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v空心玻璃微珠的制备及性能研究

日(ri)期:2021年05月09日(ri) 编辑:ad201107111759308692 作者:s11竞猜平台 点击次数:268
论(lun)文价格:150元/篇 论文编号:lw202104281033279932 论文字数:35066 所(suo)属(shu)栏目:土(tu)木工程论文
论文地区:中国 论文(wen)语种:中文(wen) 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文(wen)(wen)是一篇(pian)土木工程论文(wen)(wen),本实验(yan)以(yi)(yi)废弃玻璃(li)为原料,利用(yong)一种制备空心陶瓷微(wei)(wei)(wei)珠(zhu)的方法与装置制备空心玻璃(li)微(wei)(wei)(wei)珠(zhu),首先对微(wei)(wei)(wei)珠(zhu)成球机理(li)进(jin)(jin)行(xing)了分(fen)析、其(qi)次研究了不(bu)同种类(lei)及含(han)量的发(fa)泡剂(ji)、不(bu)同粒(li)径粒(li)、燃(ran)烧温度、送料风速(su)、下料速(su)度对微(wei)(wei)(wei)珠(zhu)性能(neng)的影(ying)响,并对微(wei)(wei)(wei)珠(zhu)内部缺陷进(jin)(jin)行(xing)了分(fen)析,再次加入不(bu)同含(han)量的活性物质粉煤灰、不(bu)同种类(lei)的澄清剂(ji)以(yi)(yi)提高(gao)微(wei)(wei)(wei)珠(zhu)的性能(neng)。


第 1 章(zhang) 绪论


1.1 废弃玻(bo)璃

1.1.1 废(fei)弃玻璃概述(shu)

废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)璃(li)具有(you)不导电、熔(rong)点高、透(tou)明性强、不易降(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特性,成为(wei)(wei)废(fei)弃物中(zhong)难以处理的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一类(lei)产品,工(gong)(gong)业使用(yong)及日常(chang)(chang)生活使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)制(zhi)品是其主要来(lai)源(yuan),其中(zhong)工(gong)(gong)业使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)主要分(fen)为(wei)(wei)平板玻(bo)(bo)(bo)璃(li)和纤(xian)维玻(bo)(bo)(bo)璃(li),日常(chang)(chang)生活使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)体积较小,如酒瓶、玻(bo)(bo)(bo)璃(li)窗(chuang)等。整体来(lai)看,我国玻(bo)(bo)(bo)璃(li)制(zhi)品的(de)(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收利(li)用(yong)量(liang)在2016年达(da)到860万吨,整体回(hui)收率小于(yu)(yu)18%,与欧(ou)洲一些(xie)发达(da)国家的(de)(de)(de)(de)(de)(de)废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)璃(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收利(li)用(yong)率相比仍有(you)较大差距[1-2]。由于(yu)(yu)玻(bo)(bo)(bo)璃(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)组成成分(fen)相对的(de)(de)(de)(de)(de)(de)稳定,通(tong)过自(zi)然降(jiang)解(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式降(jiang)解(jie)时(shi)间可达(da)千年;通(tong)过焚烧的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式,不能使玻(bo)(bo)(bo)璃(li)燃烧,且污(wu)染(ran)大气(qi);通(tong)过填埋会污(wu)染(ran)土地资源(yuan),破坏生态平衡,因此(ci)在回(hui)收利(li)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)基础上处理废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)璃(li),并且使其经济效益发挥到最大成为(wei)(wei)工(gong)(gong)业所(suo)需解(jie)决(jue)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)问题[3]。

1.1.2 工(gong)业废玻(bo)璃的回收及利(li)用

自 20 世纪 70 年代以(yi)(yi)来,发(fa)达国家(jia)便开始(shi)意识到废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)与利用问题,在政策(ce)上,制(zhi)(zhi)定了(le)专门(men)的(de)(de)(de)(de)(de)法(fa)律法(fa)规和成(cheng)立(li)管理(li)部(bu)门(men)进行约束(shu),工业上,研究并(bing)开发(fa)出(chu)一(yi)系列较(jiao)(jiao)为(wei)先进的(de)(de)(de)(de)(de)生(sheng)产设(she)备(bei),构造了(le)较(jiao)(jiao)为(wei)完备(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)体系[4],我(wo)(wo)国目前对(dui)(dui)废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)与利用仍发(fa)展较(jiao)(jiao)慢,具体表现在,废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造量要远超过废(fei)玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)与利用量,我(wo)(wo)国至今废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)回(hui)收(shou)(shou)(shou)率仅为(wei) 11.8%,国际回(hui)收(shou)(shou)(shou)利用率的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)均水平(ping)(ping)为(wei) 50 %,因此我(wo)(wo)国对(dui)(dui)废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)利用处于较(jiao)(jiao)低水平(ping)(ping)。从(cong)市场角(jiao)度分(fen)析(xi),我(wo)(wo)国对(dui)(dui)于废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)利用存在巨大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)缺口(kou),目前我(wo)(wo)国对(dui)(dui)于废(fei)弃玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)回(hui)收(shou)(shou)(shou)与利用的(de)(de)(de)(de)(de)方式上较(jiao)(jiao)多,主要分(fen)为(wei)以(yi)(yi)下(xia)几类(lei):(1)将(jiang)玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)作为(wei)填料(liao)进行使用。(2)通过不(bu)同(tong)技术手段(duan),制(zhi)(zhi)备(bei)玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)新产品。(3)对(dui)(dui)原有玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)(li)进行清洁(jie),重复使用[5-6]。

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1.2 玻璃微珠

1.2.1 玻璃(li)(li)微(wei)珠概述玻璃(li)(li)微(wei)珠是一种新型微(wei)米(mi)级材(cai)料(liao),根据国内外(wai)目(mu)前的(de)研究近况,玻璃(li)(li)微(wei)珠按照结构(gou)可以分为三(san)类(lei),包括实心球体(ti)、多(duo)孔球体(ti)及(ji)空心球体(ti)[9],西(xi)方发达(da)国家(jia)在(zai)上(shang)世纪(ji)的(de) 50~60 年代(dai)开始(shi)(shi)研制,我国对于(yu)玻璃(li)(li)微(wei)珠的(de)研究大约是在(zai)上(shang)世纪(ji) 70 年代(dai)末开始(shi)(shi)的(de),要落后(hou)于(yu)国外(wai)所(suo)制备出的(de)玻璃(li)(li)微(wei)珠的(de)性(xing)能[7-8]。空心玻璃(li)(li)微(wei)珠具有(you)热(re)导率低、热(re)稳(wen)定性(xing)强、质轻、强度高、耐腐蚀等(deng)优良性(xing)质。可以将(jiang)空心玻璃(li)(li)微(wei)珠掺入到砂浆(jiang)之中,作为填料(liao)生(sheng)产出高保温性(xing)的(de)砂浆(jiang)材(cai)料(liao),也可以利用(yong)其自身所(suo)带有(you)的(de)微(wei)量元素(N、P、K),用(yong)于(yu)农业(ye)的(de)肥料(liao)[10-12]。

空心(xin)玻(bo)璃(li)微珠(zhu)具有低密高强、低导(dao)热系数、高化(hua)(hua)学稳定(ding)性的特点[13],较其他材料(liao)(liao)相比(bi),因良好的物理和化(hua)(hua)学性能而成为一种新(xin)型的硅酸盐材料(liao)(liao)[14]。空心(xin)玻(bo)璃(li)微珠(zhu)在填(tian)充材料(liao)(liao)、化(hua)(hua)学化(hua)(hua)工(gong)、建筑(zhu)工(gong)程等领域(yu)具有巨大(da)(da)的发展空间[15],只有直(zhi)径在 0.8 mm 以(yi)下的才(cai)能称(cheng)为微珠(zhu),直(zhi)径大(da)(da)于 0.8 mm 的称(cheng)为细珠(zhu)[16]。不同粒级的玻(bo)璃(li)微珠(zhu)性能差异较大(da)(da),因此可以(yi)应用于不同的工(gong)业领域(yu)[17]。

目前对于玻(bo)璃微(wei)珠(zhu)的(de)(de)(de)工业生产(chan),工业上主要有(you)四种方法(fa)(fa):粉末法(fa)(fa)、液滴法(fa)(fa)、喷射造粒法(fa)(fa)和溶胶(jiao)凝胶(jiao)法(fa)(fa)[18],所形(xing)成的(de)(de)(de)微(wei)珠(zhu)有(you)三种结构:空心(xin)微(wei)珠(zhu),实心(xin)微(wei)珠(zhu)以及(ji)多孔微(wei)珠(zhu)。市场(chang)上的(de)(de)(de)玻(bo)璃微(wei)珠(zhu)主要有(you)人(ren)工合(he)成以及(ji)电厂的(de)(de)(de)粉煤灰微(wei)珠(zhu)经不同(tong)方式分选(xuan)(xuan)(浮选(xuan)(xuan)、磁选(xuan)(xuan)、摩(mo)擦电选(xuan)(xuan)、风选(xuan)(xuan))得到[19]。制备空心(xin)玻(bo)璃微(wei)珠(zhu)的(de)(de)(de)方法(fa)(fa)有(you)很多,本课题采用(yong)喷雾造粒法(fa)(fa)制备空心(xin)玻(bo)璃微(wei)珠(zhu),喷雾造粒法(fa)(fa)的(de)(de)(de)原材料控(kong)制比较严格,但(dan)是具有(you)生产(chan)工艺的(de)(de)(de)流程比较简单,成球(qiu)率高、成本低(di)、污染(ran)(ran)小(xiao)的(de)(de)(de)优点。这(zhei)种生产(chan)工艺在国(guo)内应用(yong)比较普遍,通过这(zhei)种方法(fa)(fa)制备出高漂浮率的(de)(de)(de)玻(bo)璃微(wei)珠(zhu),与(yu)其他方法(fa)(fa)相比,喷雾造粒法(fa)(fa)具有(you)节省原料、成本低(di)、污染(ran)(ran)小(xiao)、可循(xun)环(huan)利(li)用(yong)的(de)(de)(de)特点,能(neng)够给经济、环(huan)境(jing)及(ji)社会带来较大的(de)(de)(de)效益。

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第(di) 2 章(zhang) 实验内容及表(biao)征方法(fa)


2.1 实验药(yao)品(pin)及仪(yi)器

2.1.1 实(shi)验(yan)药(yao)品(pin)

实(shi)验中所用(yong)的玻(bo)璃(li)粉(fen)体为工业所用(yong)废弃平板玻(bo)璃(li)经破(po)碎(sui)机破(po)碎(sui)、球磨得(de)到。利用(yong)激光粒度(du)(du)仪测得(de)到粒度(du)(du)分(fen)布为 D50=29.8 μm。经 X 射线荧(ying)光光谱仪(XRF)测定玻(bo)璃(li)粉(fen)体化(hua)学组成(cheng),成(cheng)分(fen)如(ru)表 2-1:

表 2-1 玻璃粉体的化学组成

本实(shi)验所用其他试剂(ji)的样(yang)品信息见表 2-2。其中(zhong)二氧化(hua)铈、复合澄(cheng)清(qing)(qing)剂(ji)、硫(liu)酸钙、硫(liu)酸钠为(wei)玻璃澄(cheng)清(qing)(qing)剂(ji)。粉煤灰为(wei)外加活(huo)性矿物,粒度(du)分(fen)布(bu)为(wei) D50=5.1 μm,聚乙烯(xi)醇缩甲醛为(wei)分(fen)散剂(ji),A 和 B 分(fen)别为(wei)发泡剂(ji)。

表 2-2 实验原料

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2.2 玻璃微(wei)珠(zhu)样(yang)品(pin)的制备

本实验将工(gong)业废弃玻璃(li)经破碎及球磨(mo)工(gong)艺得到直(zhi)径 D50 为数(shu)十微(wei)米的玻璃(li)粉体,利用一种制备(bei)空心陶瓷微(wei)珠的方法与装置(zhi)[86]首先制备(bei)出(chu)微(wei)珠坯体,然(ran)后通过高温火(huo)焰快速燃烧制备(bei)空心玻璃(li)微(wei)珠。

坯体(ti)制备的过程是,将水、玻璃粉体(ti)、分散剂混合球磨 10h,加入发泡(pao)(pao)剂(A和 B),再通过搅拌(ban)机(ji)搅拌(ban) 1h 后,得(de)(de)到稳定(ding)的泡(pao)(pao)沫浆料。通过泵送技术(shu)将浆料送至喷雾干燥(zao)塔(ta)干燥(zao)(离心雾化盘转速(su) 50 m/s、进风(feng)口(kou)温(wen)度 200 °C、出风(feng)口(kou)温(wen)度100 °C),收集得(de)(de)到分散性好的玻璃微珠(zhu)坯体(ti)。

微珠(zhu)制(zhi)(zhi)(zhi)备(bei)(bei)过程为(wei),利(li)用(yong)自制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)高(gao)温燃烧(shao)炉,设计了 800°C、850°C、900°C、950 °C 四种温度参数进行煅烧(shao)试(shi)验,所制(zhi)(zhi)(zhi)备(bei)(bei)出的(de)微珠(zhu)经漂浮(fu)率测(ce)试(shi),选取漂浮(fu)率最高(gao)的(de)一组作为(wei)微珠(zhu)样品最佳的(de)制(zhi)(zhi)(zhi)备(bei)(bei)条件。玻璃坯体制(zhi)(zhi)(zhi)备(bei)(bei)工艺简图及制(zhi)(zhi)(zhi)备(bei)(bei)工艺流(liu)程图,如图 2-1 和图 2-2:

图 2-2 玻璃微珠制备工艺流程图

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第 3 章 空心玻璃微珠的制(zhi)备及性能影响(xiang)因素(su)研究(jiu).........................15

3.1 引言............................ 15

3.2 微珠炉内成球(qiu)过程分析............................. 15

第 4 章 空心微(wei)珠性能改进研究(jiu).......................38

4.1 坯(pi)体的制备........................ 38

4.2 空心(xin)微珠(zhu)的制备(bei).......................... 41


第 4 章(zhang) 空心微(wei)珠性能改进(jin)研究


4.1 坯体的(de)制备(bei)

考虑到(dao)理论计算(suan)与(yu)实际生产(chan)经验(yan),选(xuan)取玻璃粉(fen)(fen)与(yu)粉(fen)(fen)煤灰(hui)(hui)进(jin)(jin)行(xing)初步(bu)探索试(shi)验(yan),具体条件(jian)为(wei)(wei):发泡剂(ji)质量(liang)分(fen)(fen)(fen)数为(wei)(wei) 1.5 % ;粉(fen)(fen)煤灰(hui)(hui)添加量(liang)为(wei)(wei) 10 %、20 %、30 %、40 %(质量(liang)分(fen)(fen)(fen)数);燃烧温度为(wei)(wei) 850 °C,设计五种(zhong)送(song)料风(feng)速(1.4 m/s、1.6 m/s、1.8m/s、2.0 m/s、2.2 m/s)。得到(dao) 4 种(zhong)坯体及 4×5=20 种(zhong)微珠样品(pin)(pin)。对 20 种(zhong)样品(pin)(pin)进(jin)(jin)行(xing)漂浮率及真密度进(jin)(jin)行(xing)研究,分(fen)(fen)(fen)析最佳样品(pin)(pin)形成的(de)(de)原因(yin),以确定最佳粉(fen)(fen)煤灰(hui)(hui)添加量(liang)。其中粉(fen)(fen)煤灰(hui)(hui)的(de)(de)元素成分(fen)(fen)(fen)和粉(fen)(fen)煤灰(hui)(hui)制备浆料的(de)(de)粒度分(fen)(fen)(fen)布(bu)分(fen)(fen)(fen)别见表 4-1 和表 4-2,喷雾干(gan)燥(zao)机参数设定如(ru)表 4-3。

表 4-1 粉煤灰元素组成

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结论(lun)

在(zai)实际(ji)生产与(yu)应用(yong)过程中,空(kong)心(xin)微珠具有优异(yi)的(de)性能(neng)。本实验以(yi)(yi)废弃玻璃(li)为原料,利用(yong)一种制(zhi)备空(kong)心(xin)陶瓷(ci)微珠的(de)方(fang)法与(yu)装置制(zhi)备空(kong)心(xin)玻璃(li)微珠,首(shou)先对(dui)微珠成球机理进行了分析、其次研究(jiu)了不(bu)同(tong)(tong)(tong)种类及含(han)量的(de)发(fa)泡剂、不(bu)同(tong)(tong)(tong)粒径粒、燃(ran)烧(shao)温度、送料风(feng)速、下(xia)料速度对(dui)微珠性能(neng)的(de)影响,并(bing)对(dui)微珠内部(bu)缺陷进行了分析,再(zai)次加入不(bu)同(tong)(tong)(tong)含(han)量的(de)活性物质粉煤灰、不(bu)同(tong)(tong)(tong)种类的(de)澄清剂以(yi)(yi)提高微珠的(de)性能(neng)。得到结论如下(xia):

(1)发泡(pao)剂的种类(lei)对微珠(zhu)性能的影响较大,由(you)于微珠(zhu)粒径分布较大,利用复(fu)合(he)型发泡(pao)剂有利于微珠(zhu)的空心化(hua),提高微珠(zhu)的漂浮率。

(2)当燃烧温(wen)度(du)为 850 °C、送料风速(su)为 1.6 m/s、下(xia)料速(su)度(du) 40 g/min 时,微(wei)珠的(de)漂浮(fu)率(lv)最高为 93 %,水等静(jing)压在 30 MPa 后的(de)漂浮(fu)率(lv)为 11.4 %,真(zhen)密(mi)度(du)为0.75 g/cm3、堆(dui)积(ji)密(mi)度(du)为0.43g/cm3,其中(zhong)通过浮(fu)选(xuan)后,微(wei)珠的(de)真(zhen)密(mi)度(du)为0.54g/cm3、堆(dui)积(ji)密(mi)度(du)为 0.25 g/cm3。

(3)加入(ru)活(huo)性(xing)物质粉煤灰(hui)能(neng)够较大程度提高(gao)微(wei)(wei)珠的漂浮率(lv)与抗压强度,通过(guo)正(zheng)交试验(yan),粉煤灰(hui)添加量为(wei) 3 %、燃烧温度为(wei) 850 °C、送(song)料风速为(wei) 1.4 m/s 时微(wei)(wei)珠漂浮率(lv)达到 99.5%,水等静压在 30MPa 后的漂浮率(lv)为(wei) 21%。当(dang)加入(ru) 2%复(fu)合(he)型玻璃(li)澄清剂时,微(wei)(wei)珠真密度为(wei) 0.65 g/cm3,堆积密度为(wei) 0.28 g/cm3,30 MPa 下(xia)微(wei)(wei)珠的漂浮率(lv)达到 25 %,通过(guo)浮选(xuan)与粒径筛选(xuan),粒径为(wei) 80~120 μm 的微(wei)(wei)珠出现较多中空(kong)薄壁的高(gao)性(xing)能(neng)玻璃(li)微(wei)(wei)珠。

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