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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

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(hù)環(huán)境，符合建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)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(jié)空心磚、代替黏土生產(chǎn)水泥以及生產(chǎn)結(jié)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(bào)道，如：北京科技大學(xué)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(jié)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(jié)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(gè)新的方向，不僅有經(jīng)濟(jì)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(zhì)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(jié)法，燒結(jié)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(jìn)劑等,經(jīng)過細(xì)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(yù)熱、燒結(jié)、發(fā)泡、退火等工藝制備玻璃，由于玻璃粉燒結(jié)過程通常會(huì)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(diǎn)：過程復(fù)雜，工作量很大；需要特制耐高溫和抗急冷的模具；退火時(shí)間長；制品燒成后需再加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)將各原料直接制成塊體玻璃，塊體玻璃無需粉碎直接進(jìn)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(shù)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(jì)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(bǔ)充至所需含量。在選擇原料用量時(shí)，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(jì)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(jī)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(duì)塊體玻璃直接進(jìn)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(dāng)保溫0h時(shí),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(jié)，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(zhì)穩(wěn)定，具有很好的應(yīng)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(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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(shí)現(xiàn)了廢物利用，變廢為寶，在節(jié)約資源的同時(shí)達(dá)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(shí)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(zhì)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(zhì)高強(qiáng)建筑材料和裝飾材料，可在建筑領(lǐng)域廣泛推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1 實(shí)施例1所得玻璃樣品的截面圖。

圖2實(shí)施例1所得玻璃樣品的XRD圖。

具體實(shí)施方式

下面，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的解釋和說明，應(yīng)該明白的是，下述說明只是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。

本發(fā)明各原料均可以在市場中買到，下述實(shí)施例中，所用各原料的主要化學(xué)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(shí)施例1

泡沫微晶玻璃的制備方法如下：

1、設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)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(jī)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(jìn)行熱處理，熱處理后停止加熱，冷卻至室溫得玻璃產(chǎn)品。

實(shí)驗(yàn)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(shí)間優(yōu)選2h。熱處理溫度為800℃時(shí)，玻璃內(nèi)部幾乎無氣泡形成，在900-1100℃范圍內(nèi)時(shí)，隨著溫度的升高，玻璃內(nèi)部的氣泡量成升高趨勢(shì)。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(dāng)溫度為800℃時(shí)，玻璃內(nèi)部的氣泡幾乎沒有；當(dāng)溫度升到900℃時(shí)，玻璃內(nèi)部出現(xiàn)氣泡，且內(nèi)部變暗；當(dāng)溫度升到1000℃時(shí)，玻璃表面開始發(fā)白，內(nèi)部出現(xiàn)更多氣泡，體積變大；當(dāng)溫度升到1100℃時(shí)，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(dāng)溫度升到1200℃時(shí)，玻璃失去其形狀，攤成一個(gè)由大量白色氣泡組成的物質(zhì)。

采用煮沸法檢測1000℃、1100℃、1200℃三個(gè)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(jì)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(yàn)證，樣品主晶相為堇青石（Al₄Mg₂O₁₈Si₅），還有部分玻璃相，見圖2。

實(shí)施例2

泡沫微晶玻璃的制備方法如下：

1、設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)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(jī)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(yàn)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(shí)施例3

按照實(shí)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(yàn)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(shí)施例4

按照實(shí)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(yàn)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(duì)比例1

按照實(shí)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。