一种以泡沫玻璃废料为原料的泡沫玻璃生产工艺

摘要

本发明公开了一种以泡沫玻璃废料为原料的泡沫玻璃生产工艺，包括以下步骤：将原料混合均匀后，依次经球磨、模压成型、发泡、退火，得到泡沫玻璃，原料的重量份组成如下：泡沫玻璃废料90～95；发泡剂0.1～0.3；助熔剂3～7；球磨后得到的粉料粒径为80～120μm；所述发泡的温控工艺为：以20～35℃/min的速率升温至400～450℃，然后以5～10℃/min的速率升温至700～750℃，再以2～4℃/min的升温至830～900℃，并恒温30～60分钟完成发泡。本发明不仅可以对泡沫玻璃废料进行及时有效的处理，节省生产成本，同时，制备得到的泡沫玻璃具备良好的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及泡沫玻璃生产加工领域，具体涉及一种以泡沫玻璃废料为原料的泡沫玻璃生产工艺。

背景技术

泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、改性剂和促进剂等原料经过细粉碎和均匀混合后，再经过预热、发泡、稳泡、退火等工艺制成的多孔状玻璃材料。

泡沫玻璃内部包含大量直径为0.1～3mm的均匀气泡结构，表观密度为90～500kg/m³。泡沫玻璃是一种性能优良的绝热保温材料，且同时具备耐化学侵蚀、阻燃、防水、防腐、不受虫蛀鼠啮等优良性能，化学性质稳定，对人体无毒、无放射性，被广泛用于石油、化工、冷藏、建筑、国防等领域，特别适用于化工管道、石油储罐及煤气、热力管线的防腐保温工程。

泡沫玻璃的生产过程中会产生大量的边角料等废料，这些废料的材质为泡沫玻璃，如果直接丢弃会造成环境污染，如果处理应用于其他场合，不但价格低廉至补贴不了运费，同时也浪费社会资源。泡沫玻璃废料的市场价一般为400～800元每吨，一条泡沫玻璃的美标生产线每天的原料用量约为30～40吨，如果能将泡沫玻璃废料直接作为原料进行生产，经济和社会价值都十分可观。

泡沫玻璃废料大小不一，由此导致堆积密度低，如果不及时进行处理，将会占据较大的场地。如果是露天堆放，不仅影响环境，且淋湿之后的泡沫玻璃废料必须经过干燥方能作为原料使用，否则会严重影响泡沫玻璃的质量，必须进行干燥。

授权公告号为CN 101328022 B的发明专利文献公开了一种泡沫玻璃 的循环生产工艺，包括下述顺序步骤：备料：将玻璃原料配料、研磨、然后输送至粉仓；填充：粉仓中的配料经称量后均匀的填充到经清扫和喷涂脱模剂的模盒中；振动：将模盒振动，使配料中多余的空气排出；加压：对模盒中的配料进行加压；发泡：将模盒送入发泡窑，经烧结—发泡—稳定—冷却—加热后制成毛坯；脱模：模盒出窑，将毛坯从模盒中取出，并推送进退火窑退火；模盒循环：空模盒经冷却、清扫、喷涂脱模剂后循环用于步骤。

该发明通过对泡沫玻璃生产工艺中所采用的设备进行改进，能够实现泡沫玻璃的连续化生产，但是，对于泡沫玻璃废料的回收再利用，还需要对原料以及工艺进行进一步的改进，使利用泡沫玻璃废料制备得到的泡沫玻璃仍具备优异的性能。

发明内容

本发明提供了一种以泡沫玻璃废料为原料的泡沫玻璃生产工艺，不仅可以对泡沫玻璃废料进行及时有效的处理，节省生产成本，同时，制备得到的泡沫玻璃具备良好的性能。

一种以泡沫玻璃废料为原料的泡沫玻璃生产工艺，包括以下步骤：将原料混合均匀后，依次经球磨、模压成型、发泡、退火，得到泡沫玻璃，原料的重量份组成如下：

泡沫玻璃废料  90～95

发泡剂        0.1～0.3

助熔剂        3～7；

球磨后得到的粉料粒径为80～120μm；

所述发泡的温控工艺为：以20～35℃/min的速率升温至400～450℃，然后以5～10℃/min的速率升温至700～750℃，再以2～4℃/min的升温至830～900℃，并恒温30～60分钟完成发泡。

每天得到的泡沫玻璃废料首先进行粉碎(可以先采用破碎机进行破碎，然后送入粉碎机进行粉碎)，粉碎之前的泡沫玻璃废料的堆积密度一般小于100kg/m³，而破碎之后的泡沫玻璃碎料的堆积密度一般大于 1000kg/m³，能够大大提高场地利用率。

由于每天泡沫玻璃生产所用的原料不同，所产生的泡沫玻璃废料成分也略有差异，每天每条生产线的泡沫玻璃废料大概为5～10吨，为了尽量减少泡沫玻璃废料的成分差异对制得的泡沫玻璃性能产生影响，将每天的泡沫玻璃废料放置在至少两个单独的料仓内，当泡沫玻璃废料的总量满足一天生产的需求时，同时开启多个料仓，将泡沫玻璃废料均匀地载入中间仓。

在中间仓内的泡沫玻璃废料中，加入发泡剂和助熔剂，得到混合料，然后将混合料转移至球磨机中，球磨得到粉料。

由于送入球磨机的是泡沫玻璃碎料，因此，球磨的时间可以大大缩短，耗电量明显减少，设备损耗也会降低。

为了最大程度地减少由于原料置换导致的生产波动，可以对生产设备进行相应的改进，例如，可以增加一套超细粉碎机，专用于研磨泡沫玻璃碎料，这样做也可以使生产过程更加省电。

由于直接采用泡沫玻璃废料作为泡沫玻璃生产的原料，可以省却泡沫玻璃除杂质、除尘、除湿等工序，显著降低人工成本、电力成本、噪音污染以及设备损耗，但是，泡沫玻璃废料中已经添加了一定量的发泡剂、助熔剂等物质，重新回收利用时，需要考虑这些残留物的影响，不能够直接采用以玻璃为原料生产泡沫玻璃的配方，而是需要重新对各原料的配比、研磨后粉料的粒径、发泡以及退火的工艺进行相应的改进，以使制备得到的泡沫玻璃的性能仍能够满足使用场合的需求。

泡沫玻璃废料中残留的发泡剂不能够满足重新发泡的需求，还需要进行适量的补充，发泡剂的使用量过少，不能满足发泡的需求；使用量过多，会导致泡沫玻璃内部孔径过大且有连通孔，降低泡沫玻璃的强度。

以泡沫玻璃废料作为原料时，会引入大量的Al₂O₃，Al₂O₃的引入能够起到稳泡作用，还会提升泡沫玻璃的强度，但与此同时也会导致发泡温度升高，致使生产能耗升高。

为了降低发泡温度，需要在泡沫玻璃废料中引入适量的助熔剂。助熔剂的加入量要适当，否则会影响泡沫玻璃的强度。

优选地，原料的重量份组成如下：

泡沫玻璃废料  91～94

发泡剂        0.2～0.25

助熔剂        4～6。

进一步优选，原料的重量份组成如下：

泡沫玻璃废料  92

发泡剂        0.2～0.25

助熔剂        4～6。

各原料混合均匀后，采用球磨机球磨至合适粒径的粉料，粉料的粒径大，则膨胀性差，会形成气孔粗大的泡沫玻璃，粉料的粒径过小，虽然膨胀性好，但是耗能大，且不利于发泡剂分布均匀。优选地，球磨后得到的粉料粒径为90～110μm。

发泡工艺是泡沫玻璃生产过程中的关键步骤，升温速度太快，会导致泡沫玻璃中的气孔大小不均。

由于泡沫玻璃的导热系数小，退火冷却速度通常较慢，作为优选，所述退火的温控工艺为：以10～15℃/min的速率降温至500～600℃并维持3.5～4.5h，然后以1～2℃/min的速率降温至250℃，最后以0.5～2℃/min的速率降温至室温完成退火。

作为优选，所述发泡剂为碳黑，所述助熔剂为碳酸钠、氟硅酸钠、硼酸、六偏磷酸钠中的至少一种。

碳黑作为发泡剂时，未反应的碳黑和液态玻璃的化学亲和力很小，几乎不被玻璃所润湿，碳黑颗粒可以集中在气液相的界面上，起到稳定泡孔的作用。

进一步优选，所述发泡剂为碳黑，所述助熔剂为碳酸钠和硼酸，原料的重量份组成如下：

碳酸钠和硼酸的配合使用，能够减少助熔剂的用量，避免对泡沫玻璃 的强度产生影响。

进一步优选，所述发泡剂为碳黑，所述助熔剂为氟硅酸钠和六偏磷酸钠，原料的重量份组成如下：

碳酸钠和硼酸的配合使用，能够减少助熔剂的用量，避免对泡沫玻璃的强度产生影响。

除了发泡以及退火之外，泡沫玻璃生产过程中，还包括其他工序，例如塑化、定型、冷却等，这些工序都可以采用现有技术中的惯用做法。

进一步优选，所述发泡的温控工艺为：以25～30℃/min的速率升温至450℃，然后以5～10℃/min的速率升温至750℃，再以2～4℃/min的升温至830～860℃，并恒温30～60分钟完成发泡。

进一步优选，所述退火的温控工艺为：以10～15℃/min的速率降温至600℃并维持3.5～4.5h，然后以1～2℃/min的速率降温至250℃，最后以1～2℃/min的速率降温至室温完成退火。

本发明提供的以泡沫玻璃废料为原料的泡沫玻璃生产工艺，能够实现泡沫玻璃废料的循环利用，降低生产成本，减少对环境的污染，同时，制备得到的泡沫玻璃具有良好的性能。

附图说明

图1为实现本发明所述的泡沫玻璃生产工艺中粉料收集过程的设备示意图；

图2为实现本发明所述的泡沫玻璃生产工艺中混料以及磨碎的设备示意图。

具体实施方式

实施例1～3

(1)将泡沫玻璃废料、发泡剂以及助熔剂混合均匀后，进行球磨，得到粉料，粉料的粒径为80μm；

利用如图1、图2所示加工设备得到粉料，工艺流程为：泡沫玻璃粉料由提升机提升至破碎机1，经初步破碎后，转移至粉碎机2，然后由传送带依次送入不同的料仓3(同一天得到的泡沫玻璃废料至少分送至两个料仓3中)，各料仓3中的泡沫玻璃废料输送至中间仓4，并在中间仓4中混合均匀， 加料仓5中用于放置发泡剂、助熔剂等辅料，中间仓4的物料以及加料仓5中的辅料共同送入球磨机6中进行磨碎，得到粉料，本发明中各实施例以及对比例均采用相同的加工设备和工艺流程。

(2)在15MPa压力下，对粉料进行模压成型，然后置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成发泡、退火等工艺，得到泡沫玻璃。

发泡的温控工艺为：以25℃/min的速率升温至450℃，然后以5℃/min的速率升温至700℃，再以2～4℃/min的升温至850℃，并恒温60分钟完成发泡。

退火的温控工艺为：以10℃/min的速率降温至600℃并维持4.5h，然后以1℃/min的速率降温至250℃，最后以0.5℃/min的速率降温至室温完成退火。

实施例4～6

(1)将泡沫玻璃废料、发泡剂以及助熔剂混合均匀后，进行球磨，得到粉料，粉料的粒径为90μm；

(2)在15MPa压力下，对粉料进行模压成型，然后置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成发泡、退火等工艺，得到泡沫玻璃。

发泡的温控工艺为：以25℃/min的速率升温至450℃，然后以5℃/min的速率升温至700℃，再以2～4℃/min的升温至850℃，并恒温60分钟完成发泡。

退火的温控工艺为：以10℃/min的速率降温至600℃并维持4.5h，然后以1℃/min的速率降温至250℃，最后以0.5℃/min的速率降温至室温完成退火。

实施例7～8

(1)将泡沫玻璃废料、发泡剂以及助熔剂混合均匀后，进行球磨，得到粉料，粉料的粒径为100μm；

(2)在15MPa压力下，对粉料进行模压成型，然后置于石墨坩埚中， 在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成发泡、退火等工艺，得到泡沫玻璃。

发泡的温控工艺为：以25℃/min的速率升温至450℃，然后以10℃/min的速率升温至750℃，再以3℃/min的升温至860℃，并恒温60分钟完成发泡。

退火的温控工艺为：以10℃/min的速率降温至600℃并维持4.5h，然后以1℃/min的速率降温至250℃，最后以1.5℃/min的速率降温至室温完成退火。

实施例9～10

(1)将泡沫玻璃废料、发泡剂以及助熔剂混合均匀后，进行球磨，得到粉料，粉料的粒径为120μm；

(2)在15MPa压力下，对粉料进行模压成型，然后置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成发泡、退火等工艺，得到泡沫玻璃。

发泡的温控工艺为：以35℃/min的速率升温至450℃，然后以10℃/min的速率升温至750℃，再以4℃/min的升温至900℃，并恒温60分钟完成发泡。

退火的温控工艺为：以15℃/min的速率降温至600℃并维持4.5h，然后以2℃/min的速率降温至250℃，最后以2℃/min的速率降温至室温完成退火。

对比例1

(1)将泡沫玻璃废料、发泡剂以及助熔剂混合均匀后，进行球磨，得到粉料，粉料的粒径为50μm；

(2)在15MPa压力下，对粉料进行模压成型，然后置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成发泡、退火等工艺，得到泡沫玻璃。

发泡的温控工艺为：以25℃/min的速率升温至450℃，然后以10℃/min的速率升温至750℃，再以3℃/min的升温至860℃，并恒温60分钟完成发 泡。

退火的温控工艺为：以10℃/min的速率降温至600℃并维持4.5h，然后以1℃/min的速率降温至250℃，最后以1.5℃/min的速率降温至室温完成退火。

对比例2

(1)将泡沫玻璃废料、发泡剂以及助熔剂混合均匀后，进行球磨，得到粉料，粉料的粒径为100μm；

(2)在15MPa压力下，对粉料进行模压成型，然后置于石墨坩埚中，在程序控温马弗炉中按照一定的温度程序进行升降温处理，完成发泡、退火等工艺，得到泡沫玻璃。

发泡的温控工艺为：以25℃/min的速率升温至450℃，然后以10℃/min的速率升温至750℃，再以5℃/min的升温至900℃，并恒温60分钟完成发泡。

退火的温控工艺为：以15℃/min的速率降温至600℃并维持4.5h，然后以3℃/min的速率降温至250℃，最后以3℃/min的速率降温至室温完成退火。

各实施例以及对比例的组分配比如表1、表2所示。

表1

表2

各实施例以及对比例的性能表征结果见表3、表4。

表3

表4

由表3、表4中结果可以看出，球磨后粉料的粒径以及发泡和退火的温度控制均会对所得泡沫玻璃性能产生影响，利用泡沫玻璃废料加工得到的泡沫玻璃具有很高的抗压强度，在平均密度以及导热系数上也能够满足泡沫玻璃的应用需求。