CN104355546A - 一种以玄武岩玻璃熟料和crt屏玻璃为主原料的泡沫玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,按重量百分比计,其原料包括如下组分:玄武岩玻璃熟料粉50-70wt%,CRT屏玻璃粉22-42wt%,发泡剂0.8-1.9wt%,添加剂3-10wt%;所述发泡剂由活性炭与SiC混合而成;所述添加剂由硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉混合而成。制备方法:将分别得到的玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉研磨混合,并将发泡剂、添加剂按比例混合,经装模、烧成、退火工序得到泡沫玻璃,所得泡沫玻璃密度小、强度高、孔隙率高,同时导热系数在0.04-0.16W/(K·m),可作为保温与隔音材料来应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃及其制备方法,属于玻璃保温材料技术领域。
背景技术
泡沫玻璃是一种由碎玻璃粉末、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等,经过细粉碎和均匀混合后,再经过中温熔融、发泡、稳泡、退火而制成的含有大量的均匀气泡的无机非金属玻璃材料。无机玻璃的物化性质以及它所具有的均匀的独立气泡决定了这种材料具有密度低、导热系数小;不燃烧,不变形,能在低温到高温的广阔温度范围内使用;化学稳定性高,能经受药品的侵蚀,不被蚀损也不腐烂;不透气、不吸湿吸水,不必担心长年使用后隔热性能变坏的优良特性;除此之外,它还抗氧化、风化,不会被虫蛀鼠啮。所以,泡沫玻璃被广泛应用在化工、石化、隧道工程等各个领域的保温保冷及吸声。
玄武岩是在开采、分选矿石之后排放的、且暂时不能被利用的固体或粉状废料,包括玄武岩尾矿和选厂尾矿,其中矿山尾矿包括已经开采出的伴生围岩和中途剔除的低品位矿石;选厂尾矿包括采用一定工艺,机械洗选矿石之后排放的矿物废料(尾矿),这些尾矿用管道输送至尾矿库存放。为此,大量农田和林地被占用,生态收到破坏,难以恢复。
玄武岩作为一种天然的矿石原料,是生产铸石的主要原料。铸石具有较高的耐化学腐蚀性和耐酸性能,具有较大的硬度和机械强度,广泛用于化工、冶金、电力、煤炭、建材、纺织和轻工等工业部门。玄武岩是生产玄武岩纸、石灰火山岩无熟料水泥、装饰板材、人造纤维的原料,还是陶瓷工业中的节能原料。另外,玄武岩是修理公路、铁路、机场跑道所用石料中最好的材料,具有抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性玄武石,玄武石具有耐磨、吃水量少、导电性能差、抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、沥青粘附性等优点。
我国玄武岩矿中的化学成分主要包括:二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁和氧化钾等,这些氧化物的总量占整个玄武岩矿氧化物成分的96wt%以上,以上成分大多数为制备建筑用多孔保温玻璃材料(泡沫玻璃)时可以利用的氧化物。
CRT(cathode ray tube,CRT)是电脑显示器和电视机中最大的部件,约占此类设备总质量的2/3,玻璃占CRT总质量的85%,其结构由玻璃屏、玻璃锥和玻璃管颈三部分组成。废弃的CRT玻璃中含有有害的物质,处理不善将对环境造成严重的污染,因此废弃CRT玻璃的再生资源化处理成为一个亟待解决的问题,对它的后处理研究也非常重视。废弃的CRT玻璃可以作为一种循环利用材料,用于制备泡沫玻璃或建筑保温材料。据统计我国阴极射线管 报在2012年达到高峰,每年将产生4000~5000万台废CRT。以废旧阴极射线管(CRT)为主要原料制成的泡沫玻璃除了具有防火、防水、吸声、吸辐射、不燃、不老化、机械强度高等泡沫玻璃的优异性质外,无疑还具有非常好的经济效益和社会效益。非常适合作为建筑保温材料应用于建筑外墙和屋面保温。
专利CN101955319A提供了一种利用废弃的玻璃纤维制品制备泡沫玻璃的方法,将废弃的玻璃纤维毡和玻璃纤维网格布粉碎成玻璃粉,添加碳化硅、三氧化二锑、硫酸钠、氟铝酸钠、硝酸钠、三氧化二钴,在球磨机中形成混合料;将配合料装入耐热模具中烧制成泡沫玻璃。以这种方法制备泡沫玻璃,可以变废为宝,保护环境,但制品强度较低。专利CN101602574A提供了一种高强度泡沫玻璃的制备方法,将碎玻璃、碳酸钙、硼砂、硝酸钠和耐火纤维装入到球磨罐中球磨混合均匀后装入模具中并已入发泡炉中经预热、发泡、稳泡、退火等阶段制得泡沫玻璃。泡沫玻璃中加入了耐火温度高、强度高的耐火纤维,所以提高了泡沫玻璃的力学学能。但是掺入耐火纤维的同时也增加了生产成本,所以需要一种通过改变玻璃组分来提高玻璃强度的方法。专利CN102001831A提供了一种全闭孔泡沫玻璃的制备方法,将碎玻璃、粉煤灰、紫木节放入球磨机中球磨至可通过200目标准筛,形成配合料;将配合料及雾化蒸馏水放入盘式造粒机中制备球状颗粒;将所制备的球状颗粒装入耐火模具中;最后将耐火模具连同球状颗粒移入发泡炉中烧制得全闭孔泡沫玻璃。这种方法制得的封闭气孔率高,气孔孔径分布均匀,提高了保温性能。但需要增加造粒过程,使工艺复杂,成本增加。
现有的制备泡沫玻璃材料的方法与技术中,几乎都是以一种废弃的玻璃制品熟料(浮法玻璃、瓶罐玻璃、CRT屏玻璃、玻璃纤维等)为主要原料,制备出泡沫玻璃产品。废弃的玻璃熟料粉末的重量可以占到整个原料总质量的90%以上。目前还没有将废弃的玻璃熟料与玄武岩玻璃共同作为主要原材料用于制备泡沫玻璃的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃及其制备方法,所得泡沫玻璃密度小、强度高、孔隙率高,同时导热系数在0.04-0.16W/(K·m),可作为保温与隔音材料来应用。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,按重量百分比计,其原料包括如下组分:玄武岩玻璃熟料粉50-70wt%,CRT屏玻璃粉22-42wt%,发泡剂0.6-1.5wt%,添加剂3-10wt%。
按上述方案,所述各原料组分粒度尺寸为:玄武岩玻璃熟料粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;CRT屏玻璃粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;发泡剂200-300目,添加剂200-300目。
按上述方案,所述发泡剂由活性炭与SiC混合而成,所述活性炭与SiC的质量比为(0.3-0.9):(0.5-1.0)。
按上述方案,所述添加剂由硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉混合而成,其中硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉质量比为(2-4):(2-3):(1-2):(0.1-0.5)。
按上述方案,所述玄武岩玻璃熟料通过特有的组分设计、熔制、破碎加工而成。具体地,所述玄武岩玻璃熟料粉的制备方法如下:称取各原料组分,按重量百分比计为:玄武岩矿粉90-96wt%,石英粉3-8wt%,纯碱粉1-5wt%,混合均匀得到配合料;将配合料熔融后水淬,并经干燥、球磨得到玄武岩玻璃熟料粉。其中,熔融温度为1450-1520℃,熔融保温时间为4-8小时。
按上述方案,所述CRT屏玻璃粉是由CRT屏玻璃破碎研磨得到的。CRT屏玻璃是由废弃的电脑显示器和电视机屏的玻璃部分,通过拆解得到其中的玻璃屏部分,破碎、研磨后即得到CRT屏玻璃粉。
上述以玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃的制备方法是:将原料玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉研磨混合,并将发泡剂、添加剂按比例混合,经装模、烧成、退火工序得到泡沫玻璃。其中,烧成温度为860℃-930℃,烧成时间为20min-40min;退火温度为600-640℃,保温时间为20min-40min。
上述以玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法,详细步骤如下:
1)按质量百分比计,称取玄武岩矿粉90-96wt%,石英粉3-8wt%,纯碱粉1-5wt%,混合均匀得到配合料;将配合料熔融后水淬,并经干燥、球磨得到玄武岩玻璃熟料粉;其中,熔融温度为1450-1520℃,熔融保温时间为4-8小时;
CRT屏玻璃粉是由废弃的电脑显示器和电视机屏的玻璃部分,通过拆解得到其中的玻璃屏部分,破碎、研磨后即得到CRT屏玻璃粉;
2)按质量百分比计,称取玄武岩玻璃熟料粉50-70wt%,CRT屏玻璃粉22-42wt%,发泡剂0.6-1.5wt%,添加剂3-10wt%,球磨混合2-4小时,得到混合料;
3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中,升温至烧成温度880-950℃,升温速率为4-8℃/min,烧成20min-40min,然后由烧成温度冷却到退火温度进行泡沫玻璃的退火,退 火温度为600-640℃,保温时间为20-40min,然后由退火温度冷却至室温,冷却速率为3-5℃/min,即得到了泡沫玻璃粗坯;
4)对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨,即制备得到以玄武岩和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃制品。
本发明所述以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃材料,其内部存在大量的封闭气孔与少量的连通气孔,在这些气孔中,被包裹的气体不产生对流,减少了温度的传导、辐射、扩散、热能在气孔中逐渐减弱,达到隔热、保温、防潮和隔音的效果,可作为墙体、管道、隧道工程等的保温与防潮材料来应用。本发明的核心内容为:先将玄武岩矿配制成适于熔融的配合料,在高温条件下进行熔化,经过水淬后得到玄武岩玻璃熟料,将玄武岩玻璃熟料研磨成粉后,通过组分设计,将玄武岩玻璃熟料粉、CRT玻璃熟料粉、发泡剂、添加剂等原料共同组成泡沫玻璃的配合料,并用于泡沫玻璃的制备。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1)本发明制备的以玄武岩和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃材料的密度为0.2-0.6g/cm3,气孔直径在1-4mm的范围内,抗折强度为0.8-3.0MPa,常温导热系数在0.04-0.16W/(K·m)的范围内,不仅气孔分布均匀,呈独立分布状态,孔隙率高,密度较小,有较高的强度等优点。
2)本发明利用玄武岩和CRT屏玻璃为主原料的制备泡沫玻璃材料,生产工艺简单,成本较低,且能消耗大量的尾矿和废弃的玻璃废料,无二次污染,可起到变废为宝,保护环境的作用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合实施例进一步阐明本发明的内容,但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
通过X射线荧光分析测试下述实施例中玄武岩、CRT屏玻璃的化学成分,分别见表表1、表2。
表1玄武岩所含氧化物的化学组成
表2 CRT屏玻璃所含氧化物的化学组成
实施例1
一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,按重量百分比计,其原料包括如下组分:玄武岩玻璃熟料粉50wt%,CRT屏玻璃粉42wt%,发泡剂1.3wt%,添加剂7.4wt%;所述各原料组分粒度尺寸为:玄武岩玻璃熟料粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;CRT屏玻璃粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;发泡剂200-300目,添加剂200-300目。其中,所述发泡剂由活性炭与SiC混合而成,所述活性炭与SiC的质量比为0.3:1.0;所述添加剂由硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉按照质量比3.5:2.5:1:0.4混合而成;所述玄武岩玻璃熟料粉,按质量百分比计,各组分含量为,玄武岩矿粉(40目)90wt%,石英粉(80目)8wt%,纯碱粉2wt%。
上述以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法,详细步骤如下:
1)按质量百分比计,称取玄武岩矿粉90wt%,石英粉8wt%,纯碱粉2wt%,混合均匀得到配合料;将配合料在高温熔化炉中1450℃条件下,熔融保温8小时;然后将熔融好的玄武岩玻璃熔体放入冷水中,水淬成颗粒;将水淬颗粒烘干、球磨制成粉末,得到玄武岩玻璃熟料粉;
CRT屏玻璃是由废弃的电脑显示器和电视机屏的玻璃部分,通过拆解得到其中的玻璃屏部分,破碎、研磨后即得到CRT屏玻璃粉;
分别对玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉进行研磨,通过300目筛,筛余为0.5wt%;
2)按上述配比,称取玄武岩玻璃熟料粉末50wt%,CRT屏玻璃粉42wt%,发泡剂0.6wt%,添加剂7.4wt%,球磨混合2小时,得到混合料;
3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中,升温至烧成温度880℃,升温速率为4℃/min,烧成20min,然后由烧成温度冷却到退火温度进行泡沫玻璃的退火,退火温度为600℃,保温时间为20min,由退火温度冷却至室温的速率为3℃/min,即得到了泡沫玻璃粗坯;
4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨,即制备得到以玄武岩和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃制品,其密度为0.2g/cm3,气孔直径在1-4mm的范围内,抗折强度为0.8MPa,常温导热系数为0.04W/(K·m)。
实施例2
一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,按重量百分比计,其原料包括如下组分:玄武岩玻璃熟料粉60wt%,CRT屏玻璃粉32wt%,发泡剂1.1wt%,添加 剂7.1wt%;所述各原料组分粒度尺寸为:玄武岩玻璃熟料粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;CRT屏玻璃粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;发泡剂200-300目,添加剂200-300目。其中,所述发泡剂由活性炭与SiC混合而成,所述活性炭与SiC的质量比为0.6:0.5;所述添加剂由硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉按照质量比3:3:1:0.1混合而成;所述玄武岩玻璃熟料粉,按质量百分比计,各组分含量为,玄武岩矿粉(40目)93wt%,石英粉(80目)3wt%,纯碱粉4wt%。
上述以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法,详细步骤如下:
1)按质量百分比计,称取玄武岩矿粉93wt%,石英粉3wt%,纯碱粉4wt%,混合均匀得到配合料;将配合料在高温熔化炉中1490℃条件下,熔融保温6小时;然后将熔融好的玄武岩玻璃熔体放入冷水中,水淬成颗粒;将水淬颗粒烘干、球磨制成粉末,得到玄武岩玻璃熟料粉;
CRT屏玻璃是由废弃的电脑显示器和电视机屏的玻璃部分,通过拆解得到其中的玻璃屏部分,破碎、研磨后即得到CRT屏玻璃粉;
分别对玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉进行研磨,通过300目筛,筛余为0.5wt%;
2)按上述配比,称取玄武岩玻璃熟料粉末60wt%,CRT屏玻璃粉32wt%,发泡剂0.9wt%,添加剂7.1wt%,球磨混合3小时,得到混合料;
3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中,升温至烧成温度900℃,升温速率为6℃/min,烧成30min,然后由烧成温度冷却到退火温度进行泡沫玻璃的退火,退火温度为620℃,保温时间为30min,由退火温度冷却至室温的速率为4℃/min,即得到了泡沫玻璃粗坯;
4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨,即制备得到以玄武岩和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃制品,其密度为0.4g/cm3,气孔直径在1-4mm的范围内,抗折强度为2.0MPa,常温导热系数为0.1W/(K·m)。
实施例3
一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,按重量百分比计,其原料包括如下组分:玄武岩玻璃熟料粉70wt%,CRT屏玻璃粉22wt%,发泡剂1.4wt%,添加剂6.5wt%;所述各原料组分粒度尺寸为:玄武岩玻璃熟料粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;CRT屏玻璃粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;发泡剂200-300目,添加剂200-300目。其中,所述发泡剂由活性炭与SiC混合而成,所述活性炭与SiC的质量比为0.9:0.5; 所述添加剂由硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉按照质量比2:2:2:0.5混合而成;所述玄武岩玻璃熟料粉,按质量百分比计,各组分含量为,玄武岩矿粉(40目)96wt%,石英粉(80目)3wt%,纯碱粉1wt%。
上述以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃材料的制备方法,详细步骤如下:
1)按质量百分比计,称取玄武岩矿粉96wt%,石英粉3wt%,纯碱粉1wt%,混合均匀得到配合料;将配合料在高温熔化炉中1520℃条件下,熔融保温4小时;然后将熔融好的玄武岩玻璃熔体放入冷水中,水淬成颗粒;将水淬颗粒烘干、球磨制成粉末,得到玄武岩玻璃熟料粉;
CRT屏玻璃是由废弃的电脑显示器和电视机屏的玻璃部分,通过拆解得到其中的玻璃屏部分,破碎、研磨后即得到CRT屏玻璃粉;
分别对玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉进行研磨,通过300目筛,筛余为0.5wt%;
2)按上述配比,称取玄武岩玻璃熟料粉末70wt%,CRT屏玻璃粉22wt%,发泡剂1.5wt%,添加剂6.5wt%,球磨混合2小时,得到混合料;
3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中,升温至烧成温度950℃,升温速率为8℃/min,烧成40min,然后由烧成温度冷却到退火温度进行泡沫玻璃的退火,退火温度为640℃,保温时间为40min,由退火温度冷却至室温的速率为5℃/min,即得到了泡沫玻璃粗坯;
4)经过对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨,即制备得到以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃制品,其密度为0.6g/cm3,气孔直径在1-4mm的范围内,抗折强度为3.0MPa,常温导热系数为0.16W/(K·m)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干改进和变换,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,其特征在于按重量百分比计,其原料包括如下组分:玄武岩玻璃熟料粉50-70wt%,CRT屏玻璃粉22-42wt%,发泡剂0.6-1.5wt%,添加剂3-10wt%。
2.根据权利要求1所述的一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,其特征在于所述各原料组分粒度尺寸为:玄武岩玻璃熟料粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;CRT屏玻璃粉通过300目筛,筛余为0.5wt%;发泡剂200-300目,添加剂200-300目。
3.根据权利要求1所述的一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,其特征在于所述发泡剂由活性炭与SiC混合而成,所述活性炭与SiC的质量比为(0.3-0.9):(0.5-1.0)。
4.根据权利要求1所述的一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,其特征在于所述添加剂由硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉混合而成,其中硼砂、纯碱、芒硝和三氧化二铁粉质量比为(2-4):(2-3):(1-2):(0.1-0.5)。
5.根据权利要求1所述的一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃的制备方法,其特征在于所述玄武岩玻璃熟料粉的制备方法如下:称取各原料组分,按重量百分比计为:玄武岩矿粉90-96wt%,石英粉3-8wt%,纯碱粉1-5wt%,混合均匀得到配合料;将配合料熔融后水淬,并经干燥、球磨得到玄武岩玻璃熟料粉。
6.根据权利要求5所述的一种以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃,其特征在于所述玄武岩玻璃熟料的熔融温度为1450-1520℃,熔融保温时间为4-8小时。
7.根据权利要求1-6之一所述的以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃的制备方法,其特征在于将原料玄武岩玻璃熟料粉和CRT屏玻璃粉研磨混合,并将发泡剂、添加剂按比例混合,经装模、烧成、退火工序得到泡沫玻璃。
8.根据权利要求7所述的以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃的制备方法,其特征在于所述烧成温度为860℃-930℃,烧成时间为20min-40min;所述退火温度为600-640℃,保温时间为20min-40min。
9.根据权利要求7或8所述的以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃的制备方法,其特征在于详细步骤如下:
1)按质量百分比计,称取玄武岩矿粉90-96wt%,石英粉3-8wt%,纯碱粉1-5wt%,混合均匀得到配合料;将配合料熔融后水淬,并经干燥、球磨得到玄武岩玻璃熟料粉;其中,熔融温度为1450-1520℃,熔融保温时间为4-8小时;
CRT屏玻璃粉是由废弃的电脑显示器和电视机屏的玻璃部分,通过拆解得到其中的玻璃屏部分,破碎、研磨后即得到CRT屏玻璃粉;
2)按质量百分比计,称取玄武岩玻璃熟料粉50-70wt%,CRT屏玻璃粉22-42wt%,发泡剂0.6-1.5wt%,添加剂3-10wt%,球磨混合2-4小时,得到混合料;
3)将步骤2)得到的混合料然后放入模具中,升温至烧成温度880-950℃,升温速率为4-8℃/min,烧成20min-40min,然后由烧成温度冷却到退火温度进行泡沫玻璃的退火,退火温度为600-640℃,保温时间为20-40min,然后由退火温度冷却至室温,冷却速率为3-5℃/min,即得到了泡沫玻璃粗坯;
4)对所得泡沫玻璃粗坯进行切割、打磨,即制备得到以玄武岩玻璃熟料和CRT屏玻璃为主原料的泡沫玻璃制品。
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