CN102219357A - 一种空心玻璃微珠的生产工艺及其设备 - Google Patents

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古安林
阳运霞
吴嘉富
江龙
陈东
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Abstract

本发明涉及了一种空心玻璃微珠的生产工艺及其设备。其方法是：采用珍珠岩、松脂岩、黑耀岩、火山灰、硅藻土等天然玻璃质矿物为原料，经破碎、粉磨后，分选出粒径为5-200μm的矿粉，在300-750℃的温度下干燥，控制结合水含量为0.1-2wt%。通过气力输送方式将矿粉送入空心玻璃微珠膨胀炉，高温膨胀温度为1000-1400℃，保温调质温度为800-1150℃，然后经冷却、收集得到高性能空心玻璃微珠。该工艺及其配套设备具有成本低、产品性能好的优点。通过对粉体粒径、含水量、膨胀温度、保温调质温度及时间的控制，得到不同密度的高性能空心玻璃微珠，可满足不同行业对空心玻璃微珠的性能要求。

Description

一种空心玻璃微珠的生产工艺及其设备
技术领域
本发明涉及生产一种轻质无机材料的生产工艺及其设备，更具体地说，本发明涉及一种空心玻璃微珠的生产工艺及其设备，属于新型无机材料领域。
背景技术
空心玻璃微珠是一种具有中空结构的球形玻璃质粉体，结构的特殊性决定了它具有密度低、热导率低、化学稳定性好、流动性好等特点，作为填充剂加到各种材料中，能起到降低密度、隔热、隔音的作用，被广泛运用于航空、汽车、建材、化工、农业、石油等工业领域。
根据原料的不同，目前空心玻璃微珠的生产工艺主要有两种：
专利CN 1990401A介绍了一种以硅酸钠为主要原料的制备工艺，先将含有硼的硅酸钠溶液进行喷雾干燥，得到直径为5-50μm的实心凝胶球，然后在400-600℃的高温炉中膨胀成型。由于该制备工艺以硅酸钠为原料，空心玻璃微珠中碱金属含量高，玻璃中的硅氧键断裂比例大。该种工艺制备的空心玻璃微珠抗压强度低、化学稳定性差，在要求高的行业中运用受到限制。
专利CN 101638293A公开了一种空心玻璃微珠的制备方法，它先将一定比例的玻璃原料熔融均化，然后经水淬、分集、空心球化、收集得到空心玻璃微珠。由于该种工艺需要预先制备玻璃，需要两次高温处理，能耗较高，且玻璃中含有一定比例的硼，使其制备成本偏高。同时对工艺的控制困难，特别是对SO3含量、膨胀温度、时间及气氛的控制。
目前还不能通过上述两种生产工艺制备出高性能、低成本的空心玻璃微珠。
发明内容
本发明的目的就是利用玻璃质矿物为原料，解决背景资料中的产品抗压强度低、化学稳定性差，生产工艺复杂，难以控制的问题，提供一种新的生产工艺，生产具有高性能、低成本的空心玻璃微珠。
为达到上述目的，本发明采用的生产技术如下：
一种空心玻璃微珠的生产工艺，生产工艺步骤包括将玻璃质原矿破碎、粉磨、分选、干燥、高温膨胀、保温调质、冷却以及收集。
具体步骤包括：
A、将玻璃质原矿进行破碎、粉磨，分选出粒径为5-200μm的原料粉体；
B、将步骤A得到的原料粉体在300-750℃下进行干燥，干燥至结合水含量为0.1-2wt%；
C、原料通过气力输送进入空心玻璃微珠膨胀炉中，自上而下通过空心玻璃微珠膨胀炉的膨胀区、保温调质区，粉体依次在1000-1400℃下高温膨胀，在800-1150℃下保温调质，得到具有单一空心结构的空心玻璃微珠，随高温气流下行，然后与可控冷却风混合冷却成型；
D、步骤C得到的空心玻璃微珠，经收集组件收集得到高性能的空心玻璃微珠。
上述玻璃质原矿为珍珠岩、松脂岩、黑耀岩、火山灰或者硅藻土。
上述的高温膨胀采用燃气加热；保温调质采用电加热。
上述的可控冷却风的温度为室温，由风机不同功率来控制不同的风量，由此来控制高温膨胀以及保温调质的时间，制造出不同密度的空心玻璃微珠；在炉内负压气流作用下粉体垂直下行，避免了粉体粘壁。
一种空心玻璃微珠的生产设备，其特征在于：包括依次连接的粉碎组件、分级机、烘干机、气力输送组件、膨胀炉以及收集组件。
上述的粉碎组件为破碎机和粉磨机依次连接。
上述的气力输送组件为风机、料仓、送粉器以及助燃空气管道；料仓位于送粉器上方，送粉器一侧连接风机，另一侧通过助燃空气管道与膨胀炉连接。
上述的膨胀炉为立式炉，内部从上至下依次为燃烧器、高温膨胀区和保温调质区。
粉体经送粉器进入助燃空气管道；助燃空气经风机进入助燃空气管道，将粉体送入膨胀炉中的燃烧器。粉体从炉体上部的燃烧器进入高温膨胀区，受热膨胀形成单一的空心结构，并随着高温气流下行进入电加热保温调质区，通过控制膨胀温度、保温调质温度和时间，调整空心玻璃微珠的结构，得到各种密度的高性能空心玻璃微珠。
上述的收集组件包括依次连接的沉降室、旋风收尘器、布袋收尘器以及尾部的用于收集的风机；冷却后的空心玻璃微珠在尾部风机的引力作用下，依次经过沉降室、旋风收尘器、布袋收尘器被全部收集。
本发明的有益技术效果为：
1、本发明采用玻璃质矿物为原料，简化了生产工艺流程，解决了现有技术工艺控制困难的问题，生产出具有强度高、化学稳定性好、成本低的空心玻璃微珠。
2、容易通过对粉体粒径、含水量、膨胀温度、保温温度的控制，得到不同密度的高性能空心玻璃微珠，可满足不同行业对空心玻璃微珠的性能要求。
附图说明
图1是空心玻璃微珠生产工艺流程方框图。
图2是空心玻璃微珠生产设备示意图。
附图标记
1为破碎机、2为粉磨机、3为分级机、4为烘干机、5为风机、6为料仓、7为送粉器、8为助燃空气管道、9为燃烧器、10为膨胀炉、11为高温膨胀区、12为保温调质区、13为沉降室、14为旋风收尘器、15为布袋收尘器、16为风机。
具体实施方式
实施例1
玻璃质矿物在破碎机1中破碎后进入粉磨机2，粉磨后的粉体通过分级机3，分选出粒径在5μm的粉体，然后进入烘干机4，干燥温度为300℃，除去粉体中的自由水，结合水含量为2wt%。
粉体通过气力输送进入空心玻璃微珠膨胀炉10中，自上而下通过空心玻璃微珠膨胀炉10的高温膨胀区11、保温调质区12，膨胀温度为1000℃，保温调质温度为800℃。空心玻璃微珠随高温气流下行，与可控冷却风混合冷却成型，最后经收集组件得到高性能的空心玻璃微珠，得到空心玻璃微珠的粒径为8μm，密度为0.1g/cm3。
所述气力输送包括风机5、料仓6、送粉器7、助燃空气管道8；料仓6安装在送粉器7上面，粉体经送粉器7进入助燃空气管道8。助燃空气经风机5进入助燃空气管道8，将粉体送入燃烧器9。
所述空心玻璃微珠膨胀炉10为立式炉，有燃气、电两种加热方式，分别组成高温膨胀区11和电加热保温调质区12。粉体从炉体上部的燃烧器9进入高温膨胀区11，受热膨胀形成单一的空心结构，并随着高温气流下行进入电加热保温调质区12。
所述收集组件包括由沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15和配套风机16。冷却后的粉体在尾部风机16的引力作用下，依次经过沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15被全部收集。
实施例2
玻璃质矿物在破碎机1中破碎后进入粉磨机2，粉磨后的粉体通过分级机3，分选出粒径在200μm的粉体，然后进入烘干机4，干燥温度为750℃，除去粉体中的自由水，结合水含量为0.1wt%。
粉体通过气力输送进入空心玻璃微珠膨胀炉10中，自上而下通过空心玻璃微珠膨胀炉10的高温膨胀区11、保温调质区12，膨胀温度为1400℃，保温调质温度为1150℃。空心玻璃微珠随高温气流下行，与可控冷却风混合冷却成型，最后经收集组件得到高性能的空心玻璃微珠，得到空心玻璃微珠的粒径为220μm，密度为0.8g/cm3。
所述气力输送包括风机5、料仓6、送粉器7、助燃空气管道8；料仓6安装在送粉器7上面，粉体经送粉器7进入助燃空气管道8。助燃空气经风机5进入助燃空气管道8，将粉体送入燃烧器9。
所述空心玻璃微珠膨胀炉10为立式炉，有燃气、电两种加热方式，分别组成高温膨胀区11和电加热保温调质区12。粉体从炉体上部的燃烧器9进入高温膨胀区11，受热膨胀形成单一的空心结构，并随着高温气流下行进入电加热保温调质区12。
所述收集组件包括由沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15和配套风机16。冷却后的粉体在尾部风机16的引力作用下，依次经过沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15被全部收集。
实施例3
玻璃质矿物在破碎机1中破碎后进入粉磨机2，粉磨后的粉体通过分级机3，分选出粒径在40μm的粉体，然后进入烘干机4，干燥温度为400℃，除去粉体中的自由水，结合水含量为0.6wt%。
粉体通过气力输送进入空心玻璃微珠膨胀炉10中，自上而下通过空心玻璃微珠膨胀炉10的高温膨胀区11、保温调质区12，膨胀温度为1250℃，保温调质温度为900℃。空心玻璃微珠随高温气流下行，与可控冷却风混合冷却成型，最后经收集组件得到高性能的空心玻璃微珠，得到空心玻璃微珠的粒径为100μm，密度为0.35g/cm3。
所述气力输送包括风机5、料仓6、送粉器7、助燃空气管道8；料仓6安装在送粉器7上面，粉体经送粉器7进入助燃空气管道8。助燃空气经风机5进入助燃空气管道8，将粉体送入燃烧器9。
所述空心玻璃微珠膨胀炉10为立式炉，有燃气、电两种加热方式，分别组成高温膨胀区11和电加热保温调质区12。粉体从炉体上部的燃烧器9进入高温膨胀区11，受热膨胀形成单一的空心结构，并随着高温气流下行进入电加热保温调质区12。
所述收集组件包括由沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15和配套风机16。冷却后的粉体在尾部风机16的引力作用下，依次经过沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15被全部收集。
实施例4
玻璃质矿物在破碎机1中破碎后进入粉磨机2，粉磨后的粉体通过分级机3，分选出粒径在110μm的粉体，然后进入烘干机4，干燥温度为650℃，除去粉体中的自由水，结合水含量为0.2wt%。
粉体通过气力输送进入空心玻璃微珠膨胀炉10中，自上而下通过空心玻璃微珠膨胀炉10的高温膨胀区11、保温调质区12，膨胀温度为1300℃，保温调质温度为1000℃。空心玻璃微珠随高温气流下行，与可控冷却风混合冷却成型，最后经收集组件得到高性能的空心玻璃微珠，得到空心玻璃微珠的粒径为150μm，密度为0.6g/cm3。
所述气力输送包括风机5、料仓6、送粉器7、助燃空气管道8；料仓6安装在送粉器7上面，粉体经送粉器7进入助燃空气管道8。助燃空气经风机5进入助燃空气管道8，将粉体送入燃烧器9。
所述空心玻璃微珠膨胀炉10为立式炉，有燃气、电两种加热方式，分别组成高温膨胀区11和电加热保温调质区12。粉体从炉体上部的燃烧器9进入高温膨胀区11，受热膨胀形成单一的空心结构，并随着高温气流下行进入电加热保温调质区12。
所述收集组件包括由沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15和配套风机16。冷却后的粉体在尾部风机16的引力作用下，依次经过沉降室13、旋风收尘器14、布袋收尘器15被全部收集。

Claims (10)

1.一种空心玻璃微珠的生产工艺，其特征在于：生产工艺步骤包括将玻璃质原矿破碎、粉磨、分选、干燥、高温膨胀、保温调质、冷却以及收集。
2.根据权利要求1所述的一种空心玻璃微珠的生产工艺，其特征在于：具体步骤包括：
A、将玻璃质原矿进行破碎、粉磨，分选出粒径为5-200μm的原料粉体；
B、将步骤A得到的原料粉体在300-750℃下进行干燥，干燥至结合水含量为0.1-2wt%；
C、将步骤B干燥后的原料粉体进行高温膨胀，然后再进行保温调质，完成后再进行冷却成型得到空心玻璃微珠；
D、收集步骤C得到的空心玻璃微珠。
3.根据权利要求1或2所述的一种空心玻璃微珠的生产工艺，其特征在于：所述的玻璃质原矿为珍珠岩、松脂岩、黑耀岩、火山灰或者硅藻土。
4.根据权利要求1或2所述的空心玻璃微珠的生产工艺，其特征在于：所述的高温膨胀以及保温调质具体为：
原料粉体依次在1000-1400℃下高温膨胀，在800-1150℃下保温调质，得到具有单一空心结构的空心玻璃微珠，然后与温度为室温的冷却风混合冷却成型。
5.根据权利要求4所述的空心玻璃微珠的生产工艺，其特征在于：所述的高温膨胀采用燃气加热；保温调质采用电加热。
6.根据权利要求1所述的一种空心玻璃微珠的生产设备，其特征在于：所述的空心玻璃微珠的生产设备包括依次连接的粉碎组件、分级机（3）、烘干机（4）、气力输送组件、膨胀炉（10）以及收集组件。
7.根据权利要求6所述的一种空心玻璃微珠的生产设备，其特征在于：所述的粉碎组件为破碎机（1）和粉磨机（2）依次连接。
8.根据权利要求6所述的一种空心玻璃微珠的生产设备，其特征在于：所述的气力输送组件为风机（5）、料仓（6）、送粉器（7）以及助燃空气管道（8）；料仓（6）位于送粉器（7）上方，送粉器（7）一侧连接风机（5），另一侧通过助燃空气管道（8）与膨胀炉（10）连接。
9.根据权利要求6所述的一种空心玻璃微珠的生产设备，其特征在于：所述的膨胀炉（10）为立式炉，内部从上至下依次为燃烧器（9）、高温膨胀区（11）和保温调质区（12）。
10.根据权利要求6所述的一种空心玻璃微珠的生产设备，其特征在于：所述的收集组件包括依次连接的沉降室（13）、旋风收尘器（14）、布袋收尘器（15）以及用于收集的风机（16）。
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