一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃

1.本发明涉及固体废物再利用技术领域，具体涉及一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃。


背景技术：

2.在传统能源逐步枯竭、环境问题日益加剧之际，清洁可再生能源尤其是太阳能的利用为人类提供了解决危机的又一途径。太阳能以其清洁、取之不尽、用之不竭等显著优势，已成为发展很快的可再生能源，其在调整能源结构、改善生态环境等方面具有重大意义。
3.光伏组件作为光伏电站中最核心的部件，是绿色环保的“直流发电机”。2021年中国新增光伏并网装机容量53gw，截至2021年底，光伏发电并网装机容量达到306gw，连续7年稳居全球首位。为实现碳达峰、碳中和目标，中国未来光伏装机容量增长将会进一步提速。我国光伏市场自2010年开始高速发展，之后每年都有大量的光伏组件装机，预计2025年光伏组件开始大量报废，2030年左右将迎来报废高峰。长期的装机需求意味着退役组件长期的回收需求，若以一块250w、19kg的光伏组件计算，2021年一年新增的53gw装机量就会产生402万吨的电子废弃物，废旧光伏组件的回收处理问题迫在眉睫。
4.在光伏组件中，玻璃铺设在光伏组件的最上层，一般采用含铁量较低的超白压花钢化玻璃，也可以使用表面平整度和透光度比普通平板玻璃更好的浮法玻璃。在晶体硅光伏组件成分组成中，玻璃约占其总重的70％-80％，而在其他组件如薄膜光伏组件中，玻璃所占的质量分数更高。如果光伏组件中的废玻璃得不到有效的回收和再利用，堆积的玻璃势必会影响整个光伏回收产线的正常运行。庞大的光伏组件装机量和光伏组件中玻璃的高质量分数使得开发报废光伏组件玻璃回收再应用技术成为亟待解决的难题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种利用光伏组件钢化玻璃制备泡沫玻璃的方法，能够有效回收报废光伏组件中的废玻璃以减少整个回收产线中玻璃的堆积，并将废玻璃转换为有价值的再利用资源。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种制备泡沫玻璃的方法，包括以下步骤：
8.(1)拆解：采用机械方式拆解光伏组件并分离得到钢化玻璃；
9.(2)研磨：将拆解得到的钢化玻璃破碎、球磨成钢化玻璃微粉；
10.(3)配料：将玻璃微粉、发泡剂、稳泡剂及助溶剂混合放入混料机或球磨机中混合均匀，得到混合料；
11.(4)烧结：将上述混合料装入模具中，送入马弗炉中进行热处理以形成烧结体；
12.(5)脱模：热处理后的烧结体自马弗炉取出，从模具中脱模后即可得到泡沫玻璃成品。
13.进一步地，所述步骤(1)中的光伏组件为故障或达到使用年限的报废光伏组件。
14.进一步地，所述步骤(2)中的钢化玻璃微粉的粒径为1-200μm。
15.进一步地，所述步骤(3)混合料中玻璃微粉、发泡剂、稳泡剂和助溶剂的含量以质量百分数计，分别为76％-86％、8％-15％、2％-6％及2％-5％。
16.进一步地，所述步骤(3)中的发泡剂、稳泡剂和助溶剂均过200目筛网。
17.进一步地，所述步骤(3)中的发泡剂为碳化硅，稳泡剂为磷酸三钠，助溶剂为硼酸。
18.进一步地，所述步骤(4)中的模具为石英舟或石墨坩埚。
19.进一步地，所述步骤(4)烧结时在模具内层铺设一层酸洗石棉。
20.进一步地，所述步骤(4)中烧结时，首先以12-18℃/min的升温速率从室温升至400-450℃下预热20-25min；然后以16-22℃/min的升温速率从400-450℃继续升至800-850℃，并在此温度下保温30-70min，最后通过炉冷的方式冷却至室温。
21.本发明的另一目的是保护一种泡沫玻璃，由本发明所述方法制备得到。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.(1)本发明以报废光伏组件钢化玻璃作为泡沫玻璃的原料，可有效回收和再利用光伏组件回收过程中的玻璃组分，减少废弃物的产生，开发了报废光伏组件钢化玻璃再利用的途径以及再生原料应用技术，能有效解决报废光伏组件玻璃的处置问题；
24.(2)本发明使用的光伏组件钢化玻璃，其成分中sio2质量分数高，在高温烧结时助熔效果良好，熔融形成的粘滞流可有效填补发泡过程中的孔隙，提高泡沫玻璃的组织致密度，其抗压强度可达1.4-6.7mpa，热导率为0.09-0.12w/m
·
k；体积密度为0.25-0.49g/cm3；
25.(3)本发明制备的泡沫玻璃机械强度高、热导率低、体积密度小，其热导率满足绝热材料(热导率为0.03-0.17w/m
·
k)标准，隔热保温效果良好，应用前景广阔。
附图说明
26.图1是本发明泡沫玻璃制备步骤流程图；
27.图2是本发明实施例1的光伏组件钢化玻璃磨粉后的粒径分布图；
28.图3是本发明实施例1混合料烧结前的xrd图；
29.图4是本发明实施例1中混合料烧结后(泡沫玻璃)的xrd图；
30.图5是本发明实施例1的泡沫玻璃能谱检测图；
31.图6是本发明实施例1的泡沫玻璃实物图。
具体实施方式
32.为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
33.实施例中涉及的光伏组件为故障或达到使用寿命年限退役的光伏组件。
34.(1)拆解
35.使用锤子或液压钳将光伏组件的铝合金边框从组件上拆卸下来，得到“玻璃-电池片-背板”的三明治结构，采用机械的方式拆解三明治结构得到钢化玻璃。
36.(2)研磨
37.将钢化玻璃破碎后放入球磨机中，以800-1000r/min的转速对破碎的钢化玻璃进
行球磨得到玻璃微粉，玻璃微粉粒径为1-200μm。
38.(3)配料
39.以质量百分数计，按照玻璃微粉76％-86％、发泡剂8％-15％、稳泡剂2％-6％、助溶剂2％-5％的含量分别计量，上述各组分的和均满足100％；按上述比例称好的玻璃微粉、发泡剂、稳泡剂和助溶剂加入混料机或球磨机中混合均匀，得到混合料。
40.需要说明的是，本发明中选用的发泡剂为碳化硅，稳泡剂为磷酸三钠，助溶剂为硼酸，发泡剂、稳泡剂和助溶剂均过200目筛网。
41.(4)烧结
42.在模具内层铺设一层酸洗石棉，然后将(3)中的混合料装入模具并送入马弗炉中进行烧结，首先以12-18℃/min的升温速率从室温升至400-450℃下预热20-25min；接着以16-22℃/min的升温速率从400-450℃继续升至800-850℃，并在此温度下保温30-70min，最后通过炉冷的方式冷却至室温。
43.(5)脱模
44.烧结冷却后的烧结体自马弗炉取出，从模具中脱模后即可得到泡沫玻璃成品。
45.实施例1
46.如图1所示，本实施例提供一种利用废旧光伏组件钢化玻璃制备泡沫玻璃的方法，包括拆解、研磨、配料、烧结和脱模流程，具体操作如下：
47.(1)拆解
48.使用锤子或液压钳将光伏组件的铝合金边框从组件上拆卸下来，得到“玻璃-电池片-背板”的三明治结构，采用机械的方式拆解三明治结构得到钢化玻璃。
49.本实施例对钢化玻璃各组分进行分析，利用x射线荧光光谱仪xrf(x-ray fluorescence)测定钢化玻璃中各组分的质量百分比，经分析之后，光伏组件钢化玻璃的主要成分为sio2，其占整个钢化玻璃质量百分比的72.2％，na2o、cao等分别占11.5％和10.7％，钢化玻璃成分分析如表1所示：
50.表1光伏组件钢化玻璃成分分析
[0051][0052]
(2)研磨
[0053]
首先使用矿山破碎机对钢化玻璃进行一级破碎，使其粒径小于1mm，然后将钢化玻璃放入球磨机中，以800r/min的转速对破碎的钢化玻璃进行球磨得到玻璃微粉，磨粉后的粒径分布如图2所示，其中钢化玻璃微粉粒径在1-100μm占97％以上，粒径小于1μm和粒径大于100μm所占比例之和小于3％，通过200目的标准筛网收集筛下部分，即本发明所用玻璃微粉粒径为1-200μm。
[0054]
(3)配料
[0055]
根据表2配比，按照各成分的质量分数计量，分别称取玻璃微粉、碳化硅、磷酸三钠和硼酸并加入混料机混合均匀，得到混合料。
[0056]
表2实施例1混合料成分表
[0057][0058]
(4)烧结
[0059]
将上述混合料装入石墨坩埚模具并送入马弗炉中进行加热以形成烧结体。在混合料装入模具之前，在石墨坩埚模具内层铺设一层酸洗石棉，添加少量去离子水并放入干燥箱中干燥定型。本发明烧结热处理条件如下：
[0060]
a，以12-18℃/min的升温速率从室温升温至400℃，预热时间为20min；
[0061]
b，以16-22℃/min的升温速率从400℃继续升温至820℃，保温时间为50min；
[0062]
c，通过炉冷的方式冷却至室温
[0063]
(5)脱模
[0064]
烧结体完成热处理阶段并冷却至室温之后，从模具中脱模即可得到泡沫玻璃，如图6所示。产品性能参数为体积密度0.30g/cm3，热导率为0.098w/m
·
k，抗压强度为2.6mpa，具有高的抗压强度、低的热导率及体积密度小等特点，隔热保温性能良好。
[0065]
实施例2
[0066]
如图1所示，本实施例提供一种利用废旧光伏组件钢化玻璃制备泡沫玻璃的方法，包括拆解、研磨、配料、烧结和脱模流程，具体操作如下：
[0067]
(1)拆解
[0068]
使用锤子或液压钳将光伏组件的铝合金边框从组件上拆卸下来，得到“玻璃-电池片-背板”的三明治结构，采用机械的方式拆解三明治结构得到钢化玻璃。
[0069]
(2)研磨
[0070]
将钢化玻璃破碎后放入球磨机中，以1000r/min的转速对破碎的钢化玻璃进行球磨得到玻璃微粉，玻璃微粉粒径为1-200μm。
[0071]
(3)配料
[0072]
以质量百分数计，按照以下比例称取玻璃微粉、碳化硅、磷酸三钠和硼酸并加入混料机混合均匀，得到混合料。
[0073]
表3实施例2混合料成分表
[0074]
[0075]
(4)烧结
[0076]
在石墨坩埚模具内层铺设一层酸洗石棉，然后将上述混合料装入石墨坩埚模具并送入马弗炉中进行烧结，首先以12-18℃/min的升温速率从室温升至450℃下预热25min；接着以16-22℃/min的升温速率从450℃继续升至850℃，并在此温度下保温30min，最后通过炉冷的方式冷却至室温。
[0077]
(5)脱模
[0078]
烧结体完成热处理阶段并冷却至室温之后自马弗炉取出，从模具中脱模后即可得到泡沫玻璃成品。
[0079]
实施例3
[0080]
如图1所示，本实施例提供一种利用废旧光伏组件钢化玻璃制备泡沫玻璃的方法，包括拆解、研磨、配料、烧结和脱模流程，具体操作如下：
[0081]
(1)拆解
[0082]
使用锤子或液压钳将光伏组件的铝合金边框从组件上拆卸下来，得到“玻璃-电池片-背板”的三明治结构，采用机械的方式拆解三明治结构得到钢化玻璃。
[0083]
(2)研磨
[0084]
将钢化玻璃破碎后放入球磨机中，以800r/min的转速对破碎的钢化玻璃进行球磨得到玻璃微粉，玻璃微粉粒径为1-200μm。
[0085]
(3)配料
[0086]
以质量百分数计，按照以下比例称取玻璃微粉、碳化硅、磷酸三钠和硼酸并加入混料机混合均匀，得到混合料。
[0087]
76％-86％、发泡剂8％-15％、稳泡剂2％-6％、助溶剂2％-5％
[0088]
表4实施例3混合料成分表
[0089][0090]
(4)烧结
[0091]
在石墨坩埚模具内层铺设一层酸洗石棉，然后将上述混合料装入石墨坩埚模具并送入马弗炉中进行烧结，首先以12-18℃/min的升温速率从室温升至400℃下预热20min；接着以16-22℃/min的升温速率从400℃继续升至800℃，并在此温度下保温70min，最后通过炉冷的方式冷却至室温。
[0092]
(5)脱模
[0093]
烧结体完成热处理阶段并冷却至室温之后自马弗炉取出，从模具中脱模后即可得到泡沫玻璃成品。
[0094]
实施例4
[0095]
如图1所示，本实施例提供一种利用废旧光伏组件钢化玻璃制备泡沫玻璃的方法，包括拆解、研磨、配料、烧结和脱模流程，具体操作如下：
[0096]
(1)拆解
[0097]
使用锤子或液压钳将光伏组件的铝合金边框从组件上拆卸下来，得到“玻璃-电池片-背板”的三明治结构，采用机械的方式拆解三明治结构得到钢化玻璃。
[0098]
(2)研磨
[0099]
将钢化玻璃破碎后放入球磨机中，以800r/min的转速对破碎的钢化玻璃进行球磨得到玻璃微粉，玻璃微粉粒径为1-200μm。
[0100]
(3)配料
[0101]
以质量百分数计，按照以下比例称取玻璃微粉、碳化硅、磷酸三钠和硼酸并加入混料机混合均匀，得到混合料。
[0102]
76％-86％、发泡剂8％-15％、稳泡剂2％-6％、助溶剂2％-5％
[0103]
表5实施例4混合料成分表
[0104][0105]
(4)烧结
[0106]
在石墨坩埚模具内层铺设一层酸洗石棉，然后将上述混合料装入石墨坩埚模具并送入马弗炉中进行烧结，首先以12-18℃/min的升温速率从室温升至420℃下预热25min；接着以16-22℃/min的升温速率从420℃继续升至830℃，并在此温度下保温40min，最后通过炉冷的方式冷却至室温。
[0107]
(5)脱模
[0108]
烧结体完成热处理阶段并冷却至室温之后自马弗炉取出，从模具中脱模后即可得到泡沫玻璃成品。
[0109]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种变换，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)拆解：采用机械方式拆解光伏组件并分离得到钢化玻璃；(2)研磨：将拆解得到的钢化玻璃破碎、球磨成钢化玻璃微粉；(3)配料：将玻璃微粉、发泡剂、稳泡剂及助溶剂混合放入混料机或球磨机中混合均匀，得到混合料；(4)烧结：将上述混合料装入模具中，送入马弗炉中进行热处理以形成烧结体；(5)脱模：热处理后的烧结体自马弗炉取出，从模具中脱模后即可得到泡沫玻璃成品。2.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的光伏组件为故障或达到使用年限的报废光伏组件。3.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的钢化玻璃微粉的粒径为1-200μm。4.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(3)混合料中玻璃微粉、发泡剂、稳泡剂和助溶剂的含量以质量百分数计，分别为76％-86％、8％-15％、2％-6％及2％-5％。5.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的发泡剂、稳泡剂和助溶剂均过200目筛网。6.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的发泡剂为碳化硅，稳泡剂为磷酸三钠，助溶剂为硼酸。7.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的模具为石英舟或石墨坩埚。8.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(4)烧结时在模具内层铺设一层酸洗石棉。9.根据权利要求1所述的一种制备泡沫玻璃的方法，其特征在于：所述步骤(4)中烧结时，首先以12-18℃/min的升温速率从室温升至400-450℃下预热20-25min；然后以16-22℃/min的升温速率从400-450℃继续升至800-850℃，并在此温度下保温30-70min，最后通过炉冷的方式冷却至室温。10.一种泡沫玻璃，其特征在于：由权利要求1-7任意一项所述方法制备得到。

技术总结
本发明涉及固体废物再利用技术领域，具体涉及一种制备泡沫玻璃的方法及泡沫玻璃。该泡沫玻璃的制备方法具体为：(1)拆解光伏组件并分离得到钢化玻璃；(2)将拆解得到的钢化玻璃破碎、球磨成钢化玻璃微粉；(3)玻璃微粉、发泡剂、稳泡剂及助溶剂混合得到混合料；(4)将混合料烧结形成烧结体；(5)脱模得到泡沫玻璃成品。本发明制备得到的泡沫玻璃机械强度高、热导率低、体积密度小，其热导率满足绝热材料标准，隔热保温效果良好，应用前景广阔；同时，本发明以报废光伏组件钢化玻璃作为原料，实现了废弃物资源化利用。资源化利用。资源化利用。


技术研发人员：吴智朋 高德东 王珊 蔡进浩 杜超凡 魏晓旭
受保护的技术使用者：青海大学
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/6