专利摘要

本发明涉及一种利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法，属于微晶泡沫玻璃制备领域。本发明利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,具体为：先将高钛高炉渣、粉煤灰进行预处理；再按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～35份粉煤灰玻璃物料粉末、50～60份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀，压制成块体材料，以4～6℃/分钟的升温速率从室温升至450～550℃下焙烧70～120分钟；再以4～5℃/分钟的升温速率升至880～920℃并保温30～60分钟，最后以1～3℃/分钟的速率降至室温即得。本发明制备的微晶泡沫玻璃泡孔大小均匀，表观密度小，机械强度高，导热系数低。

权利要求

1.利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，按以下步骤进行：

a、将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450～1500℃保温0.5～1小时，再分别进行水淬，然后粉碎得到高钛高炉渣玻璃物料粉末和粉煤灰玻璃物料粉末；

b、按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～35份粉煤灰玻璃物料粉末、50～60份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀，压制成块体材料，以4～6℃/分钟的升温速率从室温升至450～550℃下焙烧70～120分钟；再以4～5℃/分钟的升温速率升至880～920℃并保温30～60分钟，最后以1～3℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃；其中，发泡剂为碳酸钙。

2.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，助熔剂为五水四硼酸钠或氟硅酸钠。

3.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，稳泡剂为十二水磷酸钠或磷酸氢二钠。

4.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，步骤a中，将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450℃保温0.8小时。

5.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，步骤b中，按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～30份粉煤灰玻璃物料粉末、50～55份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀。

6.根据权利要求5所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，步骤b中，按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～30份粉煤灰玻璃物料粉末、50份废玻璃粉、3份助熔剂、3份发泡剂和4份稳泡剂混匀。

7.根据权利要求5所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，步骤b中，按重量份取10份高钛高炉渣玻璃物料粉末、30份粉煤灰玻璃物料粉末、50份废玻璃粉、3份助熔剂、3份发泡剂和4份稳泡剂混匀。

8.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，步骤b中，压制成块体材料后，以5℃/分钟的升温速率从室温升至500℃下焙烧；再升至900～920℃并保温，最后以2℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃。

9.根据权利要求8所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,其特征在于，步骤b中，压制成块体材料后，从室温升至500℃下焙烧70分钟；再以5℃/分钟的升温速率升至900℃并保温30分钟。

10.微晶泡沫玻璃，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的制备方法制备而成。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法，属于微晶泡沫玻璃制备领域。

背景技术

微晶泡沫玻璃是一种大多以工业固体废弃物为主要原料，加入适量添加剂，经过加热、保温、冷却等工序，烧制而成的由玻璃相、气孔和微晶体组成的新型多功能环保材料，具有轻质、高强、保温、隔音、防潮、耐腐蚀、不易老化等优点，被广泛用于建筑保温材料、隔音材料、绿化用保水材料和石油化工等领域。

攀枝花是举世闻名的中国钒钛之都，攀枝花地区蕴藏着极其丰富的钒钛磁铁矿资源，其中TiO2的储量达13×108t，占国内已探明储量的90％以上。高钛高炉渣是利用钒钛磁铁矿在高炉炼铁过程中排出的一种废渣，属于工业固体废弃物。攀枝花高炉渣中钛含量较高(TiO2含量为20％～26％)，尾渣的不断堆积，不仅对生态环境造成了污染，而且浪费了宝贵的钛资源。国内外科技工作者对高钛高炉渣的综合利用的方法做了大量的研究工作，也都取得了一定成果，但在推广应用时，还也存在着经济效益差、技术效果不显著、处理量小等问题，因此高钛高炉渣的综合利用，仍是一个亟待解决的技术难题。

专利CN200810012405.1，一种用含钛高炉渣制备微晶泡沫玻璃的方法，马明龙等人以含钛高炉渣为主要原料，引入微硅粉、石英砂等为硅质原料，添加一定添加剂，采用“二步法”制备微晶泡沫玻璃。该方法的不足在于，发泡和微晶化过程分开进行，工序复杂，增加了生产成本，且制品的孔径偏大(3-5mm)，抗压强度不高(9-11MPa)。而一般微晶泡沫玻璃合适的孔径大小为1-3mm，抗压强度为9-18MPa。

粉煤灰是火力发电厂煤燃烧过程产生的一种固体废弃物，我国每年由于火力发电而产生的粉煤灰高达数百万吨，这种工业废物被认为是世界各地的危险物质。然而，粉煤灰含有大量CaO，SiO2和Al2O3等玻璃网络形成体氧化物，可以作为生产微晶泡沫玻璃良好的原材料。

专利CN201210014710.0，粉煤灰泡沫玻璃的制备方法，采用粉煤灰、玻璃粉、发泡剂和稳定剂为原材料；采用如下工艺步骤：(1)、配料：按重量比：粉煤灰15-25％，玻璃粉65-75％，发泡剂3-5％，稳定剂7-5％配料；水为粉料总重的0.1-0.8％；(2)、压片：将上述的配料研磨混合均匀以后装入模具，在压力机下以5-15MPa的压力持续3-6分钟，得到片状坯体；(3)、烧制成型：将制好的坯体置于高温箱式电阻炉中，炉内的升温速率为5-8℃，当升温至600℃时稳定10-15分钟，然后直接升温到800℃；在800℃的条件下持续30-50分钟，使其稳定发泡；发泡结束后进行降温，降温的速率为10-20℃，直至冷却到室温，制得产品。该发明专利工业固体废弃物粉煤灰的掺量较低，产品抗压与抗折强度太低，均不到1MPa。

专利CN 100372793C，微晶泡沫玻璃的制备方法，在废玻璃粉利用方面，陕西科技大学的高淑雅等以废阴极射线管玻璃粉为原料，添加SiC作为发泡剂，采用一次烧成工艺制备了微晶泡沫玻璃。其主要问题是产品的抗折强度不高，只有不到5MPa，原因是制品的主要物相为Pb，未见其它晶相，并且没有引入工业废渣。

查阅相关文献及专利少见以高钛高炉渣、粉煤灰和废玻璃粉三种工业固体废弃物为主要原料制备微晶泡沫玻璃的报道。

王晴等在《矿渣微晶泡沫玻璃核化及晶化制度的优化》中公开了采用高炉炉渣、粉煤灰和废玻璃为原材料制备矿渣微晶泡沫玻璃。但是该方法制备的微晶泡沫玻璃表观密度为0.946kg/m3，孔径在2～3mm之间，抗压强度最高仅为17.9MPa，该方法制备的微晶玻璃泡沫孔径较大，抗压强度较小。并且该文献的方法，采用了三段加热，二段退火，进行了核化，工艺复杂。

因此，需要开发一种工艺简单的，利用高炉炉渣、粉煤灰和废玻璃为原材料制备矿渣微晶泡沫玻璃的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单的，利用高炉炉渣、粉煤灰和废玻璃为原材料制备矿渣微晶泡沫玻璃的方法，该方法制备出的微晶泡沫玻璃孔径在1～1.8mm之间，并且密度小，抗压强度大。

一种利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,按以下步骤进行：

a、将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450～1500℃保温0.5～1小时，再分别进行水淬，然后粉碎得到高钛高炉渣玻璃物料粉末和粉煤灰玻璃物料粉末；

b、按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～35份粉煤灰玻璃物料粉末、50～60份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀，压制成块体材料，以4～6℃/分钟的升温速率从室温升至450～550℃下焙烧70～120分钟；再以4～5℃/分钟的升温速率升至880～920℃并保温30～60分钟，最后以1～3℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃；其中，发泡剂为碳酸钙。

优选的，助熔剂为五水四硼酸钠或氟硅酸钠。

优选的，稳泡剂为十二水磷酸钠或磷酸氢二钠。

优选的，步骤a中，将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450℃保温0.8小时。

优选的，步骤b中，按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～30份粉煤灰玻璃物料粉末、50～55份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀；更优选的，按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～30份粉煤灰玻璃物料粉末、50份废玻璃粉、3份助熔剂、3份发泡剂和4份稳泡剂混匀。

当钛高炉渣玻璃物料粉末、粉煤灰玻璃物料粉末、废玻璃粉、助熔剂、发泡剂和稳泡剂的重量比为10:30:50:3:3:4时，制得的微晶泡沫玻璃的抗压强度最好。

优选的，步骤b中，压制成块体材料后，以5℃/分钟的升温速率从室温升至500℃下焙烧70～120分钟；再以4～5℃/分钟的升温速率升至900～920℃并保温30～60分钟，最后以2℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃。

进一步的，压制成块体材料后，以5℃/分钟的升温速率从室温升至500℃下焙烧70分钟；再以5℃/分钟的升温速率升至900℃并保温30分钟，最后以2℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种微晶泡沫玻璃。

微晶泡沫玻璃，由上述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的制备方法制备而成。本发明制备的微晶泡沫玻璃，微晶泡沫玻璃孔径在1～1.8mm之间，表观密度在0.88～0.93g·cm-3之间，导热系数在0.21～0.32w(m·k)-1之间，吸水率小于2.91％，抗压强度在19.6MPa以上。

本发明的有益效果：

1、本发明以高钛高炉渣、粉煤灰和废玻璃粉三种工业固体废弃物为主要原料，粉煤灰和高钛高炉渣的总加入量可以达到50％，降低了成本。

2、本发明的制备工艺简单，只需要两段加热，一段降温，即可制得本发明的微晶泡沫玻璃。

3、本发明设备要求简单，耗能低。

4、本发明制得的微晶泡沫玻璃泡孔大小均匀、适中，表观密度小，机械强度高，吸水率和导热系数低。

5、无论从经济还是环境的角度来看，本发明利用高钛高炉渣、粉煤灰和废玻璃粉来制备可用于建筑保温领域的微晶泡沫玻璃材料都是一种非常有发展前景的方法。

具体实施方式

一种利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法,按以下步骤进行：

a、将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450～1500℃保温0.5～1小时，再分别进行水淬，然后粉碎得到高钛高炉渣玻璃物料粉末和粉煤灰玻璃物料粉末；

b、按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～35份粉煤灰玻璃物料粉末、50～60份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀，压制成块体材料，以4～6℃/分钟的升温速率从室温升至450～550℃下焙烧70～120分钟；再以4～5℃/分钟的升温速率升至880～920℃并保温30～60分钟，最后以1～3℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃；其中，发泡剂为碳酸钙。

本发明所使用的高钛高炉渣是利用攀西地区特有的钒钛磁铁矿在高炉炼铁过程中排出的一种废渣，其主要成分为硅酸盐氧化物，如SiO2、CaO、Al2O3、MgO、TiO2等，因其TiO2含量高达20％-26％而称为高钛高炉渣。

本发明将高钛高炉渣和粉煤灰先进行预处理，其原因是由于其软化温度较高，需要先高温熔融原料并水淬制备基础玻璃。本发明原料经过水淬处理后可以使玻璃化程度更高，烧结活性增强，使得烧结体的致密性更强，从而强度更高。

本发明将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450～1500℃保温0.5～1小时后，高钛高炉渣、粉煤灰变成均匀的液态熔融玻璃体。将液态熔融玻璃体水淬后得到块状的基础玻璃物料。再将两种块状基础玻璃物料粉碎后即得到高钛高炉渣玻璃物料粉末和粉煤灰玻璃物料粉末。

其中，本发明粉碎可以采用密封式制样机进行粉碎。

优选的，助熔剂为五水四硼酸钠或氟硅酸钠。

优选的，稳泡剂为十二水磷酸钠或磷酸氢二钠。

优选的，步骤a中，将高钛高炉渣、粉煤灰分别加热至1450℃保温0.8小时。

为了进一步提高微晶泡沫玻璃的抗压强度，优选的，步骤b中，按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～30份粉煤灰玻璃物料粉末、50～55份废玻璃粉、3～5份助熔剂、3～5份发泡剂和2～4份稳泡剂混匀；更优选的，按重量份取10～15份高钛高炉渣玻璃物料粉末、25～30份粉煤灰玻璃物料粉末、50份废玻璃粉、3份助熔剂、3份发泡剂和4份稳泡剂混匀。

当钛高炉渣玻璃物料粉末、粉煤灰玻璃物料粉末、废玻璃粉、助熔剂、发泡剂和稳泡剂的重量比为10:30:50:3:3:4时，制得的微晶泡沫玻璃的抗压强度最好。

为了进一步提高微晶泡沫玻璃的抗压强度，步骤b中，压制成块体材料后，以5℃/分钟的升温速率从室温升至500℃下焙烧70～120分钟；再以4～5℃/分钟的升温速率升至900～920℃并保温30～60分钟，最后以2℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃。

进一步的，压制成块体材料后，以5℃/分钟的升温速率从室温升至500℃下焙烧70分钟；再以5℃/分钟的升温速率升至900℃并保温30分钟，最后以2℃/分钟的速率降至室温即得到微晶泡沫玻璃。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种微晶泡沫玻璃。

微晶泡沫玻璃，由上述的利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的制备方法制备而成。本发明制备的微晶泡沫玻璃，微晶泡沫玻璃孔径在1～1.8mm之间，表观密度在0.88～0.93g·cm-3之间，导热系数在0.21～0.32w(m·k)-1之间，吸水率小于2.91％，抗压强度在19.6MPa以上。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。本发明实施例和对比例所采用的高钛高炉渣成分、粉煤灰成分、废玻璃粉成分如表1-1、表1-2、表1-3所示。

表1-1攀钢高钛高炉渣的化学成分(wt％)

表1-2玻璃粉的化学成分(wt％)

表1-3粉煤灰的化学成分(wt％)

实施例1

首先将缓冷态高钛高炉渣、粉煤灰分别装入熔块炉中加热至1450℃保温0.8小时得到均匀的液态熔融玻璃体，而后将液态熔融玻璃体水淬得到块状基础玻璃物料；再将两种块状基础玻璃物料分别用密封式制样机粉碎成粉末,得到高钛高炉渣玻璃物料粉末和粉煤灰玻璃物料粉末；然后，按重量比配料：高钛高炉渣玻璃物料粉末10份，粉煤灰玻璃物料粉末30份，废玻璃粉50份，助熔剂五水四硼酸钠3份，发泡剂碳酸钙3份，稳泡剂十二水磷酸钠4份，在球磨机中球磨混匀；再将混合好的粉体压制成一定形状的块体材料，放入马弗炉中，以5℃/分钟(将此次升温速率记为v1)的升温速率从室温升至500℃(将此次升温温度记为T1)下焙烧70分钟(将焙烧时间记为t1)；再以5℃/分钟(将此次升温速率记为v2)的升温速率升至900℃(此次升温温度记为T2)并保温30分钟(保温时间记为t2)，进行发泡、微晶化后，最后以2℃/分钟(降温的速率记为v3)的速度冷却至室温即得到微晶泡沫玻璃S1。

实施例2

在实施例1的基础上，改变高钛高炉渣、粉煤灰的预处理温度和时间，高钛高炉渣玻璃物料粉末、粉煤灰玻璃物料粉末、废玻璃粉、助熔剂、发泡剂、稳泡剂的重量比或种类，以及升温、降温工艺的具体参数(v1、v2、v3、T1、T2、t1、t2)，制备微晶泡沫玻璃S2～S4，具体参数如表2所示。

对比例1在实施例1的基础上，改变高钛高炉渣、粉煤灰的预处理温度和时间，改变高钛高炉渣玻璃物料粉末、粉煤灰玻璃物料粉末、废玻璃粉、助熔剂、发泡剂、稳泡剂的重量比或种类，以及升温、降温工艺的具体参数(v1、v2、T1、T2、t1、t2、v3)，制备微晶泡沫玻璃D1～D4，具体参数如表2所示。

表2

其中，S2、S3使用的助熔剂为氟硅酸钠，发泡剂为碳酸钙，稳泡剂为磷酸氢二钠；S4使用的助熔剂为五水四硼酸钠，发泡剂为碳酸钙，稳泡剂为十二水磷酸钠；

D1使用的助熔剂为氟硅酸钠，发泡剂为碳酸钠，稳泡剂为磷酸氢二钠；

D2使用的助熔剂为氟硅酸钠，发泡剂为碳酸钠，稳泡剂为十二水磷酸钠；

D3使用的助熔剂为五水四硼酸钠，发泡剂为碳酸钠，稳泡剂为十二水磷酸钠；

D4使用的助熔剂为五水四硼酸钠，发泡剂为碳酸钙，稳泡剂为十二水磷酸钠；

对比例2本对比例采用《矿渣微晶泡沫玻璃核化及晶化制度的优化》中：高钛高炉渣、粉煤灰与废玻璃粉配比为3:1:6进行试验。

首先将缓冷态高钛高炉渣、粉煤灰分别装入熔块炉中加热至1450℃保温0.5小时得到均匀的液态熔融玻璃体，而后将液态熔融玻璃体水淬得到块状基础玻璃物料；再将两种块状基础玻璃物料分别用密封式制样机粉碎成粉末；然后，按重量比配料：高钛高炉渣27份，粉煤灰9份，废玻璃粉54份，助熔剂五水四硼酸钠3份，发泡剂碳酸钙3份，稳泡剂十二水磷酸钠4份，在球磨机中球磨混匀；再将混合好的粉体压制成一定形状的块体材料，放入马弗炉中，以8℃/分钟的升温速率从室温升至500℃下焙烧60分钟；再以20℃/分钟的升温速率升至900℃并保温60分钟进行发泡、微晶化，继后以15℃/分钟的冷却速率将其冷却至500℃，最后以3℃/min的速度冷却至室温即得到微晶泡沫玻璃D5。

试验例

按建筑材料行业标准JCT647-2005测试本实例微晶泡沫玻璃S1～S4、D1～D5的相关性能，结果如表3所示。

表3

从上表3的数据可以看出，本发明制备的微晶泡沫玻璃孔径在1～1.8mm之间，表观密度在0.88～0.93g·cm-3之间，相比于《矿渣微晶泡沫玻璃核化及晶化制度的优化》制备的微晶泡沫玻璃的平均孔径更小，密度也更小，说明了采用本发明方法制备的微晶泡沫玻璃成孔率高，而成孔率更高，表示微晶泡沫玻璃的保温性能更好。

本发明制备的微晶泡沫玻璃孔径大小更均匀，连通孔数量少，原料经过水淬处理后玻璃化程度更高，烧结活性增强，使得烧结体的致密性更强，从而强度更高，抗压强度在19.6MPa以上。

利用固体废弃物制备微晶泡沫玻璃的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。