[发明专利]一种空心玻璃微珠的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心玻璃微珠的制备方法，具体的是以硅酸钠溶液、水化硅酸钙和硼酸钙溶液经过喷雾干燥和高温强化的一种空心玻璃微珠的制备方法。

背景技术

空心玻璃微珠是一种微米级的外壁中空球形粉体材料，具有密度小、导热系数低、耐腐蚀、强度高、流动性好等特点，是一种节能、无公害的轻质填料，被广泛应用于建筑、化工、军工、航天航海、电子、汽车、塑料、油气田开采等行业，作为密度调节、绝热保温、增加流动性等功能性填料越来越起到重要作用。高性能空心玻璃微珠指的是具有高强度、低密度、高成球率特征的空心玻璃微珠。

目前生产与制备空心玻璃微珠的主要方法虽然各有差别，但基本上可以分为三类，即：固相粉末法、液相雾化法、软化学法。这三类方法各有优缺点。

固相粉末法的主要技术路线是：将玻璃粉末与发泡剂混合均匀后经过高温处理，发泡剂分解放出气体使软化的玻璃粉末膨胀发泡，最终形成成品。美国专利3129086、3230064、3365315、4391646，中国发明专利CN101068753A均对其进行了详细描述，类同的工艺技术路线还包括CN101638295A、CN101704632A、CN102320743A。该工艺中的原料玻璃粉末是由玻璃体系固相原料高温熔融，经水淬、研磨、分级得到。该工艺突出缺点是能耗高，产品密度大，粒径分布不易控制。其中最主要的能耗体现在生产玻璃粉末的过程中必须需要大于1200℃的高温，并且需要研磨粉碎，该工艺的主要流程可概括为：配料→高温膨胀。

液相雾化法的主要技术路线是：用硅酸钠水溶液或添加了硼酸及其盐类、锂离子等的硅酸钠水溶液为原料，经喷雾干燥获取强碱性低密度的空心玻璃微珠产品。美国专利2797201、3699050、3794503、3796777、3888957、3915735、4134838、4141751、4540629均对其进行了详细描述或加以改进，类同的工艺技术还有中国发明专利CN101781083A。该工艺技术突出的缺点是产品强度低、易吸水。该工艺的主要流程可概括为：配料→喷雾干燥。

软化学法的主要技术路线是：合成含有二氧化硅和/或含二氧化硅的碱金属或碱土金属的硅酸盐溶液、溶胶或浆液料、无机盐物料、稳定分散剂及水的水性浆液体系，经过喷雾干燥后制成实心的前驱体物料，然后将实心前驱体物料进行玻璃化烧结得到空心玻璃微珠。中国发明专利CN102583973A详细阐述了这一工艺技术。但是该工艺也存在水性浆液配比时成分较复杂、需要精细研磨粉碎的缺点，产品质量的稳定性存在风险。该工艺的主要流程可概括为：配料→喷雾干燥（实心前驱体）→高温烧结（空心）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种空心玻璃微珠的制备方法，克服现有技术中固相粉末法能耗高、产品密度大、粒径分布不易控制以及液相雾化法制备的空心玻璃微珠碱性大、易吸水且强度低和软化学方法中调节料液体系的比例成分较为复杂且需要精细研磨粉碎，产品质量的稳定性存在风险的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种空心玻璃微珠的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：混合料液制备，将硅酸钠的均质溶液或溶胶或浆液、硅酸钙及硼酸钙的均质溶液或溶胶或浆液加入到混合溶液储罐中进行混合制成均质的料液体系，向所述料液体系中加水使得料液体系中固含量为20%～25%；其中所述固含量是所述均质的溶液或溶胶或浆液烘干后剩余部分占总量的质量百分数。

步骤2：喷雾干燥，将所述料液体系输送至喷雾干燥设备制成空心玻璃微珠半成品，干燥热风温度为600～800℃；

步骤3：高温强化，所述空心玻璃微珠半成品经过400～550℃高温强化，制成成球率大于85%的微米级空心玻璃微珠成品。

本发明的有益效果是：本方法制备的产品在化学成分上属于碱石灰硼硅酸盐体系，主要成分包括Na₂O·nSiO₂、CaO·SiO₂、CaO·nB₂O₃·mH₂O；由于原料采用了硼酸钙可以降低微珠玻化温度，从而降低能耗，并且能使微珠的碱性降低，增加耐水性和强度；采用硅酸钙可以提高微珠的强度和稳定性。且经过600～800℃喷雾干燥及400～550℃高温强化步骤即可以制备出获得高强度、低密度及高成球率的空心玻璃微珠成品，该方法配料及成分简单，提高了产品的稳定性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。