CN115403253B - 一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，为：（1）将废玻璃清洗干净，烘干后球磨粉碎，将废玻璃粉、铁尾矿、电熔棕刚玉除尘粉、助溶剂，经球磨混合、干燥、过筛后装入石墨坩埚中，熔制，进行水淬处理，将水淬后的混合料干燥，然后粉碎得到基础玻璃粉；（2）取基础玻璃粉转入石墨坩埚，再依次加入发泡剂、稳泡剂、复合晶核剂，混合，球磨，过筛得配合料；（3）向配合料中滴入工业乙醇，将配合料装入模具中铺平压实，最后再将模具移入发泡炉中烧成，最后，将模具从发泡炉中取出，放入退火炉中，降温至50℃以下得泡沫玻璃；该生产工艺简单易行，生产出的玻璃具有质量轻，较好的强度，耐高温性，能有效果延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫玻璃生产工艺，具体涉及一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺。
背景技术
泡沫玻璃，是一种气孔率在90%以上，由均匀的气孔组成的隔热玻璃。由于它的气孔结构具有硼硅酸盐的物理性质，用作隔热材料具有不透气、不燃烧、不变形、不变质、不污染食品等特点，因此，不仅用作室内外的不燃性隔热材料，还用于食品冷冻发酵和酿造设备、液面计的浮标等。
泡沫玻璃是利用废弃平板玻璃，瓶罐玻璃为主要原料，添加发泡剂、改性剂，助熔剂等，经球磨均匀混合形成配合料，然后放在特定的磨具中经过发泡、退火等工艺过程形成的一种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料；但是，目前制备的泡沫玻璃其重量大，能耗高，成本大，强度差，使用时也不耐高温，使用性比较差；专利CN101302077B提供一种利用液态排渣炉熔渣直接生产泡沫玻璃的方法，在液态排渣炉中添加碎玻璃或氧化钙粉体，利用液态排渣炉排出的硅酸盐溶体的物理显热和有效的化学组成，使其能耗低，成本小，但是其没有改善泡沫玻璃的强度性能；专利CN101014461A公开了一种小孔径坚固的高密度泡沫玻璃，所制备试样的孔径为0.3～1mm，密度小于100磅/立方英尺(约等于1.6g/cm3)，此法制备的泡沫玻璃孔径较小，抗折强度低；专利CN105417958B提供一种利用铜尾矿制备高强度泡沫玻璃材料的方法，其提高了强度，但是在高温下性能差，不能耐高温；专利CN200946127Y公开了一种夹有金属丝网的泡沫玻璃，解决了泡沫玻璃机械强度低，不能生产大幅面制品，使用程序繁杂、施工质量、效果不易保证的问题；但是，此种夹有金属丝的泡沫玻璃切割加工比较困难，施工操作比较复杂，且也为解决耐高温的问题；因此，研发一种能克服上述缺陷的泡沫玻璃成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，该生产工艺简单易行，生产出的玻璃具有质量轻，较好的强度，耐高温性，能有效果延长其使用寿命。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，具体包括以下步骤：
（1）将废玻璃清洗干净，烘干后将废玻璃球磨粉碎，将废玻璃粉、铁尾矿、电熔棕刚玉除尘粉、助溶剂，经球磨混合、干燥、过筛后装入石墨坩埚中，熔制，熔制后进行水淬处理，将水淬后的混合料放入旋转烘干炉中干燥，然后粉碎得到基础玻璃粉；
（2）取基础玻璃粉过220目筛后转入石墨坩埚，再依次加入发泡剂、稳泡剂、复合晶核剂，机械搅拌20min使其混合均匀，加入到球磨罐中球磨20-40min，并过250目标准筛得配合料；
（3）向配合料中滴入工业乙醇，将配合料装入模具中铺平压实，铺料厚度为5cm-8cm，最后再将模具移入发泡炉中烧成，具体为：
从700℃开始，以5-8℃/min的升温速度升温至800-850℃，保温10-30min；
然后以15-25℃/min的升温速度升温至850-900℃，保温20-30min；
最后，将模具从发泡炉中取出，放入600℃的退火炉中，保温30min后，以1-2℃/min的降温速度降温至50℃以下得泡沫玻璃。
本发明进一步限定的技术方案为：
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，该泡沫玻璃按质量百分比计：铁尾矿10-13%，电熔棕刚玉除尘粉：20-30%，助溶剂：3-6%，发泡剂：1-2%，稳泡剂：4-6%，复合晶核剂：5-7%，余量为废玻璃，以上各组分之和为100%。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，发泡剂为等比例混合的Si3N4、MnO2及硼砂。
技术效果，利用二氧化锰2MnO2=2MnO+O2释放氧气增加氧含量，加强Si3N4的氧化作用，降低了烧成温度，缩短了反应时间，减少了孔璧的连接，提高了所制成的泡沫玻璃的强度，硼砂在分解时会产生B2O3，B具有成网作用，在玻璃体内形成[BO4]四面体与[SiO4]四面体一起构成网络结构，修补断裂的小型[SiO4]四面体，使网络连接程度变大提高熔体的聚合度，从而相应的提高了玻璃熔体的粘度，通过延缓起泡壁变薄的速率达到稳定起泡的作用；本发明采用的发泡剂为Si3N4、MnO2及硼砂的混合物，这三种发泡剂复合加入，扬长避短以保证气体的均匀连续产生，制得性能良好的制品。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，助溶剂为Na2B4O7·5H2O或碳酸钡；稳泡剂为Na3PO4·12H2O或氧化铁。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，复合晶核剂为TiO2和CaF2的混合物，按质量比计TiO2：CaF2=2:1。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，步骤（1）中水淬后在旋转烘干炉中进行干燥，具体为：以3-5℃/min的升温速度自室温升温至120℃，并以20-30转/min的转速转动，保温2-4h后，冷却至室温。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，熔制时控制升温速率为10-12℃/min，在1200-1300℃下保温1.5h。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，废玻璃原料的化学成分具体为:Al2O3:1-2%，Fe2O3:4-6%，CaO：5-7%，MgO：2-4%，Na2O：6-8%，MnO：0.4-0.8%，余量为SiO2，以上各组分之和为100%。
前述高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺中，模具耐火度高于1200℃，使用过程中模具内壁涂刷脱模剂。
本发明的有益效果是：
我国是电熔棕刚玉生产大国，由于其具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、韧性好等特点，使其在磨具磨料、耐火材料、喷砂、金刚砂耐磨地坪和精密铸造模壳制作等方面得到了广泛应用。棕刚玉的生产是以高铝矾土为原料，以优质无烟煤和铁屑为主要配料，在电弧炉内经2000℃以上高温冶炼，高温冶炼过程中产生的烟尘通过集尘器收集，在此称之为电熔棕刚玉除尘粉,我国每年生产电熔棕刚玉约300万吨，按照7%的粉尘量计算所产生的粉尘年均为21万吨。通过对电熔棕刚玉除尘粉物质研究表明：其主要成分是Al2O3、SiO2和K2O，次要成分有Fe、Mn，Ca、Mg、Ti和Ga等，电熔棕刚玉除尘粉中含有的SiO2作用相当于玻璃粉成网作用，而Al2O3的存在可调节玻璃熔体的粘度相当于改性剂，K2O、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2等杂质成分起到助熔剂的作用；且电熔棕刚玉除尘粉的粒度在微米级，不经加工可直接作为泡沫玻璃的制备原料，电熔棕刚玉除尘粉作为泡沫玻璃制备原料，粉尘的加入有利于泡沫玻璃耐热性及机械性能的提高，使其抗压强度达到35-40MPa。
本发明采用了高温入炉发泡工艺，将泡沫玻璃制备时间减少了30-50%，并且减少了原料的挥发。
本发明不但有利于废物利用，保护环境，而且制得的泡沫玻璃密度小，强度高，耐高温、导热系数低、制备工艺简单、施工操作简便。因此，本发明不但可以有效地保护环境，变废为宝，而且该高强度泡沫玻璃制成的砖可以吸收***能量，减少因恐怖袭击或自然灾害造成墙体建筑材料坍塌对人身和财产的损失。可广泛用于墙体材料或海底等耐压，耐热，耐腐蚀，抗折等建筑环境中。具有明显的经济效益、环保效益，具有广阔应用前景。
本发明工艺制度的简单可行，原料的低成本，都有利于该泡沫玻璃制品在工业上的大批量上产。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，具体包括以下步骤：
（1）将废玻璃清洗干净，烘干后将废玻璃球磨粉碎，将废玻璃粉、铁尾矿、电熔棕刚玉除尘粉、助溶剂，经球磨混合、干燥、过筛后装入石墨坩埚中，熔制时控制升温速率为10℃/min，在1200℃下保温1.5h，熔制后进行水淬处理，将水淬后的混合料放入旋转烘干炉中干燥，干燥具体为：以3℃/min的升温速度自室温升温至120℃，并以30转/min的转速转动，保温2h后，冷却至室温完成干燥，然后粉碎得到基础玻璃粉；
发泡剂为等比例混合的Si3N4、MnO2及硼砂；
助溶剂为Na2B4O7·5H2O；稳泡剂为Na3PO4·12H2O；
复合晶核剂为TiO2和CaF2的混合物，按质量比计TiO2：CaF2=2:1；
（2）取基础玻璃粉过220目筛后转入石墨坩埚，再依次加入发泡剂、稳泡剂、复合晶核剂，机械搅拌20min使其混合均匀，加入到球磨罐中球磨20min，并过250目标准筛得配合料；
（3）向配合料中滴入工业乙醇，将配合料装入模具中铺平压实，模具耐火度高于1200℃，使用过程中模具内壁涂刷脱模剂，铺料厚度为5cm，最后再将模具移入发泡炉中烧成，具体为：
从700℃开始，以5℃/min的升温速度升温至800℃，保温30min；
然后以15℃/min的升温速度升温至850℃，保温30min；
最后，将模具从发泡炉中取出，放入600℃的退火炉中，保温30min后，以1℃/min的降温速度降温至50℃以下得泡沫玻璃。
在本实施例中，该泡沫玻璃按质量百分比计：铁尾矿10%，电熔棕刚玉除尘粉：30%，助溶剂：3%，发泡剂：2%，稳泡剂：4%，复合晶核剂：7%，余量为废玻璃，以上各组分之和为100%。
在本实施例中，废玻璃原料的化学成分具体为:Al2O3:1%，Fe2O3:6%，CaO：5%，MgO：4%，Na2O：6%，MnO：0.8%，余量为SiO2，以上各组分之和为100%。
实施例2
本实施例提供一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，具体包括以下步骤：
（1）将废玻璃清洗干净，烘干后将废玻璃球磨粉碎，将废玻璃粉、铁尾矿、电熔棕刚玉除尘粉、助溶剂，经球磨混合、干燥、过筛后装入石墨坩埚中，熔制时控制升温速率为12℃/min，在1300℃下保温1.5h，熔制后进行水淬处理，将水淬后的混合料放入旋转烘干炉中干燥，干燥具体为：以5℃/min的升温速度自室温升温至120℃，并以20转/min的转速转动，保温4h后，冷却至室温完成干燥，然后粉碎得到基础玻璃粉；
发泡剂为等比例混合的Si3N4、MnO2及硼砂；
助溶剂为碳酸钡；稳泡剂为氧化铁；
复合晶核剂为TiO2和CaF2的混合物，按质量比计TiO2：CaF2=2:1；
（2）取基础玻璃粉过220目筛后转入石墨坩埚，再依次加入发泡剂、稳泡剂、复合晶核剂，机械搅拌20min使其混合均匀，加入到球磨罐中球磨40min，并过250目标准筛得配合料；
（3）向配合料中滴入工业乙醇，将配合料装入模具中铺平压实，模具耐火度高于1200℃，使用过程中模具内壁涂刷脱模剂，铺料厚度为5cm-8cm，最后再将模具移入发泡炉中烧成，具体为：
从700℃开始，以8℃/min的升温速度升温至850℃，保温10min；
然后以25℃/min的升温速度升温至900℃，保温20min；
最后，将模具从发泡炉中取出，放入600℃的退火炉中，保温30min后，以2℃/min的降温速度降温至50℃以下得泡沫玻璃。
在本实施例中，该泡沫玻璃按质量百分比计：铁尾矿13%，电熔棕刚玉除尘粉：20%，助溶剂：6%，发泡剂：1%，稳泡剂：6%，复合晶核剂：5%，余量为废玻璃，以上各组分之和为100%。
在本实施例中，废玻璃原料的化学成分具体为:Al2O3:2%，Fe2O3:4%，CaO：7%，MgO：2%，Na2O：8%，MnO：0.4%，余量为SiO2，以上各组分之和为100%。
实施例3
本实施例提供一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，具体包括以下步骤：
（1）将废玻璃清洗干净，烘干后将废玻璃球磨粉碎，将废玻璃粉、铁尾矿、电熔棕刚玉除尘粉、助溶剂，经球磨混合、干燥、过筛后装入石墨坩埚中，熔制时控制升温速率为11℃/min，在1250℃下保温1.5h，熔制后进行水淬处理，将水淬后的混合料放入旋转烘干炉中干燥，干燥具体为：以4℃/min的升温速度自室温升温至120℃，并以25转/min的转速转动，保温3h后，冷却至室温完成干燥，然后粉碎得到基础玻璃粉；
发泡剂为等比例混合的Si3N4、MnO2及硼砂；
助溶剂为Na2B4O7·5H2O；稳泡剂为氧化铁；
复合晶核剂为TiO2和CaF2的混合物，按质量比计TiO2：CaF2=2:1；
（2）取基础玻璃粉过220目筛后转入石墨坩埚，再依次加入发泡剂、稳泡剂、复合晶核剂，机械搅拌20min使其混合均匀，加入到球磨罐中球磨30min，并过250目标准筛得配合料；
（3）向配合料中滴入工业乙醇，将配合料装入模具中铺平压实，模具耐火度高于1200℃，使用过程中模具内壁涂刷脱模剂，铺料厚度为7cm，最后再将模具移入发泡炉中烧成，具体为：
从700℃开始，以7℃/min的升温速度升温至830℃，保温20min；
然后以20℃/min的升温速度升温至870℃，保温25min；
最后，将模具从发泡炉中取出，放入600℃的退火炉中，保温30min后，以2℃/min的降温速度降温至50℃以下得泡沫玻璃。
在本实施例中，该泡沫玻璃按质量百分比计：铁尾矿12%，电熔棕刚玉除尘粉：25%，助溶剂：4%，发泡剂：1%，稳泡剂：5%，复合晶核剂：6%，余量为废玻璃，以上各组分之和为100%。
在本实施例中，废玻璃原料的化学成分具体为:Al2O3:1%，Fe2O3:5%，CaO：6，MgO：3%，Na2O：7%，MnO：0.6%，余量为SiO2，以上各组分之和为100%。
按照行业标准对泡沫玻璃进行测试，具体数据见表1所示；
表1泡沫玻璃的测试数据
| 抗压强度/MPa | 体积吸水（%） | 孔洞率/（%） | |
| 实施例1 | 59.7 | 1.24 | 87% |
| 实施例2 | 63.2 | 1.15 | 88% |
| 实施例3 | 62.1 | 1.32 | 86% |
从上表中的数据中可以看出，实验制得的泡沫玻璃耐压强度高，总孔洞率高，泡沫玻璃其体积吸水率好远大于现有技术中ZW300体积吸水率。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将废玻璃清洗干净，烘干后将废玻璃球磨粉碎，将废玻璃粉、铁尾矿、电熔棕刚玉除尘粉、助溶剂，经球磨混合、干燥、过筛后装入石墨坩埚中，熔制，熔制后进行水淬处理，将水淬后的混合料放入旋转烘干炉中干燥，然后粉碎得到基础玻璃粉；
（2）取基础玻璃粉过220目筛后转入石墨坩埚，再依次加入发泡剂、稳泡剂、复合晶核剂，机械搅拌 20 min 使其混合均匀，加入到球磨罐中球磨20-40min，并过250目标准筛得配合料；
所述发泡剂为等比例混合的Si3N4、 MnO2及硼砂；
所述助溶剂为碳酸钡；所述稳泡剂为氧化铁；
复合晶核剂为TiO2和CaF2的混合物，按质量比计TiO2：CaF2=2:1；
（3）向配合料中滴入工业乙醇，将配合料装入模具中铺平压实，铺料厚度为 5cm-8cm，最后再将模具移入发泡炉中烧成，具体为：
从 700℃开始，以 5-8℃ /min 的升温速度升温至 800-850℃，保温 10-30min；
然后以 15-25℃ /min 的升温速度升温至 850-900℃，保温 20-30min；
最后，将模具从发泡炉中取出，放入 600℃的退火炉中，保温 30min 后，以 1- 2℃ /min 的降温速度降温至 50℃以下得泡沫玻璃。
2.根据权利要求1所述的高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，其特征在于：该泡沫玻璃按质量百分比计：铁尾矿10-13%，电熔棕刚玉除尘粉：20-30%，助溶剂：3-6%，发泡剂：1-2%，稳泡剂：4-6%，复合晶核剂：5-7%，余量为废玻璃，以上各组分之和为100%。
3.根据权利要求1所述的高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，其特征在于：所述步骤（1）中水淬后在旋转烘干炉中进行干燥，具体为：以3-5℃ /min 的升温速度自室温升温至120℃，并以20-30 转 /min 的转速转动，保温 2-4h 后，冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，其特征在于：熔制时控制升温速率为10-12℃/min，在1200-1300℃下保温1.5h。
5.根据权利要求1所述的高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，其特征在于：所述废玻璃原料的化学成分具体为:Al2O3:1-2%，Fe2O3:4-6%，CaO：5-7%，MgO：2-4%，Na2O：6-8%，MnO：0.4-0.8%，余量为SiO2，以上各组分之和为100%。
6.根据权利要求1所述的高强度耐高温泡沫玻璃的生产工艺，其特征在于：模具耐火度高于 1200℃，使用过程中模具内壁涂刷脱模剂。
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