CN104891815A

CN104891815A - 一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法

Info

Publication number: CN104891815A
Application number: CN201510269075.4A
Authority: CN
Inventors: 战东平; 范坤; 郑瑶; 邱国兴; 张洋鹏; 牛奔; 张慧书; 邓比涛; 唐磊; 王伟名; 杨永坤; 姜周华
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-05-25
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2035-05-25
Also published as: CN104891815B

Abstract

本发明提供一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，以冶金熔炼炉排出的高温液态冶金熔渣为直接原料，和添加剂在熔渣余热作用下进行发泡，然后经过退火、脱模、切割工艺制备得到泡沫玻璃。本发明方法直接利用工业上废弃的高温液态冶金熔渣作为原材料，充分利用了熔渣显热，整个生产过程能耗低，并且不产生二次污染物，工业化可行性较高。此外，本发明方法制备的泡沫玻璃体积密度为518.6-597.4 kg·m^-3，平均气孔大小为3.75-4.84mm，抗压强度为9.4-15.8MPa，优于目前常见的矿渣泡沫玻璃。

Description

一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法。

背景技术

冶金炉渣作为冶金企业产量巨大的废弃物，其主要成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃等。目前每年排放量达7亿吨以上，其中大部分未经过任何处理直接排入河中或筑堆置起来，严重污染环境，因此开发利用废弃的冶金炉渣，使之变废为宝对建设“美丽中国”至关重要。目前冶金炉渣的利用主要在建筑水泥领域，如利用硅锰渣生产水泥熟料（CN201310697437.0）；利用硅锰渣制备水泥混凝土掺合料（CN201310697448.9）等。这些方法均可以回收利用冶金炉渣，减少环境污染，但是由于在水泥制备过程，冶金炉渣的加入量一般控制在8％左右，这对于大量堆置的硅锰渣没有实质性的帮助，且产品附加值低。因此，寻找可以大量利用硅锰渣且产品附加值高的新工艺，成为开发利用冶金炉渣的主要趋势。

泡沫玻璃是冶金炉渣产品附加值最高的一种人工制造的轻质高强度多孔材料，因其良好的保温和吸声效果，被广泛用于建筑物外墙保温和室内装饰。专利CN201210210913.7公开了泡沫玻璃的传统生产方法，是由一定量的碎玻璃、助溶剂、发泡剂、改性剂和促进剂等原料，经粉碎并且混合均匀形成配合料，放到特定的模具中，再经过预热、熔融、发泡、退火等几道工艺制成，但碎玻璃成本较高，来源不够广泛，并且对于废玻璃的处理过于繁琐，不利于工业化的大量生产；专利CN2013101508384公开了以高钛高炉渣和废玻璃粉制备微晶泡沫玻璃的方法；专利CN2013100803867 公开了一种利用高炉渣制备高强度多孔泡沫玻璃的方法；专利CN2012103681602公开了利用粉煤灰和废玻璃制备泡沫玻璃的方法；专利CN2012100147100公开了粉煤灰泡沫玻璃的制备方法。以上方法，在一定程度上提高了冶金炉渣的利用率和增加了产品附加值，但在生产烧结过程需要耗费大量的热，消耗了大量的能源，对于泡沫玻璃的大量生产也产生了一定的局限。并且，这些利用冶金炉渣生产矿棉的方法均是以冷态炉渣为原料，这不仅白白浪费了高温冶金熔渣大量显热及冷却水，而且过程中会产生大量的废气和废水。

发明内容

针对现有技术存在的各种问题，本发明提供一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，可以有效解决冶金熔渣大量堆置污染环境的难题，同时还可以充分利用工业余热，降低泡沫玻璃的生产成本。本发明的技术方案为：

一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，包括以下工艺步骤：

（1）将从冶金熔炼炉排出的高温液态冶金熔渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为1~10 r/min，搅拌时间为0.2-0.8h，得到熔渣的混合泡沫；

（2）将熔渣的混合泡沫装入模具，利用退火炉，冷却强度为20～40℃/min，将温度降至700～500°C，之后以1~2 °C /min的降温速度降温退火，得到熔渣的烧结体；

（3）将熔渣的烧结体脱模，切割得到块状料和边角料，块状料即为本发明的泡沫玻璃。

所述高温液态冶金熔渣是钢铁冶金过程产生的高炉熔渣、硅锰熔渣、高温液态镍渣。

所述从冶金熔炼炉排出的高温液态冶金熔渣温度为1200～1500°C。

所述均质发泡炉为池窑、感应炉、电弧炉、矿热炉中的一种。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为边角料或边角料和冷态冶金渣的混合物，冷态冶金渣为高炉熔渣、硅锰熔渣、高温液态镍渣冷却后的矿渣之一；调质剂为硅砂、碳酸钙中的一种；助溶剂为磷酸钠、硼砂中的一种或两种任意混合；发泡剂为碳粉、二氧化锰、磷酸钠、碳酸钙中的一种或多种任意混合。

所述边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

所述泡沫玻璃的体积密度为518.6-597.4 kg·m^-3，平均气孔大小为3.75-4.84mm，抗压强度为9.4-15.8MPa。

本发明的有益效果为：

1. 本发明直接利用冶金熔炼炉排出的高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃，充分利用了熔渣显热，降低了生产成本，并且本发明方法工艺简单易于操作，工业化可行性较高。

2. 本发明方法制备的泡沫玻璃体积密度为518.6-597.4 kg·m^-3，平均气孔大小为3.75-4.84mm，抗压强度为9.4-15.8MPa，优于目前常见的矿渣泡沫玻璃。

3. 本发明能够大量利用高温液态冶金熔渣和本发明过程产生的泡沫玻璃边角料，整个生产过程能耗低，并且不产生二次污染物，环境友好。

附图说明

图1为本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的高炉熔渣、硅锰熔渣、高温液态镍渣、冷态炉渣来自国内不同炼铁厂。

本发明实施例中采用的调质剂、助溶剂、发泡剂均为市售产品。

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

（1）将从冶金熔炼炉排出的温度为1450°C的高炉熔渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为5 r/min，搅拌时间为0.4h，得到熔渣的混合泡沫；

（2）将熔渣的混合泡沫装入模具，利用退火炉，冷却强度为20℃/min，将温度降至600°C，之后以1 °C /min的降温速度降温退火，得到熔渣的烧结体；

（3）将熔渣的烧结体脱模，切割得到块状料和边角料，块状料即为泡沫玻璃。

所述均质发泡炉为池窑。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为10%边角料和90%冷态高炉渣的混合物；调质剂为硅砂；助溶剂为磷酸钠；发泡剂为80%碳粉、20%碳酸钙混合。

所述边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

经分析，制备得到的泡沫玻璃体积密度为518.6 kg·m^-3，平均气孔大小为3.82mm，抗压强度为15.8MPa。

实施例2

（1）将从冶金熔炼炉排出的温度为1200°C的硅锰熔渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为10 r/min，搅拌时间为0.2h，得到熔渣的混合泡沫；

（2）将熔渣的混合泡沫装入模具，利用退火炉，冷却强度为30℃/min，将温度降至500°C，之后以1.5 °C /min的降温速度降温退火，得到熔渣的烧结体；

所述均质发泡炉为电弧炉。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为20%边角料与80%冷态硅锰渣的混合物；调质剂为碳酸钙；助溶剂为50%磷酸钠与50%硼砂的混合物；发泡剂为碳粉。

所述边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

经分析，制备得到的泡沫玻璃体积密度为585.2 kg·m^-3，平均气孔大小为4.84mm，抗压强度为9.4MPa。

实施例3

（1）将从冶金熔炼炉排出的温度为1500°C的高温液态镍渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为1 r/min，搅拌时间为0.8h，得到熔渣的混合泡沫；

（2）将熔渣的混合泡沫装入模具，利用退火炉，冷却强度为40℃/min，将温度降至700°C，之后以2 °C /min的降温速度降温退火，得到熔渣的烧结体；

所述均质发泡炉为感应炉。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为边角料；调质剂为硅砂；助溶剂为硼砂；发泡剂为50%二氧化锰与50%磷酸钠的混合物。

边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

经分析，制备得到的泡沫玻璃体积密度为597.4 kg·m^-3，平均气孔大小为3.75mm，抗压强度为11.5MPa。

实施例4

（1）将从冶金熔炼炉排出的温度为1200°C的硅锰熔渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为2 r/min，搅拌时间为0.4h，得到熔渣的混合泡沫；

所述均质发泡炉为矿热炉。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为30%边角料和70%冷态硅锰渣的混合物；调质剂为硅砂；助溶剂为磷酸钠；发泡剂为50%碳粉与50%碳酸钙的混合物。

边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

经分析，制备得到的泡沫玻璃体积密度为582.1kg·m^-3，平均气孔大小为4.27mm，抗压强度为12.8MPa。

实施例5

（1）将从冶金熔炼炉排出的温度为1400°C的高炉熔渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为6 r/min，搅拌时间为0.5h，得到熔渣的混合泡沫；

所述均质发泡炉为池窑。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为10%边角料和90%冷态高炉渣的混合物；调质剂为硅砂；助溶剂为磷酸钠；发泡剂为60%碳粉、20%二氧化锰、20%碳酸钙混合。

所述边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

经分析，制备得到的泡沫玻璃体积密度为537.2. kg·m^-3，平均气孔大小为3.95mm，抗压强度为14.7MPa。

实施例6

（1）将从冶金熔炼炉排出的温度为1200°C的硅锰熔渣直接装入均质发泡炉，加入添加剂，在熔渣的余热作用下充分搅拌发泡，搅拌速度为8 r/min，搅拌时间为0.3h，得到熔渣的混合泡沫；

所述均质发泡炉为矿热炉。

所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为冷态硅锰渣的混合物；调质剂为碳酸钙；助溶剂为50%磷酸钠与50%硼砂的混合物；发泡剂为40%碳粉、20%二氧化锰、20%磷酸钠、20%碳酸钙。

所述边角料经回收返回至步骤（1）进行发泡。

经分析，制备得到的泡沫玻璃体积密度为547.2 kg·m^-3，平均气孔大小为4.73mm，抗压强度为12.5MPa。

Claims

1.一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，其特征在于所述高温液态冶金熔渣是钢铁冶金过程产生的高炉熔渣、硅锰熔渣、高温液态镍渣。

3.根据权利要求1所述的一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，其特征在于所述均质发泡炉为池窑、感应炉、电弧炉、矿热炉中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，其特征在于所述添加剂为冷却剂、调质剂、助溶剂、发泡剂四者混合均匀后得到的冷态辅助添加剂，其中冷却剂为边角料或边角料和冷态冶金渣的混合物，冷态冶金渣为高炉熔渣、硅锰熔渣、高温液态镍渣冷却后的矿渣之一；调质剂为硅砂、碳酸钙中的一种；助溶剂为磷酸钠、硼砂中的一种或两种任意混合；发泡剂为碳粉、二氧化锰、磷酸钠、碳酸钙中的一种或多种任意混合。

5.根据权利要求1所述的一种利用高温液态冶金熔渣制备泡沫玻璃的方法，其特征在于所述泡沫玻璃的体积密度为518.6-597.4 kg·m^-3，平均气孔大小为3.75-4.84mm，抗压强度为9.4-15.8MPa。