本發(fā)明涉及一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，具體涉及以富含天然有機(jī)質(zhì)的多孔硅藻土為混合料制備高吸音、高隔熱且輕質(zhì)的泡沫玻璃的方法。

背景技術(shù)：

1、硅藻土是是海洋或湖泊中生長(zhǎng)的硅藻類殘骸沉積而成，具有天然的多孔結(jié)構(gòu)。其化學(xué)成分主要是sio2，還含有少量的al2o3、fe2o3、cao、mgo等。其內(nèi)部具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，廣泛用于過(guò)濾劑、功能填料、隔熱隔音材料。

2、天然產(chǎn)出的硅藻土一般都會(huì)含有一定量的生物質(zhì)。由于成礦的地質(zhì)歷史條件差異較大，我國(guó)云南等地產(chǎn)出的硅藻土，其生物質(zhì)殘余量通常較高(可超過(guò)15wt％)。而這些殘余有機(jī)質(zhì)中的碳含量很高，會(huì)對(duì)制品的呈色以及與水泥的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，因此在絕大部分應(yīng)用領(lǐng)域中對(duì)硅藻土的燒失量有較為嚴(yán)格要求，典型的為不超過(guò)10wt％。這就意味著，高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土(燒失量超過(guò)10wt％)需要事先高溫煅燒去除有機(jī)質(zhì)后方可使用，由此會(huì)帶來(lái)高能耗、空氣污染、成本升高等一系列問題，因此高有機(jī)質(zhì)含量的硅藻土是通常意義上的劣質(zhì)硅藻土，一直難以開發(fā)利用。但是，在高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土中，依然保持著豐富的孔道結(jié)構(gòu)和優(yōu)秀的物理化學(xué)穩(wěn)定性，因此有必要從含碳組分變廢為寶的角度，開拓適合高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土的全新的開發(fā)利用方式。

3、泡沫玻璃又稱多孔玻璃或發(fā)泡玻璃，是一種氣孔率在80％以上，由均勻的氣孔組成的無(wú)機(jī)隔熱玻璃。泡沫玻璃材料克服了珍珠巖、輕質(zhì)碳酸鈣、泡沫塑料、軟木等有機(jī)、無(wú)機(jī)保溫材料存在的種種缺陷，在性價(jià)比方面具有較大優(yōu)勢(shì)。它是兼具防火、保溫、減噪功能的優(yōu)質(zhì)建筑材料，特別適于建造高層住宅外墻、大型廠房墻體、高速公路隔音帶等。目前，制約泡沫玻璃制品大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙是成本偏高。因?yàn)橹圃炫菽ＡУ陌l(fā)泡劑主要是碳酸鈣粉、碳粉、碳化硅等，這些發(fā)泡劑需要被事先粉磨到超細(xì)的程度(使粒徑達(dá)到微米級(jí))才能實(shí)現(xiàn)坯體快速、均勻的發(fā)泡，導(dǎo)致原料成本一直居高不下。此外，采用廢棄玻璃粉磨后生產(chǎn)泡沫玻璃可以降低一部分原料成本，但是由于廢玻璃組分差異較大，難以在發(fā)泡過(guò)程中精確控制孔壁尺寸和孔道結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在傳統(tǒng)的發(fā)泡工藝下難以以廢玻璃為原料生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的泡沫玻璃。

4、高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土中富含的碳組分在高溫還原氣氛條件下，能夠生成表面活性很高的富炭微納米粒子，如果能用其替代一部分碳粉發(fā)泡劑，將顯著降低制品的原料成本。而且，硅藻土自身的多孔結(jié)構(gòu)，也能夠?yàn)榕菽Ａ峁└S富的微米級(jí)孔道結(jié)構(gòu)，從而有效提升其力學(xué)性能和吸音性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土難以利用、以及利用廢棄玻璃制造泡沫玻璃品質(zhì)不高的問題，本發(fā)明提供了一種低成本制備高品質(zhì)的泡沫玻璃的方法，充分利用了高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土表面富含的生物質(zhì)作為微納米炭造孔劑，并且采用硅藻土自身的多孔骨架結(jié)構(gòu)在泡沫玻璃中形成毫米-微米-納米的多級(jí)孔道，同時(shí)依托硅藻盤可靠的力學(xué)性能，從多個(gè)角度充分保障了泡沫玻璃制品的質(zhì)量。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

3、一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，包括以下步驟：

4、(1)將燒失量≥15wt％的高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土經(jīng)過(guò)破碎、濕法粉磨，獲得含固量在10～55wt％的均勻分散的硅藻土漿料；(這里的燒失量是指：在110℃烘干失去外在水分的原料，在800±30℃的高溫條件下灼燒足夠長(zhǎng)的時(shí)間后失去的質(zhì)量占原始樣品質(zhì)量的百分比。)

5、(2)將廢棄玻璃經(jīng)過(guò)破碎、粉磨、過(guò)篩，獲得細(xì)度達(dá)到200目的玻璃粉；

6、(3)將硅藻土漿料、玻璃粉、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡劑按一定比例混合均勻得到混合料，在混合料中各組分的質(zhì)量百分比范圍為：玻璃粉70％～80％、硅藻土15％～25％、發(fā)泡劑1％～2％、穩(wěn)泡劑4％～8％；

7、(4)將混合料注入模具中，在80～120℃干燥成形，脫模獲得坯體；

8、(5)將坯體置于高溫爐中，快速升溫至850～950℃，并在此溫度下保溫發(fā)泡60～120min，隨后在520～570℃退火足夠長(zhǎng)時(shí)間，緩慢冷卻后獲得成品；

9、所述步驟(1)中的硅藻土為純度≥80wt％的硅藻土(純度以硅藻殼體的質(zhì)量占其高溫除碳灼燒品總質(zhì)量的百分含量計(jì))。

10、進(jìn)一步地，所述步驟(2)中的廢玻璃為建筑廢棄玻璃、玻璃工業(yè)生產(chǎn)中的邊角料玻璃等。

11、進(jìn)一步地，步驟(3)中所述的發(fā)泡劑為碳粉，且平均粒徑≤50微米。

12、進(jìn)一步地，步驟(3)中所述的穩(wěn)泡劑為磷酸三鈉、三聚磷酸鉀中的一種或兩種。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

14、本發(fā)明采用高有機(jī)質(zhì)含量的硅藻土作為復(fù)合成孔原料，其高熔點(diǎn)、多孔的性質(zhì)保證了它可以在發(fā)泡過(guò)程中復(fù)合在泡沫玻璃的孔道內(nèi)部，從而有效地構(gòu)建毫米-微米-納米多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)能夠顯著提升泡沫玻璃的吸音系數(shù)。同時(shí)，其內(nèi)部所富含的有機(jī)質(zhì)在高溫碳化的條件下又形成了納米級(jí)炭粒充當(dāng)發(fā)泡劑，與體系中原有的碳粉配合發(fā)泡，不僅降低了發(fā)泡劑的用量，也促進(jìn)了微米、納米級(jí)孔的形成，使得使用廢棄玻璃原料獲得毫米-微米-納米多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)的成功率明顯提升。此外，硅藻土自身的高溫穩(wěn)定性和可靠的硅藻盤力學(xué)性能，也為薄壁型泡沫玻璃獲得理想的力學(xué)性能提供了可靠保障。

15、本發(fā)明是在對(duì)高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土中生物質(zhì)與礦物組分在高溫條件下的相互作用研究基礎(chǔ)上開發(fā)而成的。該方法充分利用了原土中的生物質(zhì)碳前驅(qū)體和硅藻土本身穩(wěn)固的多孔結(jié)構(gòu)，使其在合適的工藝條件下與廢棄玻璃的循環(huán)利用相結(jié)合，制造出性能遠(yuǎn)優(yōu)于ii型泡沫玻璃(jc/t?647中以廢棄玻璃為原料制造的泡沫玻璃型號(hào))的泡沫玻璃制品。該方法可實(shí)現(xiàn)廢棄玻璃的有效利用，并顯著降低了原料成本，部分粉磨工藝采用濕法進(jìn)行，明顯降低了生產(chǎn)過(guò)程的粉塵污染，且產(chǎn)品發(fā)泡均勻、力學(xué)性能和吸音性能好，設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單，使用傳統(tǒng)的泡沫玻璃設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有突出的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

技術(shù)特征：

1.一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，其特征在于，包括以下步驟：將燒失量≥15wt％且純度≥80wt％的高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土經(jīng)過(guò)破碎、粉磨后，與細(xì)度達(dá)到或優(yōu)于200目的玻璃粉、少量發(fā)泡劑、適量穩(wěn)泡劑混合并粉磨均勻得到混合料，使得混合中各組分的質(zhì)量百分比控制在玻璃粉70～80％、硅藻土15％～25％、發(fā)泡劑1％～2％、穩(wěn)泡劑4％～8％的范圍；所述的混合料成型后，置于高溫爐中，快速升溫至850～950℃保溫適當(dāng)時(shí)間以實(shí)現(xiàn)充分發(fā)泡，而后經(jīng)過(guò)適當(dāng)退火處理后得到成品，成品切除表面后可按照需求進(jìn)一步切割為所需要的尺寸，得到所需的泡沫玻璃產(chǎn)品。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述的硅藻土為高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土，且純度達(dá)到優(yōu)質(zhì)硅藻土的水平。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述的玻璃粉為廢棄玻璃粉磨而成，廢玻璃指的是建筑的廢棄玻璃或玻璃工業(yè)生產(chǎn)中的邊角料玻璃等。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述的發(fā)泡劑為碳粉，且平均粒徑≤50微米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，其特征在于，所述的穩(wěn)泡劑為磷酸三鈉、三聚磷酸鉀中的一種或兩種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土制備泡沫玻璃的方法，具體涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。其目的在于利用高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土中豐富的殘余有機(jī)質(zhì)作為天然造孔劑，利用硅藻土藻盤的多孔結(jié)構(gòu)，獲得較高品質(zhì)泡沫玻璃。本發(fā)明制備泡沫玻璃的步驟如下：(1)將廢棄玻璃和硅藻土分別粉磨至一定細(xì)度水平；(2)將玻璃粉、硅藻土、少量發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑按一定比例混合均勻；(3)混合料成形；(4)燒制發(fā)泡，隨后按一定溫度梯度退火。本發(fā)明原料成本低、工藝簡(jiǎn)單、適宜批量生產(chǎn)，它解決了廢棄玻璃和低品位高有機(jī)質(zhì)含量硅藻土未能充分利用的難題，且得到的發(fā)泡玻璃品質(zhì)優(yōu)異，有較高的孔隙率、吸音系數(shù)，質(zhì)地堅(jiān)固，是良好的保溫、吸音、防火材料。

技術(shù)研發(fā)人員：李芳菲,李雨函,周歡,黃華,盧淼,杜斯穎,董子瑜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17