从废玻璃制造产品的方法技术

本发明专利技术提供了一种通过低成本、高度自动化的制造工艺将大量废玻璃转化为有用的陶瓷产品的方法。本方法主要的步骤由制备干燥的玻璃粉末、使用非水有机粘结剂体系造粒，干压得到适当的生料强度，以及在低温下烧制组成。可以使用多至１００％的废玻璃作为原材料。在处理中不需要水和粘土，这消除了过去所遇到的问题。仅需要具有烧制温度峰值为约７５０℃的一个烧制步骤。相对于粘土基的传统陶瓷制造而言，本发明专利技术的方法节约了能量和天然资源。通过本方法，可以制造仅具有少量孔隙的高质量非渗透性的陶瓷产品。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及从废玻璃制备的陶瓷产品；从废玻璃制备陶瓷产品的原料配方；以及从废玻璃制备陶瓷产品的方法。通过本专利技术能够制备的陶瓷产品的例子有瓦和砖，但是也能够制备其他的陶瓷产品。本专利技术致力于当前的两个问题需要减少陶瓷工业所使用的能量；需要新的再循环玻璃产品。陶瓷工业消耗了大量的能量，尤其是在烧制工艺过程中。为了将通常的陶瓷原材料烧结为致密的产品，烧制温度需要超过1200℃(2200°F)。对原材料配方进行修改已经使得烧制温度下降，但是由于所使用的原材料类型，该改进受到限制。最常见的陶瓷产品，比如瓦和砖，主要由基于粘土的原材料组成，这种原材料本就需要高的烧制温度。其他的陶瓷制造步骤，比如干燥工艺，也是能量高度密集型的。能量成本是制造总成本中主要的部分，因此减少所需能量数量的新方法对于陶瓷工业非常有利。因为仅有有限量的玻璃能被再次熔化来制备新的容器(目前再循环玻璃的主要用途)，所以需要新的利用再循环废玻璃的产品来进一步促进玻璃的循环使用。特别需要对玻璃中的污染物欠敏感的新产品，并且它们能够从绿色或杂色废玻璃制备。已经进行的研究开发出了使用再循环玻璃作为陶瓷原材料的产品。但是，工艺问题已经限制了发展，从而目前只有可忽略量的废玻璃被利用(除去再熔化来形成新的玻璃产品外)。由于与传统的陶瓷原材料和制造方法具有化学和工艺上内在的不相容性，而导致了这些问题。这些不相容性已经严重地妨碍了从废玻璃制备陶瓷产品的进展。本专利技术中的废玻璃是指被抛弃的任何工业或消费后的玻璃。能够使用任何形式的玻璃，比如容器(瓶、罐等)、平板玻璃或纤维玻璃。可以从再循环公司或玻璃制造商那里获得废玻璃。大部分废玻璃主要由硅、钠和钙的氧化物(称为钠钙玻璃)和其他比如铝和锰的氧化物的次要成分组成。钠钙玻璃组合物通常在约650℃到约750℃软化。该独特的软化行为使得由钠钙玻璃精细粉形成的制品在比通常烧制陶瓷所需的低得多的温度下通过粘相烧结致密化。本专利技术利用钠钙玻璃的低温致密化行为通过节约能量以及降低设备和维护开支来减少制造成本。水、粘土和一些其他通用的陶瓷原材料与钠钙玻璃粉末的低温烧结内在地不相容。这是因为从玻璃与水的反应或从粘土分解得到的化学物质在钠钙玻璃的软化温度范围内发生挥发。在正致密化的玻璃中，挥发物质进入其中，这导致最终产品中形成泡沫和孔隙缺陷。通过添加水和粘土已经制备了前面的基于废玻璃的陶瓷产品。通过优化工艺参数，减少了所产生的孔缺陷，但是并没有消除。在下面的段落中，将对先前的在试图使用废玻璃作为陶瓷原材料时所发生的工艺问题进行说明。Brown和Mackenzie从与粘土和水组合的再循环玻璃制取了陶瓷瓦(Journal of Materials Science，Vol.17，pp.2164-2193，1982)。发现，由于孔隙的量出现变化，所以烧制性质显著地受到所添加的粘土和水的量的影响。Low证明泡沫玻璃不一定需要比如碳酸钙的专门的发泡剂(Journal of Materials Science，Vol.15，pp-1509-1517，1980)。与粘土中的类似，从云母分解得到的挥发物质与玻璃-水反应进行结合，它们就是产生最大泡沫所必需的。Liu、Li和Zhang对使用有机添加剂和水对再循环玻璃进行处理进行了考查(Glass Technology，Vol.32，No.1，pp.24-27，1991)。他们报道必须将粘结剂(和水)的含量保持在低水平，以防止在烧制的样品中产生气泡和“使化学和物理性质变差”。即使水的含量很低，所烧制的样品的致密度显示有一定程度的发泡出现。该研究证明，即使在没有添加粘土而仅添加了少量水时，玻璃粉末和水之间所发生的反应也会产生负面的影响。有几项专利涉及到了使用再循环玻璃作为陶瓷原材料。Shutt和Campbell将研磨后的废玻璃与粘土、粉碎的砖块和水混合来产生建筑镶板和砖块(美国专利3,963,506)。所烧制的材料具有敞开的孔隙，以及翘曲和膨胀问题，这表明发生了不利的玻璃-水反应。Mackenzie获得了一项专利——一种从与处理剂相组合的研磨后的废玻璃制备玻璃产品的方法(美国专利3,963,503)。该工作主要集中在泡沫玻璃，这也是很多对再循环玻璃的研究却以关注于泡沫玻璃以有利利用所出现的问题而结束的研究中的一个典型。Boyce获得了一项专利——一种将粘土和钙硅石与25-45％粉碎后的玻璃相混合来制造用于电灯泡基座的绝缘体的方法(美国专利4,271,109)。在1050℃烧制后，得到的密度为1.9g/cc，这表明仍然存在至少20％的孔隙率。Cihon取得了一项专利——从与粘土、燧石和液体(在例子中用的是水)组合的60-85％钠钙玻璃碎末生产陶瓷制品的方法和配方(美国专利5,028,569)。他讨论了由于玻璃与水的反应而出现的问题的。Dutton取得了一项专利——一种包括将板石颗粒与10-50％再循环玻璃混合的建筑材料(美国专利5,244,850)。其中描述了两种工艺。一种工艺涉及熔化再循环玻璃，与板石颗粒混合，然后在模具中压紧熔化后的混合物。在第二种工艺中，板石颗粒随同或不随同再循环玻璃与比如硅酸钠(水玻璃)的碱金属硅酸盐水溶液或悬浮液相混合，在模具中压紧、干燥、在920℃到1050℃烧制。Lingart获得了一项专利——一种制造天然石类型的、镶板形状的构造与装饰材料的工艺，该材料包括三层沙的底层、沙和粉碎后的玻璃的混合物的中间层以及粉碎后的玻璃的顶层(美国专利5,536,345)。玻璃被粉碎为2-3mm大小，并且与至少5％的水混合。将这些层沉积在模具中，并且在模具中烧制到600-850℃，接着精巧地在不同的温度保温一系列的时间，并小心地冷却。Golitz等取得了一项专利——一种包括将粉煤灰、粘土和水与25-50％的玻璃相混合的陶瓷瓦产品(美国专利5,583,079)。该项工作专注于使用粉煤灰来降低原材料的成本。对压制后瓦生坯上釉，然后在970-1025℃烧制。Greulich取得了一项专利——一种生产与天然石料相似的平坦的建筑和装饰材料的工艺，该材料包括与水和比如沙子、无机颜料的多种其他成分相混合的85-98％的玻璃(美国专利5,649,987)。该混合物被沉积在模具中，并在模具中于720-1100℃烧制。得到了密闭有光泽的表面，但是将表面进行抛光就露出了气泡。Lingart和Tikhonova获得了专利——从玻璃、沙、水和硅酸钠(水玻璃)溶液生产陶瓷瓦的工艺(美国专利5,792,524和美国专利5,895,511)。在模具中将材料压紧，然后在模具中通过相对复杂的工艺进行烧制。作者提到，有气泡形成，并且通过在烧制期间控制各层之间的温度梯度不使其上升到表面。本专利技术消除了上述先前的工艺问题。因为能够在低成本下——最多至100％的废玻璃而不需要添加水和粘土来制造高质量的陶瓷产品，所以本专利技术是新颖的。相对于传统陶瓷处理工艺而言，本专利技术也节约了能量和天然资源。意想不到的是，对于使用废玻璃作为原材料制造比如瓦或砖块的低成本陶瓷产品，添加水和粘土不是必需的。另外意想不到的是，在总的制造成本被保持在低水平时，能够使用非水有机粘结剂体系来将废玻璃加工为陶瓷产品。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过低成本、高度自动化的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从废玻璃制备陶瓷产品的方法，包括：将废玻璃缩小为玻璃粉末；将玻璃粉末与非水有机粘结剂混合为玻璃－粘结剂混合物；将玻璃－粘结剂混合物造粒为粒状颗粒；将粒状颗粒成形为陶瓷制品生坯；将陶瓷制品生坯加热， 以烧除有机粘结剂；以及将陶瓷制品生坯烧制，以将所述陶瓷制品生坯烧结为陶瓷产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔J豪恩，
申请(专利权)人：迈克尔J豪恩，
类型：发明
国别省市：US[美国]