量为100wt％。

(2)研磨处理：

(3)装模压平：

将经过充分研磨的混合料，装入耐热钢模具中，压制平整，压力为1.0MPa。

(4)熔融发泡：

将所述盛放混合物料的模具放入加热炉内，经过高温熔融发泡得到泡沫玻璃熔体；其中熔融发泡温度为1100℃，保温时间为20min；

(5)退火：

将所述泡沫熔体降温至600℃，降温速度为4℃/s，退火80min，然后随炉冷却，得到泡沫玻璃。

实施例4

(1)配料：

按比例进行配料，将70wt％玻璃化产物、20wt％碎玻璃、7wt％硼砂、2wt％石灰石、1wt％废石墨电极，总量为100wt％。

(2)研磨处理：

先将石灰石和废石墨电极投入球磨机中，研磨1.5，粒度控制200目占比80％以上，然后将碎玻璃投入球磨机，研磨1h，最后将危险废物熔融玻璃化产物和硼砂投入球磨机，再研磨1.5h。

(3)装模压平：

将经过充分研磨的混合料，装入耐热钢模具中，压制平整，压力为0.9MPa。

(4)熔融发泡：

将所述盛放混合物料的模具放入加热炉内，经过高温熔融发泡得到泡沫玻璃熔体；其中熔融发泡温度为1150℃，保温时间为10min；

(5)退火：

将所述泡沫熔体降温至650℃，降温速度为3℃/s，退火120min，然后随炉冷却，得到泡沫玻璃。

实施例5

(1)配料：

按比例进行配料，将65wt％玻璃化产物、25wt％碎玻璃、6wt％硼砂、2wt％石灰石、2wt％废石墨电极，总量为100wt％。

(2)研磨处理：

(3)装模压平：

将经过充分研磨的混合料，装入耐热钢模具中，压制平整，压力为0.8MPa。

(4)熔融发泡：

将所述盛放混合物料的模具放入加热炉内，经过高温熔融发泡得到泡沫玻璃熔体；其中熔融发泡温度1100℃，保温时间为25min；

(5)退火：

将所述泡沫熔体降温至600℃，降温速度为4℃/s，退火75min，然后随炉冷却，得到泡沫玻璃。

对比例1

与实施例5相比，所述步骤5)中的降温速度较慢，在20min内降温至600℃。

通过检测，泡沫玻璃主要性能指标为：密度138kg/m³、导热系数0.056W/(K·m)、抗压强度1.13MPa。

对比例2

与实施例5相比，所述步骤5)中的降温速度较慢，在10min内降温至600℃，随后随炉冷却。

通过检测，泡沫玻璃主要性能指标为密度140kg/m³、导热系数0.050W/(K·m)、抗压强度1.18MPa。

实验例

使用XRD分析不同泡沫玻璃中玻璃体含量(按GB/T 18046-2017附录C规定的X射线衍射法进行测定)，以醋酸-醋酸钠缓冲溶液为浸提剂，溶解玻璃态渣，测得其酸溶率，其结果如表1：

表1不同泡沫玻璃中玻璃体含量和酸溶失率

实施例	玻璃体含量/％	酸溶失率/％
			实施例1	96	1.24
实施例2	94	1.53
			实施例3	92	1.69
实施例4	90	1.96
			实施例5	91	1.85
对比例1	78	8.65
			对比例2	86	4.57
标准	85	5

对实施例和对比例中重金属的浸出情况进行检测，采用(GB 5085.3—2007)中规定的方法，其结果如表2：

表2不同泡沫玻璃中重金属浸出浓度(mg/L)

对实施例和对比例中泡沫玻璃的基础性能进行检测，其中导热性能和抗压强度的检测依据(JC_T647-2014泡沫玻璃绝热制品)中规定的方法进行。

表3不同泡沫玻璃的机械性能

	密度	导热性能	抗压强度
				实施例1	135kg/m	0.045W/(K·m)	1.12MPa
实施例2	121kg/m<sup>3</sup>	0.041W/(K·m)	0.95MPa
				实施例3	165kg/m<sup>3</sup>	0.053W/(K·m)	1.61MPa
实施例4	157kg/m<sup>3</sup>	0.049W/(K·m)	1.47MPa
				实施例5	142kg/m<sup>3</sup>	0.048W/(K·m)	1.23MPa
对比例1	138kg/m<sup>3</sup>	0.056W/(K·m)	1.13MPa
				对比例2	140kg/m<sup>3</sup>	0.050W/(K·m)	1.18MPa

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述辅料包括碎玻璃、硼砂、石灰石和废石墨电极；

所述研磨的具体操作为先将石灰石和废石墨电极投入球磨机中，研磨1.5-2h，粒度控制200目筛下占比80％以上，然后将碎玻璃投入球磨机，研磨0.5-1.5h，最后将危险废物熔融玻璃化产物和硼砂投入球磨机，再研磨1-1.5h；

2)将所述混合物料制备成泡沫玻璃坯体；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中包括危险废物熔融玻璃化产物45～70份，碎玻璃20～45份、硼砂5～15份、石灰石1～3份、废石墨电极1～3份。

3.根据权利要求1～2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中研磨后混合物料的粒度控制为200目筛下占比90％以上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中制备泡沫玻璃坯体为将所述混合物料装入耐热钢模具中，压制平整，压力为0.5～1MPa。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中熔融发泡的时间为10～60min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中的降温速度为3-5℃/s。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4)中退火在50min～120min内完成。

8.一种泡沫玻璃，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述方法制备得到。