本发明涉及玻璃制备领域，具体的涉及一种利用废旧玻璃和多孔陶粒制备泡沫玻璃的方法。
背景技术：
：泡沫玻璃是一种人工制造的特殊玻璃材料，它可由定量的碎玻璃、发泡剂和添加剂等，经过粉碎混合均匀形成配合料，放入模具中，再经过预热、熔融、发泡、退火等工艺制得。商业泡沫玻璃产品的密度和气孔率分别为0.1-0.3g/cm3和85-95％。泡沫玻璃具有质轻高强、绝热保冷、防水防腐、无毒不燃、化学稳定、防虫抑菌、生态环保等许多优异的性能。同时它还兼有运输成本低、易加工安装，与水泥结合良好等商业优势。所有这些性能使得泡沫玻璃在低温隔热、管道防护、消声降噪等许多领域有着不可替代的作用。根据配合料加工的工艺制度的不同，泡沫玻璃可能有封闭的非连通孔或部分连通孔，气孔分布均匀、尺寸微小，是一种均匀的气相和固相体系。其气态的分散相分布在体积较小的分散介质(玻璃料)中。根据所用发泡剂的化学成分差异，泡沫玻璃的气相中一般含有二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、水蒸气、氧气、氮气等的一种或同时含有几气体。玻璃相的化学成分通常与原玻璃粉料的化学成分一致，结构同样为无规则网络结构，宏观性能上表现为各向同性。最初用来制备泡沫玻璃的原材料是成分经过特别设计的玻璃，特别是直接注入气体方法所采用的原材料，要求更加严格，这就注定这种方法不会得到广泛应用。现在采用的粉末烧结法则可以采用大量的回收废弃玻璃粉末等固体废物并且在较低的温度下制备泡沫玻璃产品，有时候可以完全采用废弃玻璃来加工生产。这样泡沫玻璃的制备可以通过使用各种类型的废弃玻璃来实现绿色生产，通过废弃物的回收再利用实现巨大的经济效益。为了满足某些领域对产品某些性能的特殊高要求，有时采用化学纯料作为原始玻璃料来制备特定性能的泡沫玻璃产品。可以被用来作为泡沫玻璃原材料的玻璃废弃物有平板玻璃、瓶罐玻璃、化学工业的硼酸玻璃、阴极射线管玻璃以及一些日光灯玻璃等。中国专利(200710012107.8)公开了一种采用硼泥做原料制备泡沫玻璃和锦砖双层制品的方法，具体过程为：将废玻璃破碎,按比例与脱镁硼泥混合；研磨成生料；将生料加热、淬火、干燥后研磨成玻璃粉；取定量的玻璃粉与发泡剂、助溶剂和稳泡剂混合形成泡沫玻璃层配料；取定量的玻璃粉与颜料、助熔剂混合形成锦砖层料；将锦砖层料与泡沫玻璃层料按顺序放到模具中,压制成型:经加热发泡、稳泡退火得到泡沫玻璃锦砖。本发明产品一层为泡沫玻璃相、另一层为锦砖相的双功能复合材料,它解决了泡沫玻璃因其多孔性和色彩不均匀而不能直接作为建筑装饰材料的问题,另外本发明可降低泡沫玻璃锦砖的成本,整个过程没有废弃物排放,绿化、保护环境,属于环境友好性技术。但是该方法制得的玻璃强度不够。中国专利(201810162114.4)公开了一种制备泡沫玻璃-气凝胶隔热材料的方法，具体过程为：先将碎玻璃与粉煤灰混合加入稳泡剂、发泡剂成型烘干后发泡处理制得泡沫玻璃，然后用粉煤灰和碳酸钠煅烧，煅烧后的粉末在酸溶液中搅拌制备硅溶胶,最后将泡沫玻璃基体放入容器中，抽真空后加入硅溶胶，与玻璃基体复合，随后置于烘箱中进行凝胶反应制得泡沫玻璃-湿凝胶复合体，最后老化后用三甲基氯硅烷、乙醇和环己烷的混合溶液浸泡进行表面改性、干燥，制得泡沫玻璃-气凝胶隔热材料。本发明将粉煤灰掺杂进碎玻璃中通过高温发泡制备泡沫玻璃,在降低材料制备成本的同时,实现了固体废弃物的资源化利用同时通过真空浸渍工艺将两种材料相结合,可以使得泡沫玻璃隔热效果进一步提升和使气凝胶产品获得机械强度的附加。但是该方法制得的气凝胶涂层与泡沫基体容易因结合力不够，从而导致材料的耐久性较差。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用废旧玻璃和多孔陶粒制备泡沫玻璃的方法，该方法是将多孔陶粒直接加入到泡沫玻璃制备的原材料中，依次进行配料混合、压制成型、预热、熔融、发泡、退火等工艺制得，解决了现有技术中采用涂膜法制得泡沫玻璃中易发生涂层与玻璃基体脱落的现象。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用废旧玻璃和多孔陶粒制备泡沫玻璃的方法，包括以下步骤：(1)将硝酸锰、硝酸铝溶于去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，加入尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应7-12h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将植物粉末、沸石粉、聚乙烯醇、去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将蒙脱土、氮化铝纤维、尿素和去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将多孔陶瓷置于硝酸铈水溶液中，加入尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将废旧玻璃粉、改性多孔陶粒、助熔剂、发泡剂、促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，金属离子溶液中，硝酸锰、硝酸铝的浓度分别为1.5-3.5mol/l、4.3-5.5mol/l。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，尿素溶液的质量浓度为5％，尿素与硝酸铝的摩尔比为0.24：(1.5-2.5)。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述类水滑石材料、碳化硅的质量比为(3.25-5.13)：1。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，以重量份计，植物粉末、沸石粉、聚乙烯醇、蒙脱土、氮化铝纤维、尿素的具体用量为植物粉末20-45份、沸石粉1-5份、聚乙烯醇3-7份、蒙脱土1-3份、氮化铝纤维0.5-2.5份、尿素0.1-0.4份。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述多孔陶瓷、硝酸铈、尿素的质量比为10：(0.013-0.067)：0.3。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述硝酸铈水溶液的质量浓度为13％。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述助熔剂为硼砂。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述促泡剂为硝酸钾。作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，以重量份计，各组分的用量分别为废旧玻璃粉80-100份、改性多孔陶瓷2-6份、助熔剂1-1.5份、发泡剂1-5份、促泡剂1-3份。本发明具有以下有益效果：发泡剂的种类和粒径大小对泡沫玻璃的气孔大小以及发泡效果具有一定的影响，本发明采用水热合成的方法制得类水滑石材料，尿素和与硝酸锰、硝酸铝形成均一的溶液，在一定温度下尿素分解可产生氢氧根和碳酸根与金属离子形成形貌规整、均一的纳米类水滑石材料；本发明采用纳米类水滑石材料与碳化硅作为发泡剂，纳米类水滑石材料在200℃以下会失去结晶水以及层间水分子，在300-500℃下层间结构会破坏，形成固溶体，可增强于玻璃基体，在更高温度下，会脱除层间的碳酸根，能够产生出均匀分布的气孔，气孔在泡沫玻璃中形成半连通结构。本发明以植物粉末、沸石粉、聚乙烯醇、去离子水制得球状颗粒然后在其表面包覆蒙脱土、氮化铝纤维、尿素的混合物，在一定温度下处理会形成不连通的孔状陶瓷材料，植物粉末和沸石粉在材料内部烧结后为多孔状活性炭和沸石粉复合材料，外部为多孔状氮化铝、硅铝氧化物复合材料；内层和外层的孔洞不连通，使得制得的多孔陶瓷强度大，加入到玻璃基体中可有效改善基体的隔热和力学性能。本发明在烧结前首先对坯体进行压制成型，排除混合粉末内中气体，压制后的坯体具有均一致密的熔体结构，烧结后的制品具有均匀排布的气孔，本发明有效调节烧结条件，在烧结过程中保证坯体内外相对一致的温度梯度，防止升温速率过大时使得玻璃内部形成较大的微裂纹，本发明首先在200℃下进行预处理，使得坯体的致密度得到有效提高，然后在500℃下进行恒温处理，预发泡，在玻璃体内部形成细小均匀的气泡，然后升温至更高的温度发泡，气泡逐渐变大稳固；各个烧结温度以及恒温处理的时间再泡沫玻璃体中形成半连通的稳固的均匀气泡，使得制得的泡沫玻璃抗压强度大，吸声隔热性能好。具体实施方式：为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。实施例1(1)将1.mol硝酸锰、4.3mol硝酸铝溶于1l去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，以尿素和硝酸铝摩尔比为0.24：1.5的比例加入质量浓度为5％尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应7h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅以质量比为3.25：1的比例混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将20份植物粉末、1份沸石粉、3份聚乙烯醇、5份去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将1份蒙脱土、0.5份氮化铝纤维、0.1份尿素和5份去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将10g多孔陶瓷置于0.1g质量浓度为13％的硝酸铈水溶液中，加入0.3g尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将80份废旧玻璃粉、2份改性多孔陶粒、1份助熔剂、1份发泡剂、1份促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。实施例2(1)将3.5mol硝酸锰、5.5mol硝酸铝溶于1l去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，以尿素和硝酸铝摩尔比为0.24：2.5的比例加入质量浓度为5％尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应12h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅以质量比为5.13：1的比例混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将45份植物粉末、5份沸石粉、7份聚乙烯醇、5份去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将3份蒙脱土、2.5份氮化铝纤维、0.4份尿素和5份去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将10g多孔陶瓷置于0.52g质量浓度为13％的硝酸铈水溶液中，加入0.3g尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将100份废旧玻璃粉、6份改性多孔陶粒、1.5份助熔剂、5份发泡剂、3份促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。实施例3(1)将1.7mol硝酸锰、4.5mol硝酸铝溶于1l去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，以尿素和硝酸铝摩尔比为0.24：1.7的比例加入质量浓度为5％尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应8h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅以质量比为3.55：1的比例混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将25份植物粉末、2份沸石粉、4份聚乙烯醇、5份去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将1.5份蒙脱土、0.7份氮化铝纤维、0.15份尿素和5份去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将10g多孔陶瓷置于0.15g质量浓度为13％的硝酸铈水溶液中，加入0.3g尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将85份废旧玻璃粉、3份改性多孔陶粒、1.1份助熔剂、1.5份发泡剂、1.5份促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。实施例4(1)将2mol硝酸锰、4.8mol硝酸铝溶于1l去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，以尿素和硝酸铝摩尔比为0.24：1.9的比例加入质量浓度为5％尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应9h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅以质量比为4：1的比例混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将30份植物粉末、3份沸石粉、5份聚乙烯醇、5份去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将2份蒙脱土、1份氮化铝纤维、0.2份尿素和5份去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将10g多孔陶瓷置于0.25g质量浓度为13％的硝酸铈水溶液中，加入0.3g尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将90份废旧玻璃粉、4份改性多孔陶粒、1.2份助熔剂、3份发泡剂、2份促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。实施例5(1)将2.5mol硝酸锰、5mol硝酸铝溶于1l去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，以尿素和硝酸铝摩尔比为0.24：2的比例加入质量浓度为5％尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅以质量比为4.35：1的比例混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将35份植物粉末、4份沸石粉、6份聚乙烯醇、5份去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将2份蒙脱土、2份氮化铝纤维、0.3份尿素和5份去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将10g多孔陶瓷置于0.35g质量浓度为13％的硝酸铈水溶液中，加入0.3g尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将93份废旧玻璃粉、5份改性多孔陶粒、1.3份助熔剂、4份发泡剂、3份促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。实施例6(1)将3.3mol硝酸锰、5.0mol硝酸铝溶于1l去离子水中制得金属离子溶液，并将金属离子溶液置于反应釜内，以尿素和硝酸铝摩尔比为0.24：2.3的比例加入质量浓度为5％尿素溶液，搅拌混合后，密封，在120℃下反应11h，反应结束后冷却至室温，过滤，将固体清洗后真空干燥，制得锰/铝类水滑石材料；将制得的类水滑石材料与碳化硅以质量比为5.02：1的比例混合研磨，制得发泡剂；(2)将玉米秸秆剪切粉碎、研磨制得植物粉末；将43份植物粉末、4.5份沸石粉、6份聚乙烯醇、5份去离子水混合均匀，制成球状颗粒；将2.5份蒙脱土、2份氮化铝纤维、0.35份尿素和5份去离子水混合包裹于球状颗粒表面制成坯体，将坯体置于马弗炉内首先在200℃下预烧结处理50min，然后在600℃下恒温处理1h，最后在1000℃下恒温处理30min，随炉冷却至室温，制得多孔陶瓷；将10g多孔陶瓷置于0.45g质量浓度为13％的硝酸铈水溶液中，加入0.3g尿素搅拌至尿素溶解，制得反应液，将反应液置于反应釜内120℃下反应5h，之后冷却至室温制得改性多孔陶粒；(3)将96份废旧玻璃粉、5份改性多孔陶粒、1.4份助熔剂、4.5份发泡剂、2.5份促泡剂混合研磨过筛处理后装入模具中压制成型，将坯体置于马弗炉内，首先以20℃/min的升温速率升温至200℃下恒温处理30min，然后以10℃/min的升温速率升温至500℃恒温处理30min，以5℃/min的升温速率升温至950℃恒温处理10-50min，随后以20℃/min的降温速率冷却至500℃，最后以1℃/min的降温速率降温至200℃，随后随炉冷却至室温，制得泡沫玻璃。对比例泡沫玻璃中不添加多孔陶瓷，其他制备条件和实施例6相同。性能测试1、抗压强度抗压强度是指试样受到压力作用而被破坏时的强度极限，即试样单位受压面积上承受的最大载荷。sc＝p/ssc：试样的抗压强度，mpa；p：试样破坏时受的压力值，n；s：试样的受压面积，m2。测试方法：采用北京金盛鑫检测仪器有限公司的xw型的电子万能试验机进行测试，样条的尺寸为20mm×15mm×15mm，测试条件为单轴压缩载荷，十字压头行进速度为1mm/min。测试的所有结果都代表5个相同式样测试结果的平均值。10.5mpa。2、体积密度体积密度又称表观密度、容积比重。其测量方式是选取规则形状的块状样品，测量其长、宽和高并计算出其体积v，然后称量其烘干后冷却至室温的质量m。ρv＝m/vρv：体积密度，g/cm2；m：干燥后质量，g；v：块体体积，cm3。0.353、化学稳定性(泡沫玻璃结构)测试样品盐酸溶液的中耐腐蚀能力，测试方法：称取干燥试样适量盛放在小烧杯中，记为m0，缓慢导入盐酸溶液中直至完全没过试样，用保鲜膜封住烧杯口防止溶液浓度变化；浸泡30d，取出试样并烘干，称其质量记为ma。wn＝(ms-m0)/m0×100％wn：化学稳定性，％；m0：样品腐蚀前质量，g；ms：样品腐蚀后质量，g。4、吸声性能依据国家标准gb/t18696.1-2004阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量-驻波比法测试。5、隔热性能测试方法：测试过程中，先将盛有一定量蒸馏水的烧杯置于磁力加热搅拌器上，打开磁力加热搅拌器进行加热30min，并记录烧杯中蒸馏水的温度变化，接下来在烧杯底部放置一块普通平板玻璃，重新放置一杯蒸馏水，再加热30min，测量烧杯中水的温度，最后取下烧杯及平板玻璃，放置一块同样大小，同样厚度的纤维增强泡沫玻璃重复以上测试步骤，并记录实验结果。测试结果如表1、表2所示。表1抗压强度，mpa体积密度，g/cm2化学稳定性，％吸声系数实施例111.20.35-0.0120.55实施例211.50.48-0.0150.63实施例310.90.37-0.0230.58实施例410.50.40-0.0170.55实施例511.30.42-0.0120.55实施例611.50.45-0.0110.60对比例5.20.63-0.980.19表2从上述测试结果来看，本发明制得的泡沫玻璃不仅力学性能优异，且吸声隔热性能优异。虽然已经对本发明的具体实施方案进行了描述，但是本发明的许多其他形式和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。应理解所附权利要求和本发明通常涵盖本发明真实精神和范围内的所有这些明显的形式和改变。当前第1页12