專(zhuān)利名稱(chēng)：利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，該磷渣鑄石 產(chǎn)品主要用于建筑裝飾領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以磷礦石作為原料，用電爐法制取黃磷，排出以CaO、 Si02為主要成分的溫度在 135(TC以上的高溫熔融物，即為高溫磷渣液。若將高溫磷渣液經(jīng)水淬冷卻成渣，即為磷 渣，是一種工業(yè)固體廢物。通常，每生產(chǎn)lt黃磷，將排出8~10t磷渣。我國(guó)現(xiàn)役的磷 渣資源化技術(shù)主要是利用水淬冷卻后的磷渣生產(chǎn)水泥，其摻量通常不高于30%;也有利 用磷渣生產(chǎn)低附加值的燒結(jié)磚、免燒磚等建筑材料。此外，也有利用磷渣制備微晶玻璃 的研究報(bào)道和專(zhuān)利申請(qǐng)。鑄石具有結(jié)構(gòu)致密、硬度高、耐磨、耐腐蝕、抗風(fēng)化能力強(qiáng)等優(yōu)良物化性質(zhì)，可作 為建筑裝飾材料。然而，常規(guī)的鑄石產(chǎn)品是由常溫狀態(tài)下的玄武巖、輝綠巖、白云石、 工業(yè)廢渣等生料經(jīng)破碎、熔化、澆鑄、晶化、退火等工序制成，由于原料的破碎、熔化 能耗很高，相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑裝飾材料如陶瓷而言，鑄石的生產(chǎn)成本較高，難以大規(guī)模 用于建筑裝飾領(lǐng)域。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)役的磷渣資源化技術(shù)主要采用淬冷后的磷渣，存在高溫磷渣液的熱能不能利 用的不足，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)役鑄石產(chǎn)品的制備主要以生料進(jìn)行配料、熔制，存在加熱熔化能 耗過(guò)高、生產(chǎn)成本較高、不適合大規(guī)模用作建筑裝飾材料的不足，本發(fā)明的目的在于提 供一種利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，該方法直接利用高溫磷渣 液制備建筑裝飾用磷渣鑄石，有效利用了高溫磷渣液的熱能，實(shí)現(xiàn)磷渣液的直接資源化， 降低鑄石生產(chǎn)的能耗和生產(chǎn)成本。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄 石的生產(chǎn)工藝，其特征在于它包括以下步驟(1) 輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm 的石英砂和高嶺土按21~27: 4~8的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至 1300~1450°C，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(l) 中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為65~75: 25~35;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1450 158(TC,保溫時(shí)間為 120 240min;在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使 磷渣液在輔助原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4) 成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型或壓制成型或
壓延成型工藝，將改性磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5)晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯或梭式窯或輥道窯中，在1000 U50 'C下晶化處理60 120min，再退火冷卻至室溫，制得建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。 附圖1給出了本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。在步驟(1)中，將輔助原料進(jìn)行預(yù)熱的目的在于，減小輔助原料與高溫磷渣液之 間的溫差，防止高溫磷渣液與輔助原料接觸時(shí)驟然冷凝結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，從而有利于輔助原料 在高溫磷渣液中的分散，也有利于二者之間的混合以及各種高溫化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在步驟(1)中，高嶺土也可用其它種類(lèi)的粘土代替，如蒙脫石類(lèi)粘土或伊利石類(lèi) 粘土。在步驟(2)中，連接煉磷電爐和池窯的流液槽采用保溫設(shè)施，必要時(shí)，可使用電 加熱設(shè)備對(duì)流液槽進(jìn)行加熱保溫，以使從煉磷電爐流出的高溫磷渣液能以液體狀態(tài)順利 流入池窯。在步驟(2)中，在高溫磷渣液流入池窯時(shí)，輔助原料應(yīng)按高溫磷渣的流入量按投 料質(zhì)量比例同步投入池窯，其目的在于提高輔助原料在高溫磷渣液中的初始分散度，從 而有利于高溫磷渣液與輔助原料的接觸、混合以及各種高溫化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在步驟(3)中，可在池窯中設(shè)置攪拌設(shè)備，以利于高溫磷渣液與輔助原料的混合， 同時(shí)提高改性磷渣液的料性均勻性。在步驟(3)中，若生產(chǎn)條件許可，池窯熔化部的溫度應(yīng)盡可能高，以降低磷渣液 的粘度，從而有利于磷渣液的流動(dòng)，提高磷渣液與輔助原料接觸、混合的機(jī)率，加速高 溫化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。在本發(fā)明中，輔助原料的摻入主要是為了對(duì)純磷渣液進(jìn)行改性，以利于鑄石前軀體 的晶化和磷渣鑄石產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度的提高。這是由于純磷渣液的化學(xué)組成范圍為(質(zhì)量百 分比)35~41%Si02、 2~4%A1203、 43~49%CaO、 4~10%其它成分，其化學(xué)組成特點(diǎn)是 CaO含量偏高、Si02和八1203含量偏低，因此，純磷渣液的澆鑄體經(jīng)晶化處理后，不能 獲得機(jī)械強(qiáng)度較好的磷渣鑄石產(chǎn)品。相反，通過(guò)摻加輔助原料，對(duì)磷渣液的化學(xué)組成進(jìn) 行調(diào)整，制得的改性磷渣液的化學(xué)組成范圍為(質(zhì)量百分比)50~60%SiO2、 5~8%A1203、 28~35%CaO、 4~10%其它成分，則可將改性磷渣液的澆鑄體有效晶化為機(jī)械強(qiáng)度大于 25MPa的磷渣鑄石產(chǎn)品，基本滿(mǎn)足建筑裝飾材料的強(qiáng)度要求。在本發(fā)明中，所制得的磷渣鑄石產(chǎn)品呈白色。若要制備其它顏色的磷渣鑄石產(chǎn)品， 只需在本發(fā)明步驟(1)中與石英砂、高嶺土一起摻加適量的著色劑即可。本發(fā)明的有益效果如下(1) 可有效利用高溫磷渣液的熱能。通常煉磷電爐排出的磷渣液溫度在1350'C以 上，是一種高溫熔融態(tài)物質(zhì)，蘊(yùn)含大量的熱能?，F(xiàn)役的磷渣資源化技術(shù)通常是將淬冷后 的磷渣作為原料進(jìn)行資源化利用。磷渣液的冷卻導(dǎo)致了熱能的巨大浪費(fèi)。在本發(fā)明中， 直接引用煉磷電爐排放的高溫磷渣液作為主要原料進(jìn)行建筑裝飾用磷渣鑄石的制備，且 磷渣液的摻量高達(dá)65%以上，可有效回收利用磷渣液的熱能；(2) 可有效實(shí)現(xiàn)磷渣的資源化。將煉磷電爐排出的磷渣液全部流入池窯，并在輔 助原料的改性作用下，最終制得建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品，可將煉磷后的磷渣廢物全部 資源化，使整個(gè)黃磷生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)廢物的零排放，達(dá)到清潔生產(chǎn)要求，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念；
(3) 可節(jié)省鑄石生產(chǎn)的能耗、降低鑄石的生產(chǎn)成本。常規(guī)的鑄石產(chǎn)品是由常溫狀 態(tài)下的玄武巖、輝綠巖、白云石、工業(yè)廢渣等生料經(jīng)破碎、熔化、澆鑄、結(jié)晶、退火等 工序制成，由于原料的破碎、熔化能耗很高，相對(duì)于傳統(tǒng)的建筑裝飾材料如陶瓷而言， 鑄石的生產(chǎn)成本較高，難以大規(guī)模用于建筑裝飾領(lǐng)域。在本發(fā)明中，直接引用高溫磷渣 液作為主要原料，磷渣液不需要破碎處理，同時(shí)磷渣液本身呈熔融狀態(tài)，蘊(yùn)含大量的熱 能，因此，利用高溫磷渣液作為主要原料生產(chǎn)磷渣鑄石，相對(duì)于常規(guī)的鑄石生產(chǎn)，可節(jié) 省原料的破碎能耗和生料的熔融能耗，大幅度降低了鑄石產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使其成為一 類(lèi)生產(chǎn)成本低廉的建筑裝飾材料，可完全適合于大規(guī)模的建筑裝飾之用；(4) 有利于環(huán)境保護(hù)。正如(3)中所述，本發(fā)明直接以高溫磷渣液作為主要原料 生產(chǎn)的鑄石是一類(lèi)制造成本低廉的建筑裝飾材料，可大規(guī)模的用于建筑裝飾，相應(yīng)地有 利于大量的消納磷渣這一廢物，變廢為寶，徹底解決磷渣占用土地、破壞生態(tài)環(huán)境等問(wèn) 題，減輕黃磷生產(chǎn)對(duì)當(dāng)?shù)鼐用袼斐傻娜松斫】低{；(5) 配料簡(jiǎn)單、生產(chǎn)工藝易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中，輔助原料僅為石英砂和高嶺土。 輔助原料種類(lèi)少，摻量低，在1300 145(TC下無(wú)自熔能力，在預(yù)熱過(guò)程中不會(huì)熔結(jié)成團(tuán)， 故在生產(chǎn)中，容易將預(yù)熱后的輔助原料摻加到高溫磷渣液中，并借助熱液對(duì)流過(guò)程實(shí)現(xiàn) 輔助原料與高溫磷渣液的混合，并完成硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)純磷渣液的改性。此外，由于鑄石前軀體晶化能力很強(qiáng)，化學(xué)組成范圍較寬，故鑄石在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì) 熔體(本發(fā)明具體為改性磷渣液)的料性均勻性、化學(xué)組成、氣泡率等要求均不高，工 藝條件寬松，因此，本發(fā)明采用熱配料方式，即將輔助原料直接投到高溫磷渣液中進(jìn)行 配料，既使熔制的改性磷渣液料性不太均勻，化學(xué)組成有所波動(dòng)，或含有少量氣泡，均 不會(huì)影響鑄石產(chǎn)品的生產(chǎn)，故本發(fā)明在生產(chǎn)中易于實(shí)現(xiàn)。相較而言，利用磷渣制備微晶 玻璃，則需摻加多種輔助原料，如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00510003205.6的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)所 示，該專(zhuān)利的輔助原料為5種(不計(jì)色料)，且微晶玻璃的制備對(duì)熔塊料(母玻璃)的 料性均勻性、化學(xué)組成、氣泡率等要求嚴(yán)格，很難通過(guò)熱配料方式將輔助原料直接摻加 到高溫磷渣液中，故該專(zhuān)利申請(qǐng)中采用了冷配料方式，即利用冷卻后的磷渣作為主要原 料，通過(guò)摻加輔助原料進(jìn)行強(qiáng)制混合后完成配料過(guò)程。


圖1是本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合圖l和實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā) 明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。實(shí)施例1:如圖1所示，利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟(1) 輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm 的石英砂和高嶺土按22: 8的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至1400 'C，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(l)
中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為70: 30;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為155CTC，保溫時(shí)間為180min;在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使磷渣液在輔助原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4) 成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型工藝，將改性磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5) 晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯，在IIO(TC下晶化處理90min;再 按20°C/min冷卻速率冷至800°C、按10°C/min冷卻速率冷至600°C、按8°C/min冷卻速 率冷至室溫，完成退火冷卻過(guò)程，制得白色的建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。實(shí)施例2:利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟-(1) 輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm 的石英砂和高嶺土按25: IO的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至1400 °C，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(l) 中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為65: 35;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1550°C，保溫時(shí)間為240min; 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使磷渣液在輔助 原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4) 成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型工藝，將改性 磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5) 晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯，在113(TC下晶化處理120min;再 按20°C/min冷卻速率冷至800°C 、按10°C/min冷卻速率冷至600°C 、按8°C/min冷卻速 率冷至室溫，完成退火冷卻過(guò)程，制得白色的建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。實(shí)施例3:利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟-(1) 輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm 的石英砂和高嶺土按20: 5的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至1400 °C，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(l) 中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為75: 25;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1550°C，保溫時(shí)間為120min。 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使磷渣液在輔助 原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4) 成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型工藝，將改性 磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5) 晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯，在IIO(TC下晶化處理60min;再 按20°C/min冷卻速率冷至800°C 、按10°C/min冷卻速率冷至600°C 、按8°C/min冷卻速 率冷至室溫，完成退火冷卻過(guò)程，制得白色的建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。
實(shí)施例4:利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟-(1) 輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm 的石英砂和高嶺土按18: 7的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至1300 °C，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(l) 中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為75: 25;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1450°C，保溫時(shí)間為240min。 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使磷渣液在輔助 原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4) 成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型工藝，將改性 磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5) 晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯，在100(TC下晶化處理120min;再 按20°C/min冷卻速率冷至800°C、按10°C/min冷卻速率冷至600°C、按8°C/min冷卻速 率冷至室溫，完成退火冷卻過(guò)程，制得白色的建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。實(shí)施例5:利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，它包括以下步驟(1) 輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm 的石英砂和高嶺土按27: 8的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至1300 °C，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(l) 中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為65: 35;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1580°C，保溫時(shí)間為240min。 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使磷渣液在輔助 原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4) 成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型工藝，將改性 磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5) 晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯，在115(TC下晶化處理120min;再 按20°C/min冷卻速率冷至80(TC 、按10°C/min冷卻速率冷至600°C 、按8°C/min冷卻速 率冷至室溫，完成退火冷卻過(guò)程，制得白色的建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，其特征在于它包括以下步驟(1)輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小于0.5mm的石英砂和高嶺土按21～27∶4～8的質(zhì)量比例稱(chēng)量并混合均勻，再投入窯爐中，預(yù)熱至1300～1450℃，得預(yù)熱后的輔助原料，備用；(2)熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將步驟(1)中制得的預(yù)熱后的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為65～75∶25～35；(3)混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1450～1580℃，保溫時(shí)間為120～240min；在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發(fā)生硅酸鹽反應(yīng)和玻璃化反應(yīng)，使磷渣液在輔助原料作用下轉(zhuǎn)化為料性均勻的改性磷渣液；(4)成型改性磷渣液從池窯的出料口流出，采用常規(guī)的澆鑄成型或壓制成型或壓延成型工藝，將改性磷渣液成型為板狀的鑄石前軀體；(5)晶化和退火將鑄石前軀體轉(zhuǎn)移至隧道窯或梭式窯或輥道窯中，在1000～1150℃下晶化處理60～120min，再退火冷卻至室溫，制得建筑裝飾用磷渣鑄石產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝。利用高溫磷渣液制備建筑裝飾用磷渣鑄石的生產(chǎn)工藝，其特征在于它包括以下步驟(1)輔助原料的配制和預(yù)熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，預(yù)熱至1300～1450℃；(2)熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過(guò)流液槽流入池窯，并將輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質(zhì)量比為65～75∶25～35；(3)混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為1450～1580℃；(4)成型；(5)晶化和退火在1000～1150℃下晶化處理60～120min，再退火冷卻至室溫，制得產(chǎn)品。本發(fā)明可有效利用高溫磷渣液的熱能，實(shí)現(xiàn)磷渣液的直接資源化，降低鑄石生產(chǎn)的能耗和生產(chǎn)成本，使磷渣鑄石能適應(yīng)大規(guī)模的建筑裝飾之用。
文檔編號(hào)C04B32/00GK101157540SQ200710053370
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者俊 周, 王焰新, 杼 舒 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)