利用工業(yè)廢渣制備泡沫玻璃探究

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1、利用工業(yè)廢渣制備泡沫玻璃探究　　摘要本文采用礦渣、粉煤灰和廢平板玻璃為基礎(chǔ)原料，加入適量添加劑，通過燒結(jié)法制備泡沫玻璃。研究了發(fā)泡劑種類及摻量對泡沫玻璃性能的影響，并采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的試驗(yàn)手段對泡沫玻璃泡沫化進(jìn)行了優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用二氧化錳為發(fā)泡劑發(fā)泡效果好，發(fā)泡劑摻量對泡沫玻璃性能的影響較大，經(jīng)正交試驗(yàn)所得工藝參數(shù)：發(fā)泡劑MnO2摻量為3.0%，發(fā)泡溫度為960℃，發(fā)泡時(shí)間為50min。優(yōu)化條件下制備的泡沫玻璃性能優(yōu)良，孔徑大多數(shù)在2mm～3mm之間均勻分布。關(guān)鍵詞泡沫玻璃；發(fā)泡劑；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類號TH14文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號16

2、74-6708（2013）95-0067-020引言泡沫玻璃是內(nèi)部充滿無數(shù)均勻氣孔的多孔材料。氣孔約占總體積的80%～90%，氣孔大小為0.5mm～5mm7，也有小到幾微米的。它通常是以廢玻璃為主要原料，添加適量的發(fā)泡劑和助熔劑等添加劑，經(jīng)破碎、磨細(xì)和混合形成配合料，放置在模具中經(jīng)預(yù)熱、燒結(jié)、發(fā)泡、穩(wěn)泡和退火等工藝制備而成。泡沫玻璃具有表觀密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低、耐腐蝕性強(qiáng)、不燃燒、不變形、易加工和施工方便等許多特殊優(yōu)良性能，泡沫玻璃在工程中可作為保溫隔熱材料、吸聲材料、輕質(zhì)填充材料、輕質(zhì)混凝土集料和綠化用保水材料使用。1935年，法

3、國St.Gubain公司成功地研制出了泡沫玻璃，隨后，美國、前西德、等國也發(fā)表了許多有關(guān)泡沫玻璃專利和研究報(bào)告。20世紀(jì)70年代中期泡沫玻璃在我國進(jìn)行小批量生產(chǎn)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)的泡沫玻璃供不應(yīng)求，目前部分產(chǎn)品已出口國外。隨著建筑保溫節(jié)能技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，泡沫玻璃在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，這些將給泡沫玻璃的發(fā)展帶來更大的發(fā)展機(jī)遇。泡沫玻璃的原料多數(shù)采用廢棄物，如廢玻璃、粉煤灰、爐渣或天然礦物等，發(fā)泡劑可以選擇碳酸鹽或炭黑等。以廢玻璃、礦渣和粉煤灰為主要原料的泡沫玻璃對于工業(yè)廢棄物利用，節(jié)約資源和改善環(huán)境具有重要意義，是世界

4、上鼓勵(lì)發(fā)展的方向。本文以廢玻璃、礦渣和粉煤灰作為主要原材料進(jìn)行了泡沫玻璃制備的試驗(yàn)研究，并研究了發(fā)泡劑種類及摻量對泡沫玻璃性能的影響，并對泡沫玻璃泡沫化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1原材料及研究方法1.1原材料7基礎(chǔ)原料采用高爐礦渣，粉煤灰、廢玻璃；發(fā)泡劑分別采用碳酸鈣、炭黑、二氧化錳進(jìn)行研究，同時(shí)加入適量的助熔劑和穩(wěn)泡劑等。1.2研究方法1.2.1發(fā)泡劑種類及摻量對泡沫玻璃性能的影響研究1.2.2泡沫玻璃泡沫化的優(yōu)化設(shè)計(jì)由于影響泡沫玻璃性能的因素較多，不僅與添加劑的種類及其用量有關(guān)，而且與燒成的溫度制度有密切的關(guān)系。通過試驗(yàn)找出影響泡沫玻璃質(zhì)量的主要因素，

5、對制備泡沫玻璃的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。1.2.3質(zhì)量和性能評定用表觀密度、抗壓強(qiáng)度和孔徑等指標(biāo)來評定泡沫玻璃的質(zhì)量和性能。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.1發(fā)泡劑種類及摻量對泡沫玻璃性能的影響研究為保證泡沫玻璃的質(zhì)量，配合料坯體的軟化溫度應(yīng)與發(fā)泡劑生成氣體的溫度相匹配，由于在基礎(chǔ)原料中引入了礦渣和粉煤灰，從而使配合料的軟化溫度和發(fā)泡溫度升高，所以要選擇合適的發(fā)泡劑種類。本研究選取碳酸鈣、炭黑、二氧化錳進(jìn)行了對比研究，其中基礎(chǔ)原料中礦渣、粉煤灰和廢玻璃的比例分別為30%、10%和60%。三種發(fā)泡劑摻量變化對泡沫玻璃性能的影響見表1。7試驗(yàn)結(jié)果表明：以碳酸鈣為

6、發(fā)泡劑，當(dāng)碳酸鈣的摻量較大時(shí)，試樣中出現(xiàn)個(gè)別的大孔。由于玻璃體的表面張力，使得氣孔力求相互結(jié)合以減少相間界面，所以在氣孔形成過程中伴隨著氣孔間相互結(jié)合和氣體的排出。當(dāng)相鄰氣孔中的壓力逐漸相等時(shí)，相互結(jié)合的過程也隨之減弱。逸出的氣體在玻璃液相中形成氣孔，隨著氣孔直徑的逐漸擴(kuò)大，軟化狀態(tài)的玻璃體積迅速增加，當(dāng)體積達(dá)到一定值時(shí)，溫度降低從而使玻璃固化，玻璃的多孔結(jié)構(gòu)保持下來。以炭黑為發(fā)泡劑，由于礦渣和粉煤灰的大量引入，從而使得配合料的軟化溫度升高，炭黑產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w的最大量約在800℃左右，而這時(shí)配合料還未完全軟化，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體將粉料吹成大

7、孔，致使試樣異常發(fā)泡，造成試樣孔徑不均勻的現(xiàn)象。以二氧化錳為發(fā)泡劑的試樣發(fā)泡效果好，以封閉孔為主，孔徑在2mm～3mm之間均勻分布，表面有光澤。隨著發(fā)泡劑二氧化錳摻量的增加，泡沫玻璃的表觀密度變小，抗壓強(qiáng)度也隨著降低。通過以上對三種發(fā)泡劑的比較研究，碳酸鈣和炭黑的發(fā)泡效果一般，都有個(gè)別大孔的出現(xiàn)，二氧化錳的發(fā)泡效果好，孔徑均勻，因此選用MnO2進(jìn)行研究，摻量控制在2.5%～3.0%較好。2.2泡沫玻璃正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)7為了簡化實(shí)驗(yàn)，盡快找出影響泡沫玻璃性能的主要因素，減少重復(fù)性試驗(yàn)的次數(shù)，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇良好的因素水平，對泡沫玻璃泡沫化進(jìn)行

8、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。2.2.1選擇因素水平固定基礎(chǔ)原料的配比，高爐礦渣30%、粉煤灰10%和廢玻璃60%，以二氧化錳為發(fā)泡劑，助熔劑氟硅酸鈉為4.8%和硼砂