本發(fā)明涉及一種泡沫微晶玻璃的制備方法及所得的泡沫微晶玻璃，具體涉及一種以固體廢棄物為主要原料、在不加發(fā)泡劑的情況下自行發(fā)泡制備泡沫微晶玻璃的方法以及該方法制得的產(chǎn)品，屬于玻璃及固體廢棄物利用技術領域。

背景技術：

固體廢棄物的再利用既節(jié)約資源，降低企業(yè)成本，又保護環(huán)境，符合建設資源節(jié)約型社會和可持續(xù)發(fā)展的要求。利用固體廢棄物生產(chǎn)建筑材料（如泡沫玻璃）是固廢利用的重要途徑之一。煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢棄物，在工業(yè)固體廢物排放總量中占有很大比例。煤矸石堆放占用大量土地，并造成環(huán)境污染。煤矸石可用于發(fā)電、制作燒結空心磚、代替黏土生產(chǎn)水泥以及生產(chǎn)結晶三氯化鋁等化工產(chǎn)品，也有利用煤矸石制備玻璃材料的報道，如：北京科技大學王長龍等人利用煤矸石和鐵尾礦制備了鈣鎂鋁硅系微晶玻璃；宋建軍等人以煤矸石為主要原料,采用燒結法制備了β-硅灰石相微晶玻璃；李玉華等人以廢玻璃和煤矸石為主要原料,采用燒結法制備了新型微晶泡沫玻璃。這些研究為煤矸石的利用提供了一個新的方向，不僅有經(jīng)濟效益，還有一定的環(huán)境效益。

泡沫微晶玻璃是具有隔熱、吸聲、防火等功能，是一種新型輕質建筑材料和裝飾材料。常規(guī)泡沫微晶玻璃的生產(chǎn)主要使用的為燒結法，燒結法的主要過程為：由定量的碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和促進劑等,經(jīng)過細粉碎混合均勻形成配合料,將配合料放入到特定的模具中,再經(jīng)過預熱、燒結、發(fā)泡、退火等工藝制備玻璃，由于玻璃粉燒結過程通常會發(fā)生析晶現(xiàn)象，因此所得的玻璃常是泡沫微晶玻璃。該生產(chǎn)工藝存在以下缺點：過程復雜，工作量很大；需要特制耐高溫和抗急冷的模具；退火時間長；制品燒成后需再加工。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有泡沫微晶玻璃制備工藝存在的不足，本發(fā)明提供了一種泡沫微晶玻璃的制備方法及所得的泡沫微晶玻璃，該方法以固體廢棄物為主要原料，實現(xiàn)了廢物的回收利用，此外，制備過程中無需將玻璃破碎，原料種類少，制備工藝簡單，成本低。

本發(fā)明以煤矸石為主要原料，同時添加白云石、燒滑石、硅砂等組成玻璃的原料，經(jīng)過各原料的搭配，制備時將各原料直接制成塊體玻璃，塊體玻璃無需粉碎直接進行熱處理即可制得泡沫微晶玻璃，大大簡化了制備過程。本發(fā)明為煤矸石的利用以及泡沫微晶玻璃的制備提供了新的思路，具體技術方案如下：

一種泡沫微晶玻璃的制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）以煤矸石、白云石、燒滑石、硅砂為原料，按以下玻璃組成計算各原料的用量：SiO₂40-54wt%、Al₂O₃22.5-24 wt%、MgO13.5-14.3 wt%、CaO7-19.5 wt %、Fe₂O₃1.2-1.3 wt %、SO₃1.2-1.3 wt %、TiO₂0.7-0.8 wt %；

（2）按配比稱取各原料，將各原料粉碎、混合均勻，加熱熔融成均勻的玻璃液，玻璃液經(jīng)成型、退火，得塊體玻璃；

（3）將塊體玻璃由室溫升至900-1200℃，保溫0-2h,然后冷卻，得泡沫微晶玻璃。

上述制備方法中，按照玻璃的組成選擇各原料，為了提高廢物利用量，以煤矸石為主要原料，即玻璃成分先盡量通過煤矸石提供，如果煤矸石無法滿足玻璃組分含量要求，再用白云石、燒滑石、硅砂補充至所需含量。在選擇原料用量時，玻璃中的Al₂O₃主要由煤矸石提供，玻璃中的SiO₂由煤矸石、燒滑石和硅砂提供，玻璃中的MgO主要由燒滑石、白云石提供，玻璃中的CaO主要由白云石提供，玻璃中的Fe₂O₃及其它成分均來自煤矸石。

上述制備方法中，煤矸石為主要原料，按照上述原則選擇各原料后，經(jīng)計算，煤矸石在總原料中的含量大于45wt%。

上述步驟（2）中，各原料可以通過球磨機粉碎、混合。各原料粉碎后，過120目篩，將顆粒大的原料篩除。

上述步驟（2）中，將各原料加熱至1450℃保溫2h，熔融成均勻的玻璃液。所得玻璃液按照常規(guī)工藝成型、退火，得到塊體玻璃，即塊狀玻璃。

上述步驟（3）中，對塊體玻璃直接進行熱處理,熱處理步驟是:將塊體玻璃由室溫升溫至900-1200℃，并在此溫度下保溫0-2h,當保溫0h時,表示將塊體玻璃由室溫升至900-1200℃,不經(jīng)保溫直接冷卻。本發(fā)明無需將玻璃粉碎、壓片、燒結，簡化了工藝流程。優(yōu)選的，將塊體玻璃升溫至1100℃。

上述步驟（3）中，升溫至900-1200℃保溫0-2h，優(yōu)選為2h。

上述步驟（3）中，以小于等于5℃/min的升溫速度升至900-1200℃。

按照上述方法所得的玻璃為泡沫微晶玻璃，該玻璃內(nèi)部有大量氣泡，且有微晶存在，性質穩(wěn)定，具有很好的應用前景。按照上述方法制得的泡沫微晶玻璃也在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明以固體廢棄物煤矸石為主要原料，為煤矸石的利用提供了新的思路和方法，原料中煤矸石的含量在45%以上，有利于減少煤矸石的堆存，實現(xiàn)了廢物利用，變廢為寶，在節(jié)約資源的同時達到了治理環(huán)境污染的目的，產(chǎn)品附加值高；

2、本發(fā)明將原料制成塊體玻璃然后直接加熱發(fā)泡，無需將玻璃破碎，也無需加入各種添加劑，簡化了泡沫微晶玻璃的制備過程，同時降低了生產(chǎn)成本。

3、本發(fā)明所得泡沫微晶玻璃為黑色至灰白色，內(nèi)部具有大量氣泡，產(chǎn)品質量優(yōu)異，該微晶泡沫玻璃可用作隔熱、吸聲、防潮、防火材料，是一種性能優(yōu)越的輕質高強建筑材料和裝飾材料，可在建筑領域廣泛推廣應用。

附圖說明

圖1 實施例1所得玻璃樣品的截面圖。

圖2實施例1所得玻璃樣品的XRD圖。

具體實施方式

下面，通過具體實施例對本發(fā)明進行進一步的解釋和說明，應該明白的是，下述說明只是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。

本發(fā)明各原料均可以在市場中買到，下述實施例中，所用各原料的主要化學成分如下表1所示，不足100%部分為燒失和/或分解產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物。

實施例1

泡沫微晶玻璃的制備方法如下：

1、設計泡沫微晶玻璃的組成為（wt%）： SiO₂53.27%、Al₂O₃22.93%、MgO13.63 %、CaO7%、Fe₂O₃1.22 %、SO₃1.20 %、TiO₂0.75 %；根據(jù)該玻璃組成，計算原料煤矸石、白云石、燒滑石、硅砂的用量，并按配比稱取各原料；

2、采用球磨機將煤矸石粉磨至過200目篩，然后將煤矸石與其他原料按配比混合，經(jīng)球磨機球磨，過120目篩；

3、球磨過篩的混合料于坩堝中在1450℃保溫2h，熔融成均勻的玻璃液，所得玻璃液再經(jīng)成型、退火1h、隨爐冷卻，得塊體玻璃；

4、將塊體玻璃放在高溫電阻爐中，從室溫以5℃/min的升溫速度分別升到800℃、900℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃，升至各溫度后，在此溫度分別保溫0h、1h、2h進行熱處理，熱處理后停止加熱，冷卻至室溫得玻璃產(chǎn)品。

實驗過程中可以看出，熱處理2h所得玻璃的發(fā)泡效果比1h好，熱處理1h所得玻璃的發(fā)泡效果比0h好，熱處理2h泡沫更為豐富，因此熱處理時間優(yōu)選2h。熱處理溫度為800℃時，玻璃內(nèi)部幾乎無氣泡形成，在900-1100℃范圍內(nèi)時，隨著溫度的升高，玻璃內(nèi)部的氣泡量成升高趨勢。圖1是在800℃、900℃、1000℃、1050℃、1100℃、1200℃下熱處理2h所得玻璃的斷面圖，從圖中可以看出，當溫度為800℃時，玻璃內(nèi)部的氣泡幾乎沒有；當溫度升到900℃時，玻璃內(nèi)部出現(xiàn)氣泡，且內(nèi)部變暗；當溫度升到1000℃時，玻璃表面開始發(fā)白，內(nèi)部出現(xiàn)更多氣泡，體積變大；當溫度升到1100℃時，玻璃內(nèi)部出現(xiàn)大量氣泡，玻璃體積膨脹最大，密度比水小可以在水面上浮起來；當溫度升到1200℃時，玻璃失去其形狀，攤成一個由大量白色氣泡組成的物質。

采用煮沸法檢測1000℃、1100℃、1200℃三個熱處理溫度下所得玻璃樣品的容重，方法是：用電子天平稱量發(fā)泡微晶玻璃在空氣中的干重，記為m₁,再稱發(fā)泡微晶玻璃煮沸后在溶液中的浮重，記為m₂，最后稱發(fā)泡微晶玻璃煮沸后在空氣中的濕重，記為m₃，按下式計算出發(fā)泡微晶玻璃的容重。

煮沸法測得的玻璃樣品的容重如下表2所示：

通過圖1和表2可以看出，在1100℃下熱處理2h所得的泡沫微晶玻璃容重最小，性能最佳。

此外，在900-1200℃熱處理溫度范圍內(nèi)所得的玻璃內(nèi)部除了有氣泡外，還有微晶析出，經(jīng)XRD驗證，樣品主晶相為堇青石（Al₄Mg₂O₁₈Si₅），還有部分玻璃相，見圖2。

實施例2

泡沫微晶玻璃的制備方法如下：

1、設計泡沫微晶玻璃的組成為（wt%）： SiO₂47.74%、Al₂O₃23.76%、MgO14.12 %、CaO11.09%、Fe₂O₃1.27 %、SO₃1.24 %、TiO₂0.78 %；根據(jù)該玻璃組成，計算原料煤矸石、白云石、燒滑石、硅砂的用量，并按配比稱取各原料；

2、采用球磨機將煤矸石粉磨至過200目篩，然后將煤矸石與其他原料按配比混合，經(jīng)球磨機球磨，過120目篩；

3、球磨過篩的混合料于坩堝中在1450℃保溫2h，熔融成均勻的玻璃液，所得玻璃液再經(jīng)成型、退火1h、隨爐冷卻，得塊體玻璃；

4、將塊體玻璃放在高溫電阻爐中，從室溫以5℃/min的升溫速度升到1100℃保溫2h，然后停止加熱，冷卻至室溫得產(chǎn)品。所得產(chǎn)品內(nèi)部有大量氣泡產(chǎn)生，經(jīng)XRD驗證有微晶析出，主晶相為堇青石（Al₄Mg₂O₁₈Si₅），采用煮沸法測得玻璃的容重為1.0198 g/cm³。

實施例3

按照實施例2的方法制備泡沫微晶玻璃，不同的是：玻璃的組成為（wt%）： SiO₂44.01%、Al₂O₃23.55%、MgO14.00 %、CaO15.18%、Fe₂O₃1.26 %、SO₃1.23 %、TiO₂0.77 %。所得產(chǎn)品內(nèi)部有大量氣泡產(chǎn)生，經(jīng)XRD驗證有微晶析出，主晶相為堇青石（Al₄Mg₂O₁₈Si₅），采用煮沸法測得玻璃的容重為1.4843 g/cm³。

實施例4

按照實施例2的方法制備泡沫微晶玻璃，不同的是：玻璃的組成為（wt%）： SiO₂40.19%、Al₂O₃23.51%、MgO13.75 %、CaO19.31%、Fe₂O₃1.25 %、SO₃1.22 %、TiO₂0.77 %。所得產(chǎn)品內(nèi)部有大量氣泡產(chǎn)生，經(jīng)XRD驗證有微晶析出，主晶相為堇青石（Al₄Mg₂O₁₈Si₅），采用煮沸法測得玻璃的容重為1.4684g/cm³。

對比例1

按照實施例2的方法制備泡沫微晶玻璃，不同的是：玻璃的組成為（wt%）： SiO₂37.82%、Al₂O₃23.13%、MgO12.94%、CaO23.09%、Fe₂O₃1.16%、SO₃1.14 %、TiO₂0.72 %。所得產(chǎn)品發(fā)泡效果差，容重大。