CN113548802A - 一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法。该方法包括以下步骤：将垃圾焚烧飞灰和助熔剂、发泡剂、稳泡剂、晶核剂混合，在特定的模具中经过预热、熔融、发泡、退火等工艺制备而成的。本发明上述工艺，一方面是为了提高飞灰处置的经济效益和环保效益，对垃圾焚烧飞灰的无害化处理和资源有效利用，另一方面，在配料混合熔化处理的步骤中，添加了助熔剂、发泡剂和其它晶核剂，其中加入发泡剂制备出的泡沫微晶玻璃综合性能更佳。泡沫微晶玻璃具有导热系数低、机械强度高、使用温度范围广，热膨胀系数小、不燃烧、耐腐蚀性能强、不吸水等特点。因此它是一种性能优良，具有绝热、防火、防潮、吸声等特性的轻质高强建筑材料和保温材料。

Description

一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧后产生的飞灰进行回收再利用以及保温材料制备技术领域，具体而言，涉及一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法。

背景技术

目前市场上常见的保温材料有聚苯乙烯 、聚氨酯发泡材料，这些材料都具有易燃、机械强度较低、耐水性差和寿命短等缺点。其中泡沫微晶玻璃保温材料俨然成为了研究的重点方向，微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天然石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等，是具有发展前途的21世纪的新型材料。

随着垃圾焚烧技术在我国各个城市生活垃圾处理中的推广与应用，其焚烧过程中产生的飞灰残余物，也产生一定的环境问题，俨然成为环保的重要难题之一，利用飞灰制备泡沫保温材料，一方面是为了提高飞灰处置的经济效益和环保效益，对垃圾焚烧飞灰的无害化处理和资源有效利用，另一方面，在配料混合熔化处理的步骤中，添加了助熔剂、发泡剂和其它晶核剂，其中加入发泡剂制备出的泡沫微晶玻璃综合性能更佳，其具有导热系数低、机械强度高、使用温度范围广，热膨胀系数小、不燃烧、耐腐蚀性能强、不吸水等特点。因此它是一种性能优良，具有绝热、防火、防潮、吸声等特性的轻质高强建筑材料和保温材料。

然而，传统的泡沫微晶玻璃制备方法为熔融-烧结法和熔融-两步热处理法。熔融-烧结法是将高温熔体进行水淬、磨粉、压形、烧结得到泡沫微晶玻璃。中国发明专利(CN110357441A)公开了一种微晶泡沫玻璃的制备方法，将废弃玻璃与乳液等先混合再熔融，采用熔融-烧结法制备微晶泡沫玻璃。该发明制备微晶泡沫玻璃存在生产流程长、能耗高、泡沫微晶玻璃密度偏低等缺点。熔融-两步热处理法是将高温熔体浇注成形，经核化、晶化和退火制备微晶玻璃。中国发明专利(CN107089801A)公开一种微晶泡沫玻璃及其制备方法，该方法用工业废弃物煤粉炉渣和废玻璃为主要原料,同时添加陶瓷纤维作为补强材料制备微晶泡沫玻璃，但在原料中添加陶瓷纤维经高温后因不能熔融容易产生条纹缺陷，对泡沫玻璃性能产生影响。所以目前以废渣等原料制备泡沫微晶玻璃的技术多存在熔制温度较高的缺陷或制备的泡沫微晶玻璃中气泡不稳定影响其力学性能等影响因素，所以研发出一种利用飞灰制备泡沫微晶玻璃并提高其性能的方法迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用垃圾焚烧产生的飞灰制备一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：泡沫微晶玻璃组成成分有：SiO₂ 15-40％；CaO 20-40％；MgO 3-4％；Fe₂O₃ 4-6％；Al₂O₃ 5-10%；Na₂O 0.5-10％；P2O5 0.2-1%；CrO₂ 1-5％。

利用飞灰制备泡沫微晶玻璃，其组成按重量为：飞灰26-46份、镁菱矿20-40份、发泡剂4-12份、稳泡剂1-3份、晶核剂0.01-0.5份、助熔剂0.2-1.0份。

进一步的，发泡剂为发泡剂为石灰石、白云石、硫酸盐以及碳黑中的一种或多种进行配比；

进一步的，稳泡剂为磷酸三钠（Na₃PO₄）。

进一步的，晶核剂有TiO₂、P₂O₅、ZrO₂、Fe₂O₃、Cr₂O₃、还有硫化物。

进一步的，一种利用飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，所述方法包括以下步骤：

S1 将所述的飞灰、镁菱矿、发泡剂、稳泡剂、助熔剂和晶核剂原料进行合理的配比并混合；

S2 将混合料以5-7℃/min升到450℃温度下进行保温30min；

S3 将预热后的混合料在以10-15℃/min升到核化温度700～850℃下，保温0.5-2.5h进行核化；

S4 将温度以20℃/min升到发泡温度1300-1600℃，保温0.5h进行发泡晶化；

S5 将S4得到的发泡料快速导入模具中快速降温至退火温度500℃，保温20min后降温至室温，从模具中取出，最终得到泡沫微晶玻璃。

本发明的有益效果是：本发明的泡沫微晶玻璃制备方法是利用垃圾焚烧产生的飞灰为主要原料与天然的矿物原料进行配比混合，且在微晶玻璃原料配方中添加微量的发泡剂和稳泡剂对微晶玻璃成分进行微调，在微晶玻璃高温熔制能稳定地发泡，经过快速冷却、析晶晶化后，制备而成的泡沫微晶玻璃，且综合性能更佳。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

正如背景部分所描述的，目前以垃圾焚烧飞灰制备泡沫微晶玻璃的技术多存在熔制温度较高的缺陷或制备的泡沫微晶玻璃中气泡不稳定等因素，最终影响泡沫微晶玻璃的性能。为了解决存在的问题，本发明提供了一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其包括以下步骤：将垃圾焚烧飞灰和发泡剂、稳泡剂和晶核剂混合，先预热处理，在进行高温熔化发泡过程，然后在模具中退火保温，自然冷却，最终得到泡沫微晶玻璃。在优选的实施方式中，将垃圾焚烧飞灰和其它天然矿物原料、发泡剂和稳泡剂混合的步骤中，发泡剂占以飞灰为主配合料的0.001-0.1%。

本发明提供的上述制备方法中，采用的垃圾焚烧飞灰为主要原料，先进行成分分析，再计算各配料组成，在一种优选的实施方式中，按泡沫微晶玻璃组成成分：SiO₂ 15-40％；CaO 20-40％；MgO 3-4％；Fe₂O₃ 4-6％；Al₂O₃ 5-10%；Na₂O 0.5-10％；P2O5 0.2-1%；CrO₂ 1-5％。

以下将通过实施例进一步说明本发明的有益效果：

实施例1：

一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，所述的以飞灰为主的配合料，其重量组成为：飞灰30份、镁菱矿26份、发泡剂6份、稳泡剂1份、晶核剂0.2份、助熔剂0.2份。

其制备方法主要步骤包括：

S1 将所述的飞灰、镁菱矿、发泡剂、稳泡剂、助熔剂和晶核剂原料进行合理的配比并混合；

S2 将混合料以5℃/min升到450℃温度下进行保温30min；

S3 将预热后的混合料在以10℃/min升到核化温度700℃下，保温1.8h进行核化；

S4 将温度以20℃/min升到发泡温度1450℃，保温0.5h进行发泡晶化；

S5 将S4得到的发泡料快速导入模具中快速降温至退火温度500℃，保温20min后降温至室温，从模具中取出，最终得到泡沫微晶玻璃。

本发明生产的泡沫微晶玻璃，其气孔直径为0.2-1.4mm，表观密度0.85g/m³，孔隙率为65%左右，吸水率为10%±2%，抗压强度14MPa，检测符合国家检测标准。

实施例2：

一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，所述的以飞灰为主的配合料，其重量组成为：飞灰32份、镁菱矿28份、发泡剂8份、稳泡剂2份、晶核剂0.25份、助熔剂0.4份。

其制备方法主要步骤包括：

S1 将所述的飞灰、镁菱矿、发泡剂、稳泡剂、助熔剂和晶核剂原料进行合理的配比并混合；

S2 将混合料以6℃/min升到450℃温度下进行保温30min；

S3 将预热后的混合料在以12℃/min升到核化温度800℃下，保温2h进行核化；

S4 将温度以20℃/min升到发泡温度1500℃，保温0.5h进行发泡晶化；

S5 将S4得到的发泡料快速导入模具中快速降温至退火温度500℃，保温20min后降温至室温，从模具中取出，最终得到泡沫微晶玻璃。

本发明生产的泡沫微晶玻璃，其气孔直径为0.3-1.4mm，表观密度0.90g/m³，孔隙率为68%左右，吸水率为10%±2%，抗压强度13MPa，检测符合国家检测标准。

实施例3：

一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，所述的以飞灰为主的配合料，其重量组成为：飞灰40份、镁菱矿38份、发泡剂10份、稳泡剂3份、晶核剂0.3份、助熔剂0.4份。

其制备方法主要步骤包括：

S1 将所述的飞灰、镁菱矿、发泡剂、稳泡剂、助熔剂和晶核剂原料进行合理的配比并混合；

S2 将混合料以7℃/min升到450℃温度下进行保温30min；

S3 将预热后的混合料在以12℃/min升到核化温度850℃下，保温2.5h进行核化；

S4 将温度以20℃/min升到发泡温度1550℃，保温0.5h进行发泡晶化；

S5 将S4得到的发泡料快速导入模具中快速降温至退火温度500℃，保温20min后降温至室温，从模具中取出，最终得到泡沫微晶玻璃。

本发明生产的泡沫微晶玻璃，其气孔直径为0.35-1.48mm，表观密度0.92g/m³，孔隙率为71%左右，吸水率为11%±2%，抗压强度13.8MPa，检测符合国家检测标准。

以上所述的仅是本发明所公开的一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术要求来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，将焚烧垃圾收集的飞灰与其他原料按照比例混合并进行高温熔融处理，再经过冷却析晶从而得到泡沫微晶玻璃，其原料组成为：垃圾飞灰26-46份、镁菱矿20-40份、发泡剂4-12份、稳泡剂1-3份、晶核剂0.01-0.5份、助熔剂0.2-1.0份。

2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，其微晶玻璃组成成分有：SiO₂ 15-40％；CaO 20-40％；MgO 3-4％；Fe₂O₃ 4-6％；Al₂O₃ 5-10%；Na₂O 0.5-10％；P₂O₅ 0.2-1%；CrO₂ 1-5％。

3.根据权利要求1所述的一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，发泡剂为石灰石、白云石、硫酸盐以及碳黑中的一种或多种进行配比。

4.根据权利要求1所述的一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，稳泡剂为磷酸三钠（Na₃PO₄）。

5.根据权利要求1所述的一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，常用的晶核剂有TiO₂、P₂O₅、ZrO₂、Fe₂O₃、Cr₂O₃、还有硫化物。

6.根据权利要求1所述的一种利用垃圾飞灰制备泡沫微晶玻璃的方法，其特征在于，将所述以飞灰为主原料进行泡沫微晶玻璃制备的主要步骤包括：

S1 将所述的飞灰、镁菱矿、发泡剂、稳泡剂、助熔剂和晶核剂原料进行合理的配比并混合；

S2 将混合料以5-7℃/min升到450℃温度下进行保温30min；

S3 将预热后的混合料在以10-15℃/min升到核化温度700～850℃下，保温0.5-2.5h进行核化；

S4 将温度以20℃/min升到发泡温度1300-1600℃，保温0.5h进行发泡晶化；

S5 将S4得到的发泡料快速导入模具中快速降温至退火温度500℃，保温20min后降温至室温，从模具中取出，最终得到泡沫微晶玻璃。