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    v空心玻璃微珠的制備及性能研究

    日期:2021年05月09日 編輯:ad201107111759308692 作者:無憂論文網 點擊次數:71
    論文價格:150元/篇 論文編號:lw202104281033279932 論文字數:35066 所屬欄目:土木工程論文
    論文地區:中國 論文語種:中文 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis

    本文是一篇土木工程論文,本實驗以廢棄玻璃為原料,利用一種制備空心陶瓷微珠的方法與裝置制備空心玻璃微珠,首先對微珠成球機理進行了分析、其次研究了不同種類及含量的發泡劑、不同粒徑粒、燃燒溫度、送料風速、下料速度對微珠性能的影響,并對微珠內部缺陷進行了分析,再次加入不同含量的活性物質粉煤灰、不同種類的澄清劑以提高微珠的性能。


    第 1 章 緒論


    1.1 廢棄玻璃

    1.1.1 廢棄玻璃概述

    廢棄玻璃具有不導電、熔點高、透明性強、不易降解的特性,成為廢棄物中難以處理的一類產品,工業使用及日常生活使用的玻璃制品是其主要來源,其中工業使用的玻璃主要分為平板玻璃和纖維玻璃,日常生活使用的玻璃體積較小,如酒瓶、玻璃窗等。整體來看,我國玻璃制品的回收利用量在2016年達到860萬噸,整體回收率小于18%,與歐洲一些發達國家的廢棄玻璃的回收利用率相比仍有較大差距[1-2]。由于玻璃的組成成分相對的穩定,通過自然降解的方式降解時間可達千年;通過焚燒的方式,不能使玻璃燃燒,且污染大氣;通過填埋會污染土地資源,破壞生態平衡,因此在回收利用的基礎上處理廢棄玻璃,并且使其經濟效益發揮到最大成為工業所需解決的問題[3]。

    1.1.2 工業廢玻璃的回收及利用

    自 20 世紀 70 年代以來,發達國家便開始意識到廢棄玻璃的回收與利用問題,在政策上,制定了專門的法律法規和成立管理部門進行約束,工業上,研究并開發出一系列較為先進的生產設備,構造了較為完備的回收玻璃體系[4],我國目前對廢棄玻璃的回收與利用仍發展較慢,具體表現在,廢棄玻璃的制造量要遠超過廢玻璃的回收與利用量,我國至今廢棄玻璃回收率僅為 11.8%,國際回收利用率的平均水平為 50 %,因此我國對廢棄玻璃的回收利用處于較低水平。從市場角度分析,我國對于廢棄玻璃的回收利用存在巨大的缺口,目前我國對于廢棄玻璃的回收與利用的方式上較多,主要分為以下幾類:(1)將玻璃作為填料進行使用。(2)通過不同技術手段,制備玻璃新產品。(3)對原有玻璃進行清潔,重復使用[5-6]。

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    1.2 玻璃微珠

    1.2.1 玻璃微珠概述玻璃微珠是一種新型微米級材料,根據國內外目前的研究近況,玻璃微珠按照結構可以分為三類,包括實心球體、多孔球體及空心球體[9],西方發達國家在上世紀的 50~60 年代開始研制,我國對于玻璃微珠的研究大約是在上世紀 70 年代末開始的,要落后于國外所制備出的玻璃微珠的性能[7-8]??招牟A⒅榫哂袩釋实?、熱穩定性強、質輕、強度高、耐腐蝕等優良性質??梢詫⒖招牟A⒅閾饺氲缴皾{之中,作為填料生產出高保溫性的砂漿材料,也可以利用其自身所帶有的微量元素(N、P、K),用于農業的肥料[10-12]。

    空心玻璃微珠具有低密高強、低導熱系數、高化學穩定性的特點[13],較其他材料相比,因良好的物理和化學性能而成為一種新型的硅酸鹽材料[14]??招牟A⒅樵谔畛洳牧?、化學化工、建筑工程等領域具有巨大的發展空間[15],只有直徑在 0.8 mm 以下的才能稱為微珠,直徑大于 0.8 mm 的稱為細珠[16]。不同粒級的玻璃微珠性能差異較大,因此可以應用于不同的工業領域[17]。

    目前對于玻璃微珠的工業生產,工業上主要有四種方法:粉末法、液滴法、噴射造粒法和溶膠凝膠法[18],所形成的微珠有三種結構:空心微珠,實心微珠以及多孔微珠。市場上的玻璃微珠主要有人工合成以及電廠的粉煤灰微珠經不同方式分選(浮選、磁選、摩擦電選、風選)得到[19]。制備空心玻璃微珠的方法有很多,本課題采用噴霧造粒法制備空心玻璃微珠,噴霧造粒法的原材料控制比較嚴格,但是具有生產工藝的流程比較簡單,成球率高、成本低、污染小的優點。這種生產工藝在國內應用比較普遍,通過這種方法制備出高漂浮率的玻璃微珠,與其他方法相比,噴霧造粒法具有節省原料、成本低、污染小、可循環利用的特點,能夠給經濟、環境及社會帶來較大的效益。

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    第 2 章 實驗內容及表征方法


    2.1 實驗藥品及儀器

    2.1.1 實驗藥品

    實驗中所用的玻璃粉體為工業所用廢棄平板玻璃經破碎機破碎、球磨得到。利用激光粒度儀測得到粒度分布為 D50=29.8 μm。經 X 射線熒光光譜儀(XRF)測定玻璃粉體化學組成,成分如表 2-1:

    表 2-1 玻璃粉體的化學組成

    本實驗所用其他試劑的樣品信息見表 2-2。其中二氧化鈰、復合澄清劑、硫酸鈣、硫酸鈉為玻璃澄清劑。粉煤灰為外加活性礦物,粒度分布為 D50=5.1 μm,聚乙烯醇縮甲醛為分散劑,A 和 B 分別為發泡劑。

    表 2-2 實驗原料

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    2.2 玻璃微珠樣品的制備

    本實驗將工業廢棄玻璃經破碎及球磨工藝得到直徑 D50 為數十微米的玻璃粉體,利用一種制備空心陶瓷微珠的方法與裝置[86]首先制備出微珠坯體,然后通過高溫火焰快速燃燒制備空心玻璃微珠。

    坯體制備的過程是,將水、玻璃粉體、分散劑混合球磨 10h,加入發泡劑(A和 B),再通過攪拌機攪拌 1h 后,得到穩定的泡沫漿料。通過泵送技術將漿料送至噴霧干燥塔干燥(離心霧化盤轉速 50 m/s、進風口溫度 200 °C、出風口溫度100 °C),收集得到分散性好的玻璃微珠坯體。

    微珠制備過程為,利用自制的高溫燃燒爐,設計了 800°C、850°C、900°C、950 °C 四種溫度參數進行煅燒試驗,所制備出的微珠經漂浮率測試,選取漂浮率最高的一組作為微珠樣品最佳的制備條件。玻璃坯體制備工藝簡圖及制備工藝流程圖,如圖 2-1 和圖 2-2:

    圖 2-2 玻璃微珠制備工藝流程圖

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    第 3 章 空心玻璃微珠的制備及性能影響因素研究.........................15

    3.1 引言............................ 15

    3.2 微珠爐內成球過程分析............................. 15

    第 4 章 空心微珠性能改進研究.......................38

    4.1 坯體的制備........................ 38

    4.2 空心微珠的制備.......................... 41


    第 4 章 空心微珠性能改進研究


    4.1 坯體的制備

    考慮到理論計算與實際生產經驗,選取玻璃粉與粉煤灰進行初步探索試驗,具體條件為:發泡劑質量分數為 1.5 % ;粉煤灰添加量為 10 %、20 %、30 %、40 %(質量分數);燃燒溫度為 850 °C,設計五種送料風速(1.4 m/s、1.6 m/s、1.8m/s、2.0 m/s、2.2 m/s)。得到 4 種坯體及 4×5=20 種微珠樣品。對 20 種樣品進行漂浮率及真密度進行研究,分析最佳樣品形成的原因,以確定最佳粉煤灰添加量。其中粉煤灰的元素成分和粉煤灰制備漿料的粒度分布分別見表 4-1 和表 4-2,噴霧干燥機參數設定如表 4-3。

    表 4-1 粉煤灰元素組成

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    結論

    在實際生產與應用過程中,空心微珠具有優異的性能。本實驗以廢棄玻璃為原料,利用一種制備空心陶瓷微珠的方法與裝置制備空心玻璃微珠,首先對微珠成球機理進行了分析、其次研究了不同種類及含量的發泡劑、不同粒徑粒、燃燒溫度、送料風速、下料速度對微珠性能的影響,并對微珠內部缺陷進行了分析,再次加入不同含量的活性物質粉煤灰、不同種類的澄清劑以提高微珠的性能。得到結論如下:

    (1)發泡劑的種類對微珠性能的影響較大,由于微珠粒徑分布較大,利用復合型發泡劑有利于微珠的空心化,提高微珠的漂浮率。

    (2)當燃燒溫度為 850 °C、送料風速為 1.6 m/s、下料速度 40 g/min 時,微珠的漂浮率最高為 93 %,水等靜壓在 30 MPa 后的漂浮率為 11.4 %,真密度為0.75 g/cm3、堆積密度為0.43g/cm3,其中通過浮選后,微珠的真密度為0.54g/cm3、堆積密度為 0.25 g/cm3。

    (3)加入活性物質粉煤灰能夠較大程度提高微珠的漂浮率與抗壓強度,通過正交試驗,粉煤灰添加量為 3 %、燃燒溫度為 850 °C、送料風速為 1.4 m/s 時微珠漂浮率達到 99.5%,水等靜壓在 30MPa 后的漂浮率為 21%。當加入 2%復合型玻璃澄清劑時,微珠真密度為 0.65 g/cm3,堆積密度為 0.28 g/cm3,30 MPa 下微珠的漂浮率達到 25 %,通過浮選與粒徑篩選,粒徑為 80~120 μm 的微珠出現較多中空薄壁的高性能玻璃微珠。

    參考文獻(略)

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