本發(fā)明屬于玻璃材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及泡沫玻璃及其制備方法，尤其是一種以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料的泡沫玻璃及其制備方法。

背景技術(shù)：

泡沫玻璃是一種具有低密度和高強度的多孔玻璃材料，具有吸聲、保溫、防水等特性。目前，泡沫玻璃的主要制備工藝是在破碎球磨后的玻璃細粉中摻加一定量的發(fā)泡劑，經(jīng)預熱，發(fā)泡，退火，制備得到性能良好的泡沫玻璃材料。

目前用于泡沫玻璃生產(chǎn)的原料主要包括(1)專門熔制的玻璃原料；(2)市場回收的廢玻璃原料；(3)固態(tài)廢棄物按傳統(tǒng)玻璃基礎(chǔ)玻璃組分要求進行成分調(diào)控、并熔制成具有適宜的軟化溫度范圍的泡沫玻璃基礎(chǔ)玻璃粉料。由于鐵離子對玻璃材料會起到強烈的著色作用，并嚴重影響玻璃的熔制和理化性能，因而在玻璃生產(chǎn)中，對鐵的含量控制要求較高，目前的泡沫玻璃生產(chǎn)過程中的原料中鐵含量都比較低。

另一方面，在許多廢棄物中，尤其是生活垃圾以及冶鐵廢渣中，鐵含量都較高。玻璃中鐵離子的存在會明顯增加玻璃的高溫粘度，不利于泡沫玻璃的制備。因此，采用現(xiàn)有技術(shù)在利用固態(tài)廢棄物制備泡沫玻璃的過程中需要增加除鐵的環(huán)節(jié)，以降低原料成分中的鐵雜質(zhì)。這就使得在廢棄物循環(huán)利用過程中增加了許多繁雜工作，也使得對一些高鐵含量的廢棄物利用率也較低。

目前已經(jīng)有部分研究工作者已經(jīng)對含鐵的廢棄物制備泡沫玻璃做了一些研究工作，如在CN102531398A中，利用含鐵量為5-10wt％的粉煤灰為原料制備泡沫玻璃，但是粉煤灰的利用率僅15-25％；在CN104788011A中以高硅鐵尾礦為主要原料，通過摻加添加劑制備得到泡沫玻璃，其氧化鐵的含量為5-10wt％，但是同時其含有的二氧化硅含量也較高，達到60-75wt％，這與常見的含鐵廢棄物中的二氧化硅含量相差較大；CN103073185A利用低二氧化硅含量的玻璃配合料制備泡沫玻璃，其氧化鐵含量為0-10wt％。但是其未能有效利用廢棄物中存在的氧化鐵，基礎(chǔ)玻璃中存在的氧化鐵反而提高了玻璃的高溫粘度，不利于發(fā)泡。

為了進一步拓寬含鐵固態(tài)廢棄物在泡沫玻璃生產(chǎn)中的應用，研發(fā)一種以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料的泡沫玻璃制備方法成為迫切的客觀需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種泡沫玻璃的制備方法，以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料，提高含鐵廢棄物在制備泡沫玻璃時的利用率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料，利用含鐵固態(tài)廢棄物中的鐵離子為主體氧化劑，以碳粉為發(fā)泡劑，并外加氧化鐵、氧化銻、二氧化錳、高錳酸鉀其中之一或多種作為輔助氧化劑，通過熱處理發(fā)泡制得所需泡沫玻璃制品。包括以下步驟：

1、以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料，通過添加硅質(zhì)、鋁質(zhì)、鈣質(zhì)原料、以及純堿、芒硝、硼砂、硼酸的一種或多種配制成玻璃配合料，混合均勻后經(jīng)高溫熔融、水淬、球磨后得到所需的基礎(chǔ)玻璃粉料，控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成，按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為45.3-58.6％；CaO+MgO為15.2-20.0％；Al₂O₃為5.6-15.1％；K₂O+Na₂O為10.4-15.0％；Fe₂O₃為2.1-6.6％；B₂O₃為0-3.0％。

2、在步驟1中制備得到的基礎(chǔ)玻璃粉料中，摻加氧化鐵、氧化銻、二氧化錳、高錳酸鉀中的一種或多種作為輔助氧化劑，其外加的氧化鐵、氧化銻、二氧化錳、高錳酸鉀的質(zhì)量數(shù)之和小于或等于基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量的3％，且基礎(chǔ)玻璃粉末中的Fe₂O₃質(zhì)量數(shù)與所述輔助氧化劑的質(zhì)量數(shù)之和為基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量的4.5-7.0％。同時摻加發(fā)泡劑碳粉的量為基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量的為2-4％，且為基礎(chǔ)玻璃粉末中的Fe₂O₃質(zhì)量數(shù)的0.5-1.5倍。

3、將步驟2得到的混合粉料經(jīng)球磨后置于模具中，在800-900℃下發(fā)泡，發(fā)泡時間為10-50min。

在硅酸鹽系統(tǒng)玻璃中，較多的鐵含量會化學溶解較多的氧氣，有如下反應：

因此，基礎(chǔ)玻璃中存在一定的鐵含量對于碳粉這類氧化還原型發(fā)泡劑是有利的。但是過多的氧化鐵會填補玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，明顯增大玻璃的高溫粘度，不利于發(fā)泡進行。本發(fā)明利用玻璃中氧化鐵對碳粉的氧化作用，調(diào)節(jié)碳粉及外加輔助氧化劑的比例，并降低玻璃中氧化鐵對玻璃高溫粘度的影響，來控制泡沫玻璃質(zhì)量。

在本發(fā)明中，用于熔制基礎(chǔ)玻璃的含鐵固態(tài)廢棄物可以是鋼渣、高爐渣、鐵礦渣、粉煤灰、垃圾灰渣、煤矸石等工業(yè)廢渣、礦渣及城市垃圾焚燒渣等的其中一種或幾種，通過添加適量其它原料，經(jīng)高溫熔制、破碎得到合適化學組成與軟化溫度范圍的基礎(chǔ)玻璃粉料。根據(jù)基礎(chǔ)玻璃組成中鐵離子含量，選擇合適量的碳粉以及Fe₂O₃、Sb₂O₃、MnO₂、KMnO₄其中之一或多種作為輔助氧化劑，制備得到性能良好的泡沫玻璃。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：在利用含鐵固態(tài)廢棄物制備泡沫玻璃時，在較高的氧化鐵含量范圍內(nèi)制備泡沫玻璃，可以極大提高這些含鐵固態(tài)廢棄物的利用率；通過調(diào)控復合發(fā)泡劑與基礎(chǔ)玻璃中鐵離子含量的比例關(guān)系，可以盡可能降低氧化鐵對玻璃制品的不良影響，從而得到性能良好的泡沫玻璃。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

實施例1

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為45.3％；CaO+MgO為17.8％；Al₂O₃為12.3％；K₂O+Na₂O為15.0％；Fe₂O₃為6.6％；B₂O₃為3.0％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的4％碳粉為發(fā)泡劑，經(jīng)混合、成型后在810℃下發(fā)泡40min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.41g/cm³，抗壓強度為6.41MPa。

實施例2

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為50.2％；CaO+MgO為17.1％；Al₂O₃為10.6％；K₂O+Na₂O為14.3％；Fe₂O₃為6.0％；B₂O₃為1.8％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.5％碳粉為發(fā)泡劑及0.5％的氧化銻為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在850℃下發(fā)泡45min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.38g/cm³，抗壓強度為5.74MPa。

實施例3

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為58.6％；CaO+MgO為18.5％；Al₂O₃為5.6％；K₂O+Na₂O為10.4％；Fe₂O₃為5.7％；B₂O₃為1.2％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.5％碳粉為發(fā)泡劑及0.6％的氧化鐵為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在800℃下發(fā)泡50min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.31g/cm³，抗壓強度為3.21MPa。

實施例4

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為55.1％；CaO+MgO為15.2％；Al₂O₃為12.8％；K₂O+Na₂O為11.5％；Fe₂O₃為5.0％；B₂O₃為0.4％；基礎(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的2.5％碳粉為發(fā)泡劑，經(jīng)混合、成型后在860℃下發(fā)泡35min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.29g/cm³，抗壓強度為2.84MPa。

實施例5

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為46.4％；CaO+MgO為17.6％；Al₂O₃為15.0％；K₂O+Na₂O為13.7％；Fe₂O₃為4.7％；B₂O₃為2.6％。基礎(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.0％碳粉為發(fā)泡劑及1.0％的高錳酸鉀為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在880℃下發(fā)泡10min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.28g/cm³，抗壓強度為2.71MPa。

實施例6

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為52.4％；CaO+MgO為20.0％；Al₂O₃為8.3％；K₂O+Na₂O為13.5％；Fe₂O₃為4.3％；B₂O₃為1.5％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.0％碳粉為發(fā)泡劑及1.3％的氧化鐵為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在870℃下發(fā)泡20min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.26g/cm³，抗壓強度為2.88MPa。

實施例7

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為56.4％；CaO+MgO為18.9％；Al₂O₃為9.8％；K₂O+Na₂O為10.8％；Fe₂O₃為4.1％；B₂O₃為0％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.0％碳粉為發(fā)泡劑及1.7％的氧化銻為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在820℃下發(fā)泡25min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.32g/cm³，抗壓強度為4.68MPa。

實施例8

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為48.5％；CaO+MgO為18.1％；Al₂O₃為15.1％；K₂O+Na₂O為12.5％；Fe₂O₃為3.6％；B₂O₃為2.2％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.0％碳粉為發(fā)泡劑及1.8％的二氧化錳為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在900℃下發(fā)泡15min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.22g/cm³，抗壓強度為1.80MPa。

實施例9

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為53.6％；CaO+MgO為19.4％；Al₂O₃為9.1％；K₂O+Na₂O為12.9％；Fe₂O₃為2.5％；B₂O₃為2.5％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的2.0％碳粉為發(fā)泡劑及2.0％的氧化鐵為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在860℃下發(fā)泡20min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.27g/cm³，抗壓強度為2.71MPa。

實施例10

在以含鐵固態(tài)廢棄物為主要原料熔制含鐵離子基礎(chǔ)玻璃時，按表1控制基礎(chǔ)玻璃的化學組成按質(zhì)量百分含量計：SiO₂為54.3％；CaO+MgO為16.0％；Al₂O₃為13.2％；K₂O+Na₂O為13.4％；Fe₂O₃為2.1％；B₂O₃為1.0％?；A(chǔ)玻璃經(jīng)熔制、破碎、球磨、篩分后摻加基礎(chǔ)玻璃粉末質(zhì)量數(shù)的3.1％碳粉為發(fā)泡劑及2.6％的氧化鐵為輔助氧化劑，經(jīng)混合、成型后在830℃下發(fā)泡25min，經(jīng)退火后得到泡沫玻璃制品，其體積密度為0.25g/cm³，抗壓強度為2.35MPa。

表1本發(fā)明各實施例組分及含量對照表

綜上所述，本發(fā)明提出了一種以含鐵固態(tài)廢棄物中的氧化鐵為主體氧化劑，碳粉為發(fā)泡劑并添加一些輔助氧化劑的泡沫玻璃制備工藝，充分利用含鐵固態(tài)廢棄物中的可變價鐵離子，提供一種具有較高鐵含量、同時又能保證產(chǎn)品質(zhì)量的泡沫玻璃配方，適用于以工業(yè)廢渣、礦渣、城市生活垃圾等為主要原料進行泡沫玻璃生產(chǎn)。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。