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一種冶硅廢渣泡沫微晶玻璃及其制備方法

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一種冶硅廢渣泡沫微晶玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冶硅廢渣泡沫微晶玻璃及其制備方法,以冶硅廢渣為主要原料,以SiO2、CaCO3、Na2CO3、ZnO、K2CO3等添加劑和澄清劑為輔料,制備方法是冷態(tài)硅渣與其它輔助原料在混料機(jī)中混合均勻,經(jīng)熔窯高溫熔化成合格的玻璃液,玻璃液冷卻得到基礎(chǔ)玻璃,基礎(chǔ)玻璃粉碎后與發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑及調(diào)節(jié)成分充分混合,形成燒結(jié)配合料,燒結(jié)配合料裝入組合式模具,然后同模具整體送入熱處理窯爐中燒成,退火冷卻后脫模,得到泡沫微晶玻璃。本發(fā)明泡沫微晶玻璃質(zhì)輕、保溫、抗磨、耐酸堿腐蝕、具有良好的切削加工性能,可廣泛應(yīng)用于化工、冶金、建筑裝飾、石油、礦山、機(jī)械等領(lǐng)域的管道、儲(chǔ)罐、換熱系統(tǒng)的隔熱保溫,及特殊條件下工作的復(fù)合隔熱系統(tǒng)及隔音吸聲系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】一種冶硅廢渣泡沬微晶玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泡沫微晶玻璃,尤指一種利用多晶硅精煉冶煉過(guò)程中排放的冶硅廢渣制備的泡沫微晶玻璃及制備方法,目的在于提供一種輕質(zhì)、保溫、抗磨、耐酸堿腐蝕和具有良好切削加工性能的泡沫微晶玻璃,可大量利用工業(yè)固體廢棄物冶硅廢渣,且產(chǎn)品具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金法生產(chǎn)多晶硅的過(guò)程中,造渣氧化精煉具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、污染小等諸多優(yōu)點(diǎn)。造渣氧化精煉工藝是在冶金級(jí)硅中加入熔點(diǎn)高于冶金級(jí)硅的精煉渣,并在硅和渣的熔點(diǎn)溫度之間進(jìn)行氧化精煉。通常當(dāng)渣金比Π=3時(shí),渣劑除雜的效果最好。在除雜后會(huì)產(chǎn)生三倍于硅產(chǎn)量的廢渣,冶硅廢渣的產(chǎn)率較高。2011年全國(guó)冶硅廢渣產(chǎn)量達(dá)到27313噸,同比2010年14856噸增長(zhǎng)84%,2008~2011年我國(guó)冶硅廢渣產(chǎn)量翻了兩番。2012年冶硅廢渣產(chǎn)量為19939噸,預(yù)計(jì)2013年廢渣產(chǎn)量將增長(zhǎng)6.9%。[0003]目前,冶硅廢渣只有少量用于制作陶瓷管、硅酸鹽氈等低附加值的產(chǎn)品,絕大部分自然堆存,占用土地、污染環(huán)境。尋找資源化利用冶硅廢渣、開(kāi)發(fā)新型高附加值產(chǎn)品,勢(shì)在必行。利用冶硅廢渣生產(chǎn)泡沫微晶玻璃是一種資源化利用廢渣及產(chǎn)品高值化的新途徑。
[0004]泡沫微晶玻璃是以基礎(chǔ)玻璃、非金屬礦等為主要原料,加入發(fā)泡劑、成核劑和外加劑等,經(jīng)粉碎后混合均勻形成配合料,然后將配合料放到特制的模具中放入電爐中加熱,經(jīng)過(guò)預(yù)熱、熔融、發(fā)泡、析晶、退火等工藝制成的新型多孔微晶玻璃材料。
[0005]泡沫微晶玻璃是一種性能優(yōu)越的隔熱、吸聲、防潮、防火輕質(zhì)高強(qiáng)的新型環(huán)保建筑材料。泡沫微晶玻璃與微晶玻璃和泡沫玻璃相比,微晶玻璃容重大(> 2500kg/m3),大量用于建筑裝飾材料。泡沫玻璃質(zhì)輕(< 500kg/m3)、保溫,但機(jī)械強(qiáng)度低,所以適宜做保溫材料而不宜做墻體承重材料。泡沫微晶玻璃由玻璃相、晶體和氣孔三部分組成。在均勻分布著大量氣孔的玻璃相基體中,均勻散布著大量的微小晶體,使玻璃與晶體網(wǎng)絡(luò)連結(jié)在一起,形成玻晶交織結(jié)構(gòu),大大提高了材料的機(jī)械強(qiáng)度,從而能用于制作墻體承重、裝飾保溫材料。
[0006]泡沫微晶玻璃本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料特性,注定了泡沫微晶玻璃具有諸多的優(yōu)良性能:(I)不吸濕、不吸水;(2)具有良好的隔熱性能,不燃燒,可在-270~900°C廣闊溫度范圍內(nèi)使用;(3)具有良好的吸聲性能;(4)機(jī)械強(qiáng)度高,且易于加工、切割或粘拼成各種形狀的制品;(5)不風(fēng)化、不老化、無(wú)毒、無(wú)放射性和腐蝕性;(6)不受鼠嚙蟲(chóng)咬和微生物腐蝕;
[7]具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,耐除氫氟酸以外的所有的化學(xué)侵蝕。
[0007]泡沫微晶玻璃主要用于:(I)建筑物的承重墻、天花板、圍護(hù)墻、內(nèi)隔墻;(2)低溫管道、設(shè)備、容器與儲(chǔ)罐;(3)中溫和高溫管道、設(shè)備;(4)熱油和熱浙青儲(chǔ)罐;(5)石油化工、硫化生產(chǎn)過(guò)程;(6)流體換熱系統(tǒng);(7)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)房的隔音和吸音墻;(8)在特殊條件下工作的復(fù)合隔熱系統(tǒng)。
[0008]綜上所述,目前還未見(jiàn)報(bào)道利用冶硅廢渣制備泡沫微晶玻璃,本發(fā)明利用冶硅廢渣為主要原料制備泡沫微晶玻璃,既可以大量消納冶硅廢渣、減輕其對(duì)土地和環(huán)境的污染,又可以生產(chǎn)低成本的高附加值產(chǎn)品,具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是大宗量、資源化利用冶硅廢渣,通過(guò)清潔的生產(chǎn)工藝,制備出輕質(zhì)保溫、抗磨耐腐蝕、強(qiáng)度較高的泡沫微晶玻璃,該種泡沫微晶玻璃可以具有不同的顏色,且可根據(jù)實(shí)際需要切割加工成不同的形狀。
[0010]為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明通過(guò)以下具體的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0011]首先制備基礎(chǔ)玻璃,然后將基礎(chǔ)玻璃粉碎與發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、調(diào)節(jié)成分和著色劑混合均勻,裝入模具中成型,成型后素坯和模具送入窯爐中燒成,得到泡沫微晶玻璃,具體步驟如下:
[0012](I)基礎(chǔ)玻璃制備
[0013]①配料:將冷態(tài)硅渣和各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,各種輔料是指添加劑和助熔澄清劑;按照成分配比精確稱量占原材料總重量50.0-76.0wt%的硅渣,占原材料總重量20.0-27.0被%的添加劑,占原材料總重量5.0-8.0wt %的助熔澄清劑,其中添加劑為 Si02、CaCO3> Na2C03、CaF2, ZnO, A1203、BaCO3> K2CO3> MgO, NaNO3 中的三種或三種以上或全部,它們之間的重量比是 0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0-2:0-7 ;助熔清劑為Ce02、Na2O, NH4NO3和Na2SO4中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是0-4:0-7:2-5:0-15。各種原材料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入原材料總重量1.0-6.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料。
[0014]或者將各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,各種輔料是指添加劑和助熔澄清劑,按照成分配比精確稱量占總重量20.0-27.0被%的添加劑,占總重量5.0-8.0wt %的助熔澄清劑。其中添加劑為 Si02、CaCO3> Na2CO3' CaF2' Zn。、Al2O3' BaCO3> K2CO3> Mg。、NaNO3 中的三種或三種以上或全部,它們之間的重量比是0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0-2:0-7。助熔澄清劑為CeO2、Na2CKNH4NO3和Na2SO4中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是0-4:0-7:2-5:0-15。將各種輔料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入各種輔料總重量1.0-6.0%的水,攪拌均勻,形成均勻的輔料配合料。
[0015]冶硅廢渣的化學(xué)成分是16.0-18.0%Na20、81.0-83.0%Si02、0.1-0.2%A1203,
0.2-0.3%Ca0、0.3-0.4%Fe203、其它余量。
[0016]此外,基礎(chǔ)玻璃的原材料的添加劑還可由含有Si02、CaO、Na2O, CaF2, ZnO, A1203、BaO, K2O, MgO的礦物、化工原料、尾礦(煤矸石、鐵礦尾砂)、廢渣(高爐渣、磷渣、硼泥)提供。
[0017]②熔化:將基礎(chǔ)玻璃配合料在1450_1560°C范圍內(nèi)熔化1.0-6.0h,制成玻璃熔液,然后在1350-1500°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體。
[0018]或者將輔料配合料投入到占總重量50.0-76.0wt %的高溫?zé)釕B(tài)冶硅廢渣中,在1450-1560 °C范圍內(nèi)熔化2.0-4.0h,制成玻璃熔液,然后在1350-1500 °C范圍內(nèi)保溫
1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體。
[0019]③冷卻:玻璃液通過(guò)壓延形成基礎(chǔ)玻璃板;或?qū)⒊吻宓牟Aб簼沧⒌皆陬A(yù)熱的鋼制模具中成型,得到基礎(chǔ)玻璃塊;或?qū)⒉Aб褐苯铀愫蟾稍铮玫交A(chǔ)玻璃粒料。
[0020]④制粉:將基礎(chǔ)玻璃板(塊、粒料)粉碎、球磨,得到基礎(chǔ)玻璃粉料。[0021](2)冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的制備
[0022]首先,按照泡沫微晶玻璃的原材料配比精確稱量基礎(chǔ)玻璃粉料、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、調(diào)節(jié)成分和著色劑,基礎(chǔ)玻璃占總重量的85.0-90.0%,發(fā)泡劑占總重量的3.0-10.0%,穩(wěn)泡劑占總重量的2.0-6.0%,調(diào)節(jié)成分占總重量的0-5.0%,著色劑占總重量的0-2.0%。其中發(fā)泡劑為SiC、碳粉(C)、碳酸鈣(CaC03)、MnO2, Fe2O3中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是2-5:0-3:0-2:0-3:0-1。穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、磷酸、磷酸二氫鈉、磷酸鎂中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是1-6:0-2:0-3:0-4。調(diào)節(jié)成分為硼砂、硼酸、硝酸鈉、氟硅酸鈉、碳酸鈉、碳酸鎂中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是2-5:0-3:0-2:0-5:0-3:0_2。著色劑可以根據(jù)實(shí)際需要的顏色加入含有Fe、Mn、Cu、Cr、Co、N1、Ti等著色離子的著色劑。
[0023]然后,將原材料混合球磨至180目以下,達(dá)到均勻混合,形成微晶泡沫玻璃原料待用。
[0024](3)成型
[0025]首先,把脫模劑(氧化鋁和水玻璃按1-3:1-5混合)刷涂在耐熱模具表面,然后,將混合好的微晶泡沫玻璃原料裝入模具中成型,使坯體的體積密度為0.5-1.0g/cm3。
[0026](4)燒成
[0027]首先,將坯體和模具一起送入窯爐,以8_20°C /min的升溫速度,升溫至850-1200°C,保溫10-30min,再降溫至600°C以下保溫0-4.0h,形成泡沫玻璃;然后,以10-200C /min的升溫速度升溫至700_800°C,保溫2.0-6.0h核化,再以5_15°C /min的升溫速度,升溫至800-900°C,保溫2.0-4.0h晶化,得到泡沫微晶玻璃。
[0028]或者將坯體和模具一起送入窯爐,以5-10°C /min的升溫速度,升溫至850-1IOO0C,保溫30-45min,再降溫至600°C以下保溫0-4.0h,得到泡沫微晶玻璃。
[0029]所述冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的外形是板狀或圓筒形或彎曲形,或根據(jù)實(shí)際需要加工的任何其它形狀。
[0030]本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)在于:
[0031](I)能夠有效地資源化綜合利用冶硅廢渣
[0032]本發(fā)明以冶硅廢渣為主要原料生產(chǎn)高附加值的泡沫微晶玻璃,冶硅廢渣在泡沫微晶玻璃的基礎(chǔ)玻璃原材料中的摻量可在50.0-76.0wt.%范圍內(nèi)調(diào)節(jié),不僅可以降低泡沫微晶玻璃的生產(chǎn)成本,還可以減輕工業(yè)固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染。
[0033](2)泡沫微晶玻璃優(yōu)異的物理力學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性重量輕、保溫效果好
[0034]泡沫微晶玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)以閉合型氣泡為主,平均泡徑0.2-2.0mm,密度≤0.8g/cm3,隔熱保溫性能優(yōu)良,導(dǎo)熱系數(shù)≤0.llff/m.K。機(jī)械強(qiáng)度高、抗磨耐腐蝕。
[0035]泡沫微晶玻璃抗壓強(qiáng)度≥10.0MPa,彎曲強(qiáng)度≥2.0MPa,耐磨性≤2.3 X 10Vcm2,耐酸堿腐蝕(耐酸性k ≤0.05%,耐堿性k ≤0.03%)。可切削加工性能優(yōu)良。
[0036]泡沫微晶玻璃可根據(jù)實(shí)際需要,切割加工成不同規(guī)格和形狀。
[0037](3)熱態(tài)冶硅廢渣和冷態(tài)冶硅廢渣資源化利用工藝
[0038]本發(fā)明不僅提供利用冷態(tài)冶硅廢渣生產(chǎn)泡沫微晶玻璃的工藝,還結(jié)合高溫?zé)釕B(tài)冶硅廢渣的實(shí)際排放過(guò)程,提供一種直接利用高溫熔融態(tài)冶硅廢渣生產(chǎn)泡沫微晶玻璃的工藝。[0039](4)泡沫微晶玻璃一次燒成工藝
[0040]本發(fā)明可經(jīng)過(guò)一次燒成,完成泡沫微晶玻璃的熔融、發(fā)泡、晶化、退火等過(guò)程。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1是本發(fā)明冷態(tài)冶硅廢渣基礎(chǔ)玻璃的制備工藝;
[0042]圖2是本發(fā)明熱態(tài)冶硅廢渣基礎(chǔ)玻璃的制備工藝;
[0043]圖3是本發(fā)明的泡沫微晶玻璃的制備工藝。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容,不僅僅限于本實(shí)施例。而且本發(fā)明通過(guò)下面實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員是能夠完全實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求記載的所有內(nèi)容的。
[0045]實(shí)施例1
[0046](I)基礎(chǔ)玻璃的制備
[0047]將冷態(tài)硅渣和各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量76.0千克冷態(tài)硅渣,14.8千克碳酸鈣,10.2千克氟化鈣,2.5千克氧化鋅,1.3千克三氧化二鋁,2.0千克硝酸銨,0.5千克硫酸鈉。各種原材料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入原材料總重量
5.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料。將基礎(chǔ)玻璃配合料在1470-1485°C范圍內(nèi)熔化
2.5-3.5h,制成玻璃熔液,然后在1350-1370°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體(如圖1所示)。
[0048]或者將各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量14.8千克碳酸鈣,
10.2千克氟化鈣,2.5千克氧化鋅,1.3千克三氧化二鋁,2.0千克硝酸銨,0.5千克硫酸鈉。各種輔料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入輔料總重量5.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料輔料,將基礎(chǔ)玻璃配合料輔料加入到76.0千克高溫?zé)釕B(tài)硅渣中。在1460-1480°C范圍內(nèi)熔化2.0-3.0h,制成玻璃熔液,然后在1350-1370°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體(如圖2所示)。
[0049]玻璃液通過(guò)壓延形成基礎(chǔ)玻璃板;或?qū)⒊吻宓牟Aб簼沧⒌皆陬A(yù)熱的鋼制模具中成型,得到基礎(chǔ)玻璃塊;或?qū)⒉Aб褐苯铀愫蟾稍?,得到基礎(chǔ)玻璃粒料。將基礎(chǔ)玻璃板(塊、粒料)粉碎、球磨,得到基礎(chǔ)玻璃粉料。
[0050](2)冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的制備(如圖3所示)
[0051]首先,按照泡沫微晶玻璃的原材料配比,精確稱量85.0%基礎(chǔ)玻璃粉料、6.0%發(fā)泡劑、4.0%穩(wěn)泡劑、4.0%調(diào)節(jié)成分和1.0%著色劑。其中發(fā)泡劑為SiC、碳粉(C)、Mn02、Fe203,它們之間的重量比是5:1:2:1。穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、磷酸鎂,它們之間的重量比是4:1。調(diào)節(jié)成分為硼砂、硼酸,它們之間的重量比是3:1。著色劑可以根據(jù)實(shí)際需要的顏色加入含有Fe、Mn、Cu、Cr、Co、N1、Ti等著色離子的著色劑。
[0052]然后,將原材料混合球磨至180目以下,達(dá)到均勻混合,形成微晶泡沫玻璃原料待用。
[0053](3)成型
[0054]首先,把脫模劑刷涂在耐熱模具表面,然后,將混合好的微晶泡沫玻璃原料裝入模具中成型。
[0055](4)燒成
[0056]首先,將坯體和模具一起送入窯爐,以15°C /min的升溫速度,升溫至1080°C,保溫20min,再降溫至500°C以下保溫3.0h,形成泡沫玻璃;然后,以15°C /min的升溫速度升溫至725°C,保溫4.0h核化,再以8°C /min的升溫速度,升溫至835°C,保溫2.0h晶化,得到泡沫微晶玻璃。
[0057]該泡沫微晶玻璃的密度為0.70g/cm3,平均泡徑0.9mm,導(dǎo)熱系數(shù)0.08ff/m -K,抗壓強(qiáng)度12MPa,彎曲強(qiáng)度2.2MPa,耐酸性k=0.05%,耐堿性k=0.03%。
[0058]實(shí)施例2
[0059](I)基礎(chǔ)玻璃的制備
[0060]將冷態(tài)硅渣和各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量50.0千克冷態(tài)硅渣,21.0千克石英砂,14.5千克碳酸鈣,10.2千克氟化鈣,8.0千克碳酸鉀,3.0千克氧化鋅,1.4千克三氧化二鋁,2.2千克硝酸銨,0.3千克硫酸鈉。各種原材料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入原材料總重量5.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料。將基礎(chǔ)玻璃配合料在1450-1460°C范圍內(nèi)熔化2.5-3.0h,制成玻璃熔液,然后在1350_1370°C范圍內(nèi)保溫
1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體(如圖1所示)。
[0061]或者將各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量14.5千克碳酸鈣,21.0千克石英砂,10.2千 克氟化鈣,8.0千克碳酸鉀,3.0千克氧化鋅,1.4千克三氧化二鋁,2.2千克硝酸銨,0.3千克硫酸鈉。各種輔料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入輔料總重量5.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料輔料,將基礎(chǔ)玻璃配合料輔料加入到76.0千克高溫?zé)釕B(tài)硅渣中。在1450-1460°C范圍內(nèi)熔化2.5-3.0h,制成玻璃熔液,然后在1350-1370°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體(如圖2所示)。
[0062]玻璃液通過(guò)壓延形成基礎(chǔ)玻璃板;或?qū)⒊吻宓牟Aб簼沧⒌皆陬A(yù)熱的鋼制模具中成型,得到基礎(chǔ)玻璃塊;或?qū)⒉Aб褐苯铀愫蟾稍?,得到基礎(chǔ)玻璃粒料。將基礎(chǔ)玻璃板(塊、粒料)粉碎、球磨,得到基礎(chǔ)玻璃粉料。
[0063](2)冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的制備(如圖3所示)
[0064]首先,按照微晶多孔(泡沫)玻璃的原材料配比,精確稱量87.0%基礎(chǔ)玻璃粉料、
5.0%發(fā)泡劑、5.0%穩(wěn)泡劑、2.5%調(diào)節(jié)成分和0.5%著色劑。其中發(fā)泡劑為SiC、碳粉(C)、Mn02,它們之間的重量比是5:1:1。穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、磷酸鎂,它們之間的重量比是5:1。調(diào)節(jié)成分為硼砂、硼酸、氟硅酸鈉,它們之間的重量比是4:2:1。著色劑可以根據(jù)實(shí)際需要的顏色加入含有Fe、Mn、Cu、Cr、Co、N1、Ti等著色離子的著色劑。
[0065]然后,將原材料混合球磨至180目以下,達(dá)到均勻混合,形成微晶泡沫玻璃原料待用。
[0066](3)成型
[0067]首先,把脫模劑刷涂在耐熱模具表面,然后,將混合好的微晶泡沫玻璃原料裝入模具中成型。
[0068](4)燒成
[0069]首先,將坯體和模具一起送入窯爐,以15°C /min的升溫速度,升溫至1050°C,保溫15min,再降溫至500°C以下保溫4.0h,形成泡沫玻璃;然后,以15°C /min的升溫速度升溫至735°C,保溫3.5h核化,再以5°C /min的升溫速度,升溫至840°C,保溫2.0h晶化,得到泡沫微晶玻璃。
[0070]該泡沫微晶玻璃的密度為0.63g/cm3,平均泡徑1.7mm,導(dǎo)熱系數(shù)0.072ff/m.K,抗壓強(qiáng)度10.3MPa,彎曲強(qiáng)度3.0MPa,耐酸性k=0.04%,耐堿性k=0.03%
[0071]實(shí)施例3
[0072](1)基礎(chǔ)玻璃的制備
[0073]將冷態(tài)硅渣和各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量60.0千克冷態(tài)硅渣,12.0千克石英砂,14.8千克碳酸鈣,10.2千克氟化鈣,5.0千克碳酸鉀,3.0千克氧化鋅,1.3千克三氧化二鋁,2.0千克硝酸銨,0.5千克硫酸鈉。各種原材料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入原材料總重量5.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料。將基礎(chǔ)玻璃配合料在1470-1480°C范圍內(nèi)熔化2.0-3.0h,制成玻璃熔液,然后在1350_1370°C范圍內(nèi)保溫
1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體(如圖1所示)。
[0074]或者將各種輔料粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量12.0千克石英砂,14.8千克碳酸鈣,10.2千克氟化鈣,5.0千克碳酸鉀,3.0千克氧化鋅,1.3千克三氧化二鋁,2.0千克硝酸銨,0.5千克硫酸鈉。各種輔料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入輔料總重量5.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料輔料,將基礎(chǔ)玻璃配合料輔料加入到76.0千克高溫?zé)釕B(tài)硅渣中。在1470-1480°C范圍內(nèi)熔化2.0-3.0h,制成玻璃熔液,然后在1350-1370°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體(如圖2所示)。
[0075]玻璃液通過(guò)壓延形成基礎(chǔ)玻璃板;或?qū)⒊吻宓牟Aб簼沧⒌皆陬A(yù)熱的鋼制模具中成型,得到基礎(chǔ)玻璃塊;或?qū)⒉Aб褐苯铀愫蟾稍铮玫交A(chǔ)玻璃粒料。將基礎(chǔ)玻璃板(塊、粒料)粉碎、球磨,得到基礎(chǔ)玻璃粉料。
[0076](2)冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的制備(如圖3所示)
[0077]首先,按照冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的制備的原材料配比,精確稱量90.0%基礎(chǔ)玻璃粉料、4.0%發(fā)泡劑、3.0%穩(wěn)泡劑、2.7%調(diào)節(jié)成分和0.3%著色劑。其中發(fā)泡劑為SiCJ^粉(C)、碳酸鈣(CaCO3),它們之間的重量比是5:1:1。穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸鎂,它們之間的重量比是4:1:1。調(diào)節(jié)成分為硼砂、硝酸鈉、氟硅酸鈉,它們之間的重量比是5:1:3。著色劑可以根據(jù)實(shí)際需要的顏色加入含有Fe、Mn、Cu、Cr、Co、N1、Ti等著色離子的著色劑。
[0078]然后,將原材料混合球磨至180目以下,達(dá)到均勻混合,形成微晶泡沫玻璃原料待用。
[0079](3)成型
[0080]首先,把脫模劑刷涂在耐熱模具表面,然后,將混合好的微晶泡沫玻璃原料裝入模具中成型。
[0081](4)燒成
[0082]首先,將坯體和模具一起送入窯爐,以18°C /min的升溫速度,升溫至1020°C,保溫20min,再降溫至500°C以下保溫3.0h,形成泡沫玻璃;然后,以10°C /min的升溫速度升溫至750°C,保溫3.0h核化,再以7°C /min的升溫速度,升溫至875°C,保溫2.0h晶化,得到泡沫微晶玻璃。
[0083]該微晶多孔(泡沫)玻璃管體的密為0.66g/cm3,平均泡徑1.2mm,導(dǎo)熱系數(shù)0.075W/m.K,抗壓強(qiáng)度11.2MPa,彎曲強(qiáng)度2.8MPa,耐酸性k=0.04%,耐堿性k=0.025%。
[0084]總之,本發(fā)明的泡沫微晶玻璃質(zhì)輕、保溫、抗磨、耐酸堿腐蝕、具有良好的切削加工性能,可廣泛應(yīng)用于化工、冶金、建筑裝飾、石油、礦山、機(jī)械等領(lǐng)域的管道、儲(chǔ)罐、換熱系統(tǒng)的隔熱保溫,及特殊條件下工作的復(fù)合隔熱系統(tǒng)及隔音吸聲系統(tǒng)。
[0085]需要說(shuō)明的是,按照本發(fā)明上述各實(shí)施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員是完全可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明獨(dú)立權(quán)利要求及從屬權(quán)利的全部范圍的,實(shí)現(xiàn)過(guò)程及方法同上述各實(shí)施例;且本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。[0086]以上所述,僅為本發(fā)明部分【具體實(shí)施方式】,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:由基礎(chǔ)玻璃、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、調(diào)節(jié)成分和著色劑組成,其中基礎(chǔ)玻璃占總重量的85.0-90.0%,發(fā)泡劑占總重量的3.0-10.0%,穩(wěn)泡劑占總重量的2.0-6.0%,調(diào)節(jié)成分占總重量的0-5.0%,著色劑占總重量的0-2.0%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:所述基礎(chǔ)玻璃的原材料由冶硅廢渣、添加劑和助熔澄清劑組成,其中冶硅廢渣占總重量的50.0-76.0%,添加劑占總重量的20.0-27.0%,助熔澄清劑占總重量的5.0-8.0% ;所述添加劑為Si02、CaCO3>Na2C03、CaF2, ZnO, A1203、BaCO3> K2CO3> MgO, NaNO3中的三種或三種以上或全部,它們之間的重量比是 0-38:13-50:0-20:0-15:0.5-6:0.5-5.5:0-6:0-14:0—2:0-7 ;所述助熔澄清劑為CeO2,Na2O,NH4NO3和Na2SO4中的一種或一種以上,它們之間的重量比是0_4:0-7:2-5:0_15。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:所述冶硅廢渣的化學(xué)成分是 16.0-18.0%Na20、81.0-83.0%Si02、0.1-0.2%Α1203,0.2-0.3%Ca0、0.3-0.4%Fe203、其它成分為余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:所述添加劑還可以由含有Si02、CaO、Na2O, CaF2, ZnO, A1203、BaO, K2O, MgO的礦物、化工原料、尾礦、廢渣提供;所述尾礦包括煤矸石或鐵礦尾砂;所述廢渣包括高爐渣、磷渣或硼泥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:所述發(fā)泡劑為SiCj^粉(C)、碳酸鈣(CaC03)、Mn02、Fe203中的一種或一種以上或全部;當(dāng)為全部時(shí),它們之間的重量比是 2-5:0-3:0-2:0-3:0-1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于,穩(wěn)泡劑為磷酸鈉、磷酸、磷酸二氫鈉、磷酸鎂中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是.1-6:0-2:0-3:0-4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:所述調(diào)節(jié)成分為硼砂、硼酸、硝酸鈉、氟硅酸鈉、碳酸鈉或碳酸鎂中的一種或一種以上或全部,它們之間的重量比是 2-5:0-3:0-2:0-5:0-3:0-2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:根據(jù)實(shí)際需要的顏色加入含有Fe、Mn、Cu、Cr、Co、N1、Ti著色離子的著色劑制成不同顏色的泡沫微晶玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶硅廢渣泡沫微晶玻璃,其特征在于:所述冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的造型是板狀或圓筒形或彎曲形,或根據(jù)實(shí)際需要加工的任何其它形狀。
10.一種冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的制備方法,其特征在于:首先制備基礎(chǔ)玻璃,然后將基礎(chǔ)玻璃粉碎與發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑、調(diào)節(jié)成分和著色劑混合均勻,裝入模具中送入窯爐中燒成,得到泡沫微晶玻璃,具體步驟如下: (I)基礎(chǔ)玻璃制備 ①配料:將冷態(tài)硅渣、添加劑和助熔澄清劑粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量占原材料總重量50.0-76.0wt %的硅渣,占原材料總重量20.0-27.0被%的添加劑,占原材料總重量5.0-8.0wt %的助熔澄清劑,各種原材料投入混料機(jī)或攪拌器,另外加入原材料總重量1.0-6.0%的水,攪拌均勻,制成基礎(chǔ)玻璃配合料; 或者將添加劑和助熔澄清劑粉碎,然后過(guò)40目篩,按照成分配比精確稱量占總重量.20.0-27.0wt%的添加劑,占總重量5.0-8.0wt %的助熔澄清劑;將添加劑與助熔澄清劑充分混合,形成均勻的輔料配合料;②熔化:將基礎(chǔ)玻璃配合料在1450-1560°C范圍內(nèi)熔化1.0-6.0h,制成玻璃熔液,然后在1350-1500°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體; 或者將輔料配合料投入到占總重量50.0-76.0wt %的高溫?zé)釕B(tài)冶硅廢渣中,在1460-1560°C范圍內(nèi)熔化2.0-4.0h,制成玻璃熔液,然后在1350_1500°C范圍內(nèi)保溫1.0-3.0h,均化、澄清玻璃液,得到熔融態(tài)的高溫玻璃熔體; ③冷卻:玻璃液通過(guò)壓延形成基礎(chǔ)玻璃板;或?qū)⒊吻宓牟Aб簼沧⒌皆陬A(yù)熱的鋼制模具中成型,得到基礎(chǔ)玻璃塊;或?qū)⒉Aб褐苯铀愫蟾稍?,得到基礎(chǔ)玻璃粒料; ④粉料:將基礎(chǔ)玻璃板或基礎(chǔ)玻璃塊或基礎(chǔ)玻璃粒料)粉碎、球磨,得到基礎(chǔ)玻璃粉料; (2) 冶硅廢渣泡沫微晶玻璃制備 首先,按照冶硅廢渣泡沫微晶玻璃的原材料配比精確稱量基礎(chǔ)玻璃粉料、發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑和調(diào)節(jié)成分;然后,將它們混合球磨至180目以下,達(dá)到均勻混合,形成泡沫微晶玻璃原料待用; (3)成型 首先,把脫模劑即氧化鋁和水玻璃按一定比例混合刷涂在耐熱模具表面,然后,將混合好的微晶泡沫玻璃原料裝入模具中成型,使坯體的體積密度為0.5-1.0g/cm3 ; (4)燒成 首先,將坯體和模具一起送入窯爐,以8-20°C /min的升溫速度,升溫至850-1200°C,保溫10-30min,再降溫至600°C以下保溫0-4.0h,形成泡沫玻璃;然后,以10_20°C /min的升溫速度升溫至700-800°C,保溫2.0-6.0h核化,再以5_15°C /min的升溫速度,升溫至800-900°C,保溫2.0-4.0h晶化,得到泡沫微晶玻璃; 或者將坯體和模具一起送入窯爐,以5-10°C /min的升溫速度,升溫至850-1100°C,保溫30-45min,再降溫至600°C以下保溫0-4.0h,得到泡沫微晶玻璃。
【文檔編號(hào)】C03C10/00GK103539360SQ201310377590
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】曹建尉, 王志, 趙慶朝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
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