利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝的製作方法

2023-09-19 10:48:45 2

專利名稱：利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，該磷渣鑄石 產品主要用於建築裝飾領域。
背景技術：
以磷礦石作為原料，用電爐法製取黃磷，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。若將高溫磷渣液經水淬冷卻成渣，即為磷 渣，是一種工業固體廢物。通常，每生產lt黃磷，將排出8~10t磷渣。我國現役的磷 渣資源化技術主要是利用水淬冷卻後的磷渣生產水泥，其摻量通常不高於30%;也有利 用磷渣生產低附加值的燒結磚、免燒磚等建築材料。此外，也有利用磷渣製備微晶玻璃 的研究報導和專利申請。鑄石具有結構緻密、硬度高、耐磨、耐腐蝕、抗風化能力強等優良物化性質，可作 為建築裝飾材料。然而，常規的鑄石產品是由常溫狀態下的玄武巖、輝綠巖、白雲石、 工業廢渣等生料經破碎、熔化、澆鑄、晶化、退火等工序製成，由於原料的破碎、熔化 能耗很高，相對於傳統的建築裝飾材料如陶瓷而言，鑄石的生產成本較高，難以大規模 用於建築裝飾領域。發明內容針對現役的磷渣資源化技術主要採用淬冷後的磷渣，存在高溫磷渣液的熱能不能利 用的不足，同時針對現役鑄石產品的製備主要以生料進行配料、熔制，存在加熱熔化能 耗過高、生產成本較高、不適合大規模用作建築裝飾材料的不足，本發明的目的在於提 供一種利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，該方法直接利用高溫磷渣 液製備建築裝飾用磷渣鑄石，有效利用了高溫磷渣液的熱能，實現磷渣液的直接資源化， 降低鑄石生產的能耗和生產成本。為了實現上述目的，本發明的技術方案是利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄 石的生產工藝，其特徵在於它包括以下步驟(1) 輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm 的石英砂和高嶺土按21~27: 4~8的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至 1300~1450°C，得預熱後的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(l) 中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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,保溫時間為 120 240min;在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使 磷渣液在輔助原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型或壓製成型或
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，製得建築裝飾用磷渣鑄石產品。 附圖1給出了本發明的生產工藝流程圖。在步驟(1)中，將輔助原料進行預熱的目的在於，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驟然冷凝結團現象，從而有利於輔助原料 在高溫磷渣液中的分散，也有利於二者之間的混合以及各種高溫化學反應的進行。在步驟(1)中，高嶺土也可用其它種類的粘土代替，如蒙脫石類粘土或伊利石類 粘土。在步驟(2)中，連接煉磷電爐和池窯的流液槽採用保溫設施，必要時，可使用電 加熱設備對流液槽進行加熱保溫，以使從煉磷電爐流出的高溫磷渣液能以液體狀態順利 流入池窯。在步驟(2)中，在高溫磷渣液流入池窯時，輔助原料應按高溫磷渣的流入量按投 料質量比例同步投入池窯，其目的在於提高輔助原料在高溫磷渣液中的初始分散度，從 而有利於高溫磷渣液與輔助原料的接觸、混合以及各種高溫化學反應的進行。在步驟(3)中，可在池窯中設置攪拌設備，以利於高溫磷渣液與輔助原料的混合， 同時提高改性磷渣液的料性均勻性。在步驟(3)中，若生產條件許可，池窯熔化部的溫度應儘可能高，以降低磷渣液 的粘度，從而有利於磷渣液的流動，提高磷渣液與輔助原料接觸、混合的機率，加速高 溫化學反應的進行。在本發明中，輔助原料的摻入主要是為了對純磷渣液進行改性，以利於鑄石前軀體 的晶化和磷渣鑄石產品機械強度的提高。這是由於純磷渣液的化學組成範圍為(質量百 分比)35~41%Si02、 2~4%A1203、 43~49%CaO、 4~10%其它成分，其化學組成特點是 CaO含量偏高、Si02和八1203含量偏低，因此，純磷渣液的澆鑄體經晶化處理後，不能 獲得機械強度較好的磷渣鑄石產品。相反，通過摻加輔助原料，對磷渣液的化學組成進 行調整，製得的改性磷渣液的化學組成範圍為(質量百分比)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械強度大於 25MPa的磷渣鑄石產品，基本滿足建築裝飾材料的強度要求。在本發明中，所製得的磷渣鑄石產品呈白色。若要製備其它顏色的磷渣鑄石產品， 只需在本發明步驟(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，是一種高溫熔融態物質，蘊含大量的熱能。現役的磷渣資源化技術通常是將淬冷後 的磷渣作為原料進行資源化利用。磷渣液的冷卻導致了熱能的巨大浪費。在本發明中， 直接引用煉磷電爐排放的高溫磷渣液作為主要原料進行建築裝飾用磷渣鑄石的製備，且 磷渣液的摻量高達65%以上，可有效回收利用磷渣液的熱能；(2) 可有效實現磷渣的資源化。將煉磷電爐排出的磷渣液全部流入池窯，並在輔 助原料的改性作用下，最終製得建築裝飾用磷渣鑄石產品，可將煉磷後的磷渣廢物全部 資源化，使整個黃磷生產實現廢物的零排放，達到清潔生產要求，符合循環經濟理念；
(3) 可節省鑄石生產的能耗、降低鑄石的生產成本。常規的鑄石產品是由常溫狀 態下的玄武巖、輝綠巖、白雲石、工業廢渣等生料經破碎、熔化、澆鑄、結晶、退火等 工序製成，由於原料的破碎、熔化能耗很高，相對於傳統的建築裝飾材料如陶瓷而言， 鑄石的生產成本較高，難以大規模用於建築裝飾領域。在本發明中，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，同時磷渣液本身呈熔融狀態，蘊含大量的熱 能，因此，利用高溫磷渣液作為主要原料生產磷渣鑄石，相對於常規的鑄石生產，可節 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品的生產成本，使其成為一 類生產成本低廉的建築裝飾材料，可完全適合於大規模的建築裝飾之用；(4) 有利於環境保護。正如(3)中所述，本發明直接以高溫磷渣液作為主要原料 生產的鑄石是一類製造成本低廉的建築裝飾材料，可大規模的用於建築裝飾，相應地有 利於大量的消納磷渣這一廢物，變廢為寶，徹底解決磷渣佔用土地、破壞生態環境等問 題，減輕黃磷生產對當地居民所造成的人身健康威脅；(5) 配料簡單、生產工藝易於實現。本發明中，輔助原料僅為石英砂和高嶺土。 輔助原料種類少，摻量低，在1300 145(TC下無自熔能力，在預熱過程中不會熔結成團， 故在生產中，容易將預熱後的輔助原料摻加到高溫磷渣液中，並藉助熱液對流過程實現 輔助原料與高溫磷渣液的混合，並完成矽酸鹽反應和玻璃化反應，實現對純磷渣液的改性。此外，由於鑄石前軀體晶化能力很強，化學組成範圍較寬，故鑄石在實際生產中對 熔體(本發明具體為改性磷渣液)的料性均勻性、化學組成、氣泡率等要求均不高，工 藝條件寬鬆，因此，本發明採用熱配料方式，即將輔助原料直接投到高溫磷渣液中進行 配料，既使熔制的改性磷渣液料性不太均勻，化學組成有所波動，或含有少量氣泡，均 不會影響鑄石產品的生產，故本發明在生產中易於實現。相較而言，利用磷渣製備微晶 玻璃，則需摻加多種輔助原料，如中國專利申請號為200510003205.6的專利說明書所 示，該專利的輔助原料為5種(不計色料)，且微晶玻璃的製備對熔塊料(母玻璃)的 料性均勻性、化學組成、氣泡率等要求嚴格，很難通過熱配料方式將輔助原料直接摻加 到高溫磷渣液中，故該專利申請中採用了冷配料方式，即利用冷卻後的磷渣作為主要原 料，通過摻加輔助原料進行強制混合後完成配料過程。


圖1是本發明生產工藝流程圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發明，以下結合圖l和實施例進一步闡明本發明的內容，但本發 明的內容不僅僅局限於下面的實施例。實施例1:如圖1所示，利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，它包括以下步驟(1) 輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm 的石英砂和高嶺土按22: 8的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至1400 'C，得預熱後的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(l)
中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為70: 30;(3) 混熔磷渣液與輔助原料在池窯中的混熔溫度為155CTC，保溫時間為180min;在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使磷渣液在輔助原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型工藝，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，完成退火冷卻過程，製得白色的建築裝飾用磷渣鑄石產品。實施例2:利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，它包括以下步驟-(1) 輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm 的石英砂和高嶺土按25: IO的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至1400 °C，得預熱後的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(l) 中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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，保溫時間為240min; 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使磷渣液在輔助 原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型工藝，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，完成退火冷卻過程，製得白色的建築裝飾用磷渣鑄石產品。實施例3:利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，它包括以下步驟-(1) 輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm 的石英砂和高嶺土按20: 5的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至1400 °C，得預熱後的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(l) 中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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，保溫時間為120min。 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使磷渣液在輔助 原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型工藝，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，完成退火冷卻過程，製得白色的建築裝飾用磷渣鑄石產品。
實施例4:利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，它包括以下步驟-(1) 輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm 的石英砂和高嶺土按18: 7的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至1300 °C，得預熱後的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(l) 中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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，保溫時間為240min。 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使磷渣液在輔助 原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型工藝，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，完成退火冷卻過程，製得白色的建築裝飾用磷渣鑄石產品。實施例5:利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，它包括以下步驟(1) 輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm 的石英砂和高嶺土按27: 8的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至1300 °C，得預熱後的輔助原料，備用；(2) 熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(l) 中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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，保溫時間為240min。 在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使磷渣液在輔助 原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型工藝，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，完成退火冷卻過程，製得白色的建築裝飾用磷渣鑄石產品。
權利要求
1.利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，其特徵在於它包括以下步驟(1)輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，將粒度小於0.5mm的石英砂和高嶺土按21～27∶4～8的質量比例稱量並混合均勻，再投入窯爐中，預熱至1300～1450℃，得預熱後的輔助原料，備用；(2)熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將步驟(1)中製得的預熱後的輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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℃，保溫時間為120～240min；在該混熔溫度下，磷渣液與輔助原料間發生矽酸鹽反應和玻璃化反應，使磷渣液在輔助原料作用下轉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，採用常規的澆鑄成型或壓製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，製得建築裝飾用磷渣鑄石產品。
全文摘要
本發明涉及一種製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝。利用高溫磷渣液製備建築裝飾用磷渣鑄石的生產工藝，其特徵在於它包括以下步驟(1)輔助原料的配製和預熱以石英砂和高嶺土作為輔助原料，預熱至1300～1450℃；(2)熱配料將由煉磷電爐排出的高溫磷渣液通過流液槽流入池窯，並將輔助原料同步投入池窯，其中，磷渣液與輔助原料的質量比為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，製得產品。本發明可有效利用高溫磷渣液的熱能，實現磷渣液的直接資源化，降低鑄石生產的能耗和生產成本，使磷渣鑄石能適應大規模的建築裝飾之用。
文檔編號C04B32/00GK101157540SQ200710053370
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者俊 周, 王焰新, 杼 舒 申請人:中國地質大學(武漢)