专利名称：利用废显像管生产泡沫玻璃的方法
技术领域：
一种利用废显像管生产泡沫玻璃的方法属于制备泡沫玻璃技术领域。
背景技术：
中国是家用电器的生产、消费大国，目前已经进入了电视机和电脑更新换代的高峰期，每年将淘汰量将达550万台以上，占整机重量55～65wt％的显像管玻璃急需找到合适的资源化解决办法。
对于利用废显像管研制生产泡沫玻璃材料的工作在国内外鲜有报道，在DE 19702560A1中曾经介绍了利用一些阴极射线管生产泡沫玻璃颗粒的生产方法，本发明工作主要原料为报废电脑和电视机的显像管玻璃，并且其产品形式为板块状制品。而且该专利的工艺和本发明明显不同，在DE 19702560A1中主要是利用阴极射线管玻璃部分，将其粉碎添加发泡剂及助剂和粘接剂，加入水，进行混练，通过挤压造粒，然后在回转窑中烧制颗粒状泡沫玻璃，主要用于轻质建筑隔热材料的骨料。
以废显像管作为生产泡沫玻璃的原料，显像管是几种玻璃的集合体，它在结构上是由三部分组成的，它们是管屏、管锥和管颈，如图1所示，我国显像管玻璃成分及含量见表1，表2为各国生产各种规格显像管的质量及质量分布关系，一般管颈是焊接在管锥上，其质量很小，可以将其质量计入管锥质量内。表3罗列了显像管的管屏和管锥化学成分质量表，由于本发明所采用原料玻璃混合物，即在玻璃粉中含有三种玻璃成分(管屏、管锥、管颈)，并且管颈附着在管锥上，它们成分相近并且其质量很小，因此把其质量计入管锥中，根据不同尺寸规格的显像管的管屏和管锥的质量分布规律大约为65％∶35％，所以可以推算出利用显像管研磨的玻璃粉中的化学成分质量关系，即将管屏化学成分×65％+管锥化学成分×35％，最终得出研磨后的玻璃粉的化学成分质量分布关系。
发明内容
本发明以废显像管为原料研制泡沫玻璃，可以有效地降低泡沫玻璃的生产成本，保护环境，变废为宝，具有明显的经济效益和环保效益。
显像管由三种不同成分的玻璃构成，对于每部分玻璃单独利用生产建筑泡沫玻璃是具有可行性的，但是对于废显像管拆解分割工作很不方便，因此，本发明根据表1、表2，基本可以看出管屏和管锥(含管颈)质量分布关系大约为65wt％∶35wt％。加之各生产厂所生产的管屏和管锥玻璃成分相近，因此，对废显像管不再进行拆解分割，利用每部分进行泡沫玻璃生产，本发明通过整体利用废显像管生产泡沫玻璃是可行的，并且减少了显像管的拆解分割费用。
本发明的思路为将剥离出来的废显像管进行破碎，清洗、干燥、研磨，添加发泡剂和各种助剂形成泡沫玻璃配合料，将配合料放入到模具中，然后将模具加热，加热过程分为预热、发泡、稳泡和退火四个阶段，烧成温度曲线见图2。
本发明提供了一种利用废显像管生产泡沫玻璃的方法，其特征在于，它包括以下步骤(1)将废显像管剥离出来，进行破碎，研磨显像管玻璃粉至粒度为140～240目；(2)将重量百分比为90～96％的上述显像管玻璃粉，以及1～2％的炭黑，0.5～2％的焦炭粉，1.5～4％的硼砂，1～2％的氧化锌装入模具后按照以下烧成制度烧成；(3)预热阶段，升温速度在20～30℃/min，在500～600℃进行恒温预热20～30min；(4)保温发泡阶段，温度范围770～850℃，恒温时间为30～50min；(5)快速降温阶段，冷却速度为20～30℃/min，冷却至500～520℃，恒温45～60min；(6)缓慢降温退火阶段，降温速度为0.5～1.5℃/min，退火至100℃以下得泡沫玻璃。
本发明要求粉碎玻璃的粒度在160～240目为最佳粒径范围。颗粒太粗，例如100目废显像管玻璃粒度，其膨胀性太差，不容易烧制成合格的泡沫玻璃；颗粒太细，如325目，则发泡剂不容易混合均匀，而且粉磨时动力消耗太大，因此研磨至适中玻璃粒度有利于泡沫玻璃的发泡质量和节能。
另外本发明中的原料体系为三部分玻璃(管屏和管锥及管颈)混合而成，每部分的化学成分各不相同，因而存在一定的性质差别，对于生产泡沫玻璃而言，主要考虑温度与粘度变化关系，普遍考虑以软化点温度作为生产泡沫玻璃基本参考温度点，即生产闭孔泡沫玻璃，要保证玻璃处于合理的粘度范围，能够使发泡剂在该温度下可以氧化或分解，同时所产生的气体压力，能够被软化的玻璃所包容，形成封闭气孔的结构。
通过分别测定管屏和管锥软化点，其分别为670℃和700℃，因此显像管粉碎后的软化温度范围在670～700℃内。
本发明所采用的发泡剂为复合发泡剂，主要是低挥发分的炭黑和焦炭粉。其原因主要由于原料体系为多元玻璃构成，其没有固定软化点，只存在相应的软化范围，即670～700℃，单独采用一种发泡剂，很难生产密度小，且气孔结构均匀的泡沫玻璃。
本发明中对发泡剂粒度有一定要求，应该保证炭黑和焦炭粉140～200目范围，过细使之很难混合均匀，易造成泡沫玻璃结构上的不均匀性。过粗会导致气泡尺寸大，同时泡壁会很厚，导致密度上升。
本发明所采用助剂主要为硼砂和氧化锌。其作用分别为硼砂作用有(1)助熔作用，硼砂中含有一定量的Na2O，其有助于玻璃体熔融，从而降低泡沫玻璃的发泡温度，随着硼砂的加入量从0～4％的递增，最佳发泡温度从800℃降到738℃，虽然发泡温度得以大幅降低，但是由于过多地加入硼砂后，其气泡结构变差，有连通气孔出现，吸水率上升，密度又开始增加，因此硼砂的合理添加量在1.5～4％；(2)稳定气泡结构，由于硼砂中带入B2O3，其在高温时增强玻璃网络结构体的作用，会使玻璃在高温时粘度增加而表面张力下降，粘度的增大保证气泡不易破裂，减少连通孔的出现，而表面张力的下降会使气泡增大，泡壁变薄。因此合适掺加硼砂将有利于泡沫玻璃质量。
氧化锌作用在于给发泡剂炭黑和焦炭粉提供氧，保证产生大量的二氧化碳，即反应为。
本发明适合生产板块状产品，但是对于其烧成制度要求较高，具体到烧成曲线大致分为四个阶段(1)升温预热阶段，升温速度在20～30℃/min，在500～600℃进行恒温预热20～30min，目的在于使配合料充分预热，减少由于升温速度过快，导致配合料整体温差；(2)保温发泡阶段，根据本发明所用原料及助剂其发泡温度范围770～850℃，恒温时间为30～50min；(3)快速降温阶段，目的在于使已发泡的熔融玻璃体快速冷却，使之泡孔结构固定下来，减少熔体收缩变形。冷却速度为20～30℃/min，冷却至500～520℃；恒温45～60min；恒温作用主要考虑使块状体内外温度均匀，为进入退火阶段作好准备；(4)缓慢降温退火阶段，降温速度为0.5～1.5℃/min，该阶段主要作用在于解除因快速降温带来的热应力，使泡沫玻璃制品具有良好的机械性能。
本发明具有资源再利用特点，制备的泡沫玻璃可广泛用于石油、化工、冷藏、建筑、国防等领域，特别适用于化工管道、石油储罐及煤气、热力管线的防腐保温工程。
图1显像管基本构造2泡沫玻璃烧成温度曲线具体实施方式
本发明泡沫玻璃生产过程中采用连续性加热设备发泡炉和退火炉均为隧道式结构。
本发明是采用1Cr18Ni9Ti耐热钢作为模具，模具尺寸为长宽高＝600～750×500～650×150～250mm。置入组装式耐热钢模具，耐热钢板厚度2～3mm。
本发明在泡沫玻璃生产中，对于装入模具内干粉状配合料，要求达到模具高度的25～40％，并且对粉状配合料进行摊平，然后用平板压制一下，目的主要在于解决布料均匀，压制后的配合料密实，有利于热量传递，减少加热过程中配合料内外温差，能够生产出发泡均匀的泡沫玻璃产品。
对于废电脑和废电视机，首先是将其废显像管剥离出来，除去电子枪等废玻璃部分的元器件，玻璃表面经过简单清理，去除荧光涂层材料和栅网，进行锤击破碎，然后投入球磨机中进行研磨粉碎，所采用方法为干法球磨，保证粉碎的玻璃粒度过140～240目筛。
实施例1将过筛200目的显像管玻璃粉94wt％，炭黑1.5wt％，焦炭粉0.5wt％，硼砂2wt％，氧化锌2wt％的配合料，装入模具后按照以下烧成制度烧成；开始以20℃/min的速度升温到600℃，恒温30min，继续升温到达800℃，恒温50min，然后按30℃/min速度冷却到500℃，恒温60min最后以0.75℃/min速度退火至100℃出炉。泡沫玻璃毛坯发泡效果良好，毛坯无开裂。
产品性能表观密度166kg/m3；平均泡径2.1mm；体积吸水率0.45vol％；抗折强度0.62Mpa实施例2
将过筛140目的显像管玻璃粉92wt％，炭黑1.5wt％，焦炭粉1.5wt％，硼砂3wt％，氧化锌2wt％的配合料，装入模具后按照以下烧成制度烧成；开始以25℃/min的速度升温到540℃，恒温20min，继续升温到达770℃，恒温30min，然后按30℃/min速度冷却到500℃，恒温60min最后以0.75℃/min速度退火至70℃出炉。
产品毛坯发泡效果良好，无开裂。
产品性能表观密度156kg/m3平均泡径2.6mm体积吸水率1.15vol％抗折强度0.58MPa实施例3将过筛240目的显像管玻璃粉96wt％，炭黑1wt％，焦炭粉0.5wt％，硼砂1.5wt％，氧化锌1wt％的配合料，装入模具后按照以下烧成制度烧成；开始以30℃/min的速度升温到600℃，恒温25min，继续升温到达850℃，恒温40min，然后按20℃/min速度冷却到520℃，恒温45min最后以1.5℃/min速度退火至70℃出炉。
产品毛坯发泡效果良好，无开裂。
产品性能表观密度186kg/m3平均泡径1.6mm体积吸水率0.35vol％抗折强度0.76MPa实施例4将过筛200目的显像管玻璃粉94wt％，炭黑1wt％，焦炭粉1wt％，硼砂2.5wt％，氧化锌1.5wt％的配合料，装入模具后按照以下烧成制度烧成；开始以20℃/min的速度升温到500℃，恒温30min，继续升温到达800℃，恒温40min，然后按30℃/min速度冷却到500℃，恒温50min最后以0.5℃/min速度退火至100℃出炉。
产品毛坯发泡效果良好，无开裂。
产品毛坯发泡效果较好，泡孔不很均匀，毛坯无开裂。
产品性能表观密度157kg/m3平均泡径2.8mm体积吸水率2.45vol％抗折强度0.56MPa实施例5将过筛200目的显像管玻璃粉90wt％，炭黑2wt％，焦炭粉2wt％，硼砂4wt％，氧化锌2wt％的配合料，装入模具后按照以下烧成制度烧成；开始以20℃/min的速度升温到500℃，恒温30min，继续升温到达800℃，恒温40min，然后按30℃/min速度冷却到500℃，恒温50min最后以1℃/min速度退火至60℃出炉。
产品毛坯发泡效果良好，无开裂。
产品性能表观密度197kg/m3平均泡径2.8mm体积吸水率3.45vol％抗折强度0.56MPa
表1 表2 表3
权利要求
1.一种利用废显像管生产泡沫玻璃的方法，其特征在于，它包括以下步骤(1)将废显像管剥离出来，进行破碎，研磨显像管玻璃粉至粒度为140～240目；(2)将重量百分比为90～96％的上述显像管玻璃粉，以及1～2％的炭黑，0.5～2％的焦炭粉，1.5～4％的硼砂，1～2％的氧化锌装入模具后按照以下烧成制度烧成；(3)预热阶段，升温速度在20～30℃/min，在500～600℃进行恒温预热20～30min；(4)保温发泡阶段，温度范围770～850℃，恒温时间为30～50min；(5)快速降温阶段，冷却速度为20～30℃/min，冷却至500～520℃，恒温45～60min；(6)缓慢降温退火阶段，降温速度为0.5～1.5℃/min，退火至100℃以下得泡沫玻璃。
2.根据权利要求1所述的利用废显像管生产泡沫玻璃的方法，其中的炭黑和焦炭粉粒度在140～200目范围。
全文摘要
一种利用废显像管生产泡沫玻璃的方法属于制备泡沫玻璃技术领域。该方法，其特征在于包括以下步骤将废显像管剥离出来，进行破碎，研磨显像管玻璃粉至粒度为140～240目；将重量百分比为90～96％的上述显像管玻璃粉，以及1～2％的炭黑，0.5～2％的焦炭粉，1.5～4％的硼砂，1～2％的氧化锌装入模具后按照以下烧成制度烧成；预热阶段，升温速度在20～30℃/min，在500～600℃进行恒温预热20～30min；保温发泡阶段，温度范围770～850℃，恒温时间为30～50min；快速降温阶段，冷却速度为20～30℃/min，冷却至500～520℃，恒温45～60min；缓慢降温退火阶段，降温速度为0.5～1.5℃/min，退火至100℃以下得泡沫玻璃。本发明资源再利用，制备的泡沫玻璃用于石油、化工、冷藏、建筑、国防等领域。
文档编号C03C11/00GK1559947SQ20041000341
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月23日 优先权日2004年2月23日
发明者田英良, 张友良, 张继光, 田晖, 孙诗兵, 阎明 申请人:中国家用电器研究院, 北京工业大学