以磷渣為主材開發(fā)生產(chǎn)微晶熔塊及微晶玻璃飾板

賀勇，彭能華

（貴州省建筑材料科學研究設計院，貴州貴陽　550007）

以磷渣為主材開發(fā)生產(chǎn)微晶熔塊及微晶玻璃飾板

賀勇，彭能華

（貴州省建筑材料科學研究設計院，貴州貴陽550007）

磷渣中含有大量玻璃體，以磷渣為主材，摻配適量的輔助原料，以黃磷尾氣作熔塊爐和晶化窯燃料，采用“高溫熔制、受控晶化”技術(shù)，開發(fā)生產(chǎn)微晶熔塊及微晶玻璃飾板，工藝路線成熟，裝備運行可靠，既可以實現(xiàn)磷渣的建材資源化綜合利用，又能為建筑工程提供理化性能和力學性能優(yōu)越的、高檔的新型建筑裝飾材料產(chǎn)品。

玻璃體；高溫熔制；受控晶化；微晶熔塊；微晶玻璃飾板

0　前言

微晶玻璃亦稱結(jié)晶化玻璃，是由適當組成的玻璃顆粒經(jīng)燒結(jié)和晶化，制成由結(jié)晶相和玻璃相組成的質(zhì)地堅實、致密均勻的復相材料［1］。微晶玻璃飾板是采用無機非金屬材料為原料首先制成玻璃熔塊、再運用受控晶化技術(shù)將玻璃熔塊在適當?shù)臒峁ぶ贫认戮Щ玫男滦徒ㄖb飾材料，它綜合了玻璃與陶瓷的理化性能和力學性能，其色澤美觀、表面花紋精美，具有強度、硬度高，不褪色，耐腐蝕，吸水率低，無放射性等特點，適用于建筑物的內(nèi)外墻、地面、柱體及家具、洗面臺等的裝修裝飾。

微晶玻璃的生產(chǎn)通常采用天然硅石為原料，但近年來的研究成果表明，完全可以用冶金爐渣、磷渣等作為主要原材料。本項目采用磷渣為主材，摻配少量的石英砂（SiO2），加入氧化鋅（ZnO）、剛玉粉（Al2O3）、純堿（Na2CO3）、硼砂（B2O3）等作為調(diào)整劑，將磷渣成分調(diào)整與微晶玻璃的成分一致，并采用經(jīng)凈化處理的黃磷尾氣作燃料為熔塊爐、晶化窯提供熱源，開發(fā)生產(chǎn)微晶熔塊及微晶玻璃飾板。

磷渣含有大量以鈣黃長石（C2AS）、硅酸二鈣（C2S）、假硅灰石（α-CS）為晶相的玻璃體。黃磷尾氣主要成分為CO，其含量高達90%以上，黃磷尾氣熱值為11 806.78 kJ/Nm3，折合標煤0.403 kg/Nm3，經(jīng)凈化處理后是生產(chǎn)微晶玻璃的理想燃料。通過前期的研究和半工業(yè)性試驗，在CaO-MgO-Al2O3-SiO2-P2O5-F系玻璃中，P2O5的存在使玻璃產(chǎn)生了分相，Ca2+、Mg2+等離子從硅酸鹽相向磷酸鹽相富集，分相又促進了該系統(tǒng)的整體析晶，這種作用是通過大量細小液滴相在玻璃中整體晶化成磷灰石微小球形晶體實現(xiàn)的，分相使玻璃組分重新組合，提高了每一相中晶體的析晶驅(qū)動力，這些特性為磷渣作為微晶玻璃生產(chǎn)的主要原料提供了技術(shù)基礎。

在微晶玻璃生產(chǎn)過程中無污染物排出，其產(chǎn)品屬人工合成，生產(chǎn)成本低，色度可調(diào)，具有良好的市場競爭力。

1　生產(chǎn)規(guī)模與產(chǎn)品方案

1.1生產(chǎn)規(guī)模

微晶熔塊：12萬t/a；微晶玻璃飾板：60萬m2/a。

1.2產(chǎn)品方案

主導產(chǎn)品：微晶玻璃熔塊料；2400 mm×1200 mm×18 mm普型板（P）。

其它產(chǎn)品：1800 mm×1200 mm×12 mm普型板（P）；1200 mm×900 mm×16 mm普型板（P）；各種規(guī)格異形板（Y）。

2　原材料和燃料供應條件

（1）磷渣

年需用量86 598 t。貴州某磷礦化工有限責任公司生產(chǎn)過程中排出磷渣55～66萬t/a。磷渣直接從黃磷生產(chǎn)線排放點通過皮帶機轉(zhuǎn)運至本項目磷渣儲庫。其化學成分見表1。

（2）石英砂

年需用量46 391 t。企業(yè)自備礦山，C+D級儲量170萬t，開采、破碎后由汽車運輸進廠儲存待用。其化學成分見表1。

（3）氧化鋅

年需用量2756.16 t。氧化鋅（ZnO）用作晶相調(diào)整化學助劑，市售。

（4）剛玉粉

年需用量6857 t。剛玉粉（Al2O3）用作晶相調(diào)整化學助劑，市售，其化學成分見表1。

（5）純堿

年需用量6857 t。純堿（Na2CO3）用作晶相調(diào)整化學助劑，市售。

（6）硼砂

年需用量4101 t。硼砂用作晶相調(diào)整化學助劑，市售，其化學成分見表1。

表1　原料的化學成分%

（7）黃磷尾氣

年需用量9457萬m3。其中12萬t/a微晶熔塊需用7128萬m3，60萬m2/a微晶玻璃飾板的晶化需用2329萬m3。貴州某磷礦化工有限責任公司黃磷生產(chǎn)過程中排出黃磷尾氣約14 000萬Nm3/a，單位熱值為11 806.78 kJ/Nm3，1 m3尾氣相當于0.2857 kg重油的熱值，折合標煤0.403 kg/Nm3，每年可提供相當于56 420 t標煤的燃料。本項目利用黃磷尾氣提供熱源，年消耗黃磷尾氣9457萬Nm3，可節(jié)約標煤38 113 t。黃磷尾氣由尾氣處理站經(jīng)凈化處理后通過管道輸送至本項目儲氣裝置，供熔塊及晶化生產(chǎn)使用。

3　供電和供水條件

本項目裝機容量800 kW，計算負荷600 kW，年耗電量4320×104kW·h。企業(yè)已建有110 kV開關站和35 kV動力變電站，其中35 kV站變供電能力尚有2000 kVA富余，本項目電源由35 kV站引來一路10 kV電纜線路，新設變電所1座，含高壓配電室、變壓器室、低壓配電室，內(nèi)設10/0.4 kV、800 kVA變壓器1臺，以放射式配電方式向生產(chǎn)線供電。

日需用水量200 m3/d。其中生產(chǎn)用水量180 m3/d，生活及輔助生產(chǎn)車間用水量20 m3/d，設計循環(huán)水利用率95%?？紤]冷卻、蒸發(fā)等用水損失10%，日補充水量20 m3。采用城市自來水管網(wǎng)供水，供水能力400 m3/d。全廠按一次火災延續(xù)時間2 h計，室外消防用水量為20 L/s，消防水壓大于9.8×104Pa，則1次火災消防總用水量為144 m3，本項目設計300 m3高位水池來確保消防水量、水壓要求。

4　工藝技術(shù)路線

4.1配料方案

采用磷渣為主要原料，石英砂、氧化鋅、剛玉粉、純堿和硼砂為輔助原料；采用黃磷尾氣為燃料；生產(chǎn)微晶熔塊及微晶玻璃飾板。

通過半工業(yè)性試驗所取得的相關參數(shù)和指標，根據(jù)表1所示的化學成分進行配料計算，生產(chǎn)微晶熔塊的原料配合比設計方案見表2，微晶熔塊的化學成分見表3。

表2　原料配合比設計方案

表3　微晶熔塊的化學成分%

4.2物料平衡計算

按每年300 d、每天3班、每班7.5 h的生產(chǎn)作業(yè)制度，熔融爐及晶化爐年利用率82.2%，根據(jù)消耗定額及配比計算物料平衡量。以干基計：12萬t/a微晶熔塊需用磷渣73 609 t/a、石英砂44 994 t/a、氧化鋅2743 t/a、剛玉粉6818 t/a、純堿6818 t/a、硼砂4088 t/a，需用黃磷尾氣7128 m3/a；60萬m2/a微晶玻璃飾板需用磷渣24 114 t/a、石英砂14 740 t/a、氧化鋅899 t/a、剛玉粉2233 t/a、純堿2233 t/a、硼砂1339 t/a，需用黃磷尾氣4661×104m3/a。

4.3主要設備配置

生產(chǎn)線由原料處理、尾氣凈化、熔制、晶化、切磨拋光、產(chǎn)品儲運組成。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要設備配置見表4。

表4　主要設備配置

4.4生產(chǎn)工藝過程簡述

采用“高溫熔制、受控晶化”的技術(shù)路線作為基本工藝，其主要生產(chǎn)過程是將滿足表1化學成分要求的磷渣、石英砂（SiO2）、氧化鋅（ZnO）、剛玉粉（Al2O3）、純堿（Na2CO3）、硼砂（B2O3）等6種組分原輔材料按表2的配比計量配料、混合均勻后進入料倉，均勻的混合料按時加入熔塊爐中進行高溫熔化成玻璃液后流出，熔化后的熔料經(jīng)水淬后得到不同顆粒的微晶熔料。將微晶熔料進行烘干、篩分，篩分后的熔料鋪設在窯具上（用邊條在四周擋住的成型棚板），送入晶化窯進行高溫燒結(jié)晶化，退火冷卻，出爐得到微晶玻璃高級飾板毛板。對毛板進行切割、打磨、拋光，經(jīng)包裝即得微晶玻璃高級飾板成品。

黃磷尾氣由尾氣處理站經(jīng)凈化處理后通過管道輸送至儲氣裝置，供熔塊爐和晶化窯生產(chǎn)用熱。

通常，燒結(jié)法表面易出現(xiàn)氣孔，造成表面缺陷和翹曲及切磨時開裂。針對此問題，開發(fā)了用于控制玻璃微珠表面析晶能力的添加劑，采取表面處理工藝、多步熱處理工藝、基底預熱等技術(shù)以及實施低氣孔率微晶玻璃生產(chǎn)工藝，使得產(chǎn)品表面氣孔率降到最低，性能得到大幅度提高，經(jīng)檢測產(chǎn)品性能指標均符合JC/T 872—2000《建筑裝飾用微晶玻璃》標準要求。其生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1　微晶玻璃飾板的生產(chǎn)工藝流程

5　產(chǎn)品性能

經(jīng)過化驗分析，磷渣中硅含量偏低，以磷渣為主要原料生產(chǎn)微晶玻璃飾板的產(chǎn)品，摻配含SiO2達98.54%的石英砂后，將生產(chǎn)的微晶玻璃飾板進行性能測試，并與天然花崗石板材進行比較，測試結(jié)果見表5、表6。

表5　磷渣微晶玻璃飾板性能測試結(jié)果

表6　同規(guī)格普型（P）磷渣微晶玻璃飾板與天然花崗石板材性能比較

由表6可見，微晶玻璃飾板性能明顯優(yōu)于天然花崗石板材。

6　產(chǎn)品技術(shù)特點

（1）以磷渣為主材、黃磷尾氣作燃料，就地取材，綜合利用，產(chǎn)品成本較低。

（2）采用高溫熔塊爐熔制微晶玻璃熔塊料，熱效率高、熔制質(zhì)量好、易于操作和調(diào)節(jié)。

（3）采用晶化窯生產(chǎn)微晶玻璃飾板，可以實現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)、自動化控制，易于掌握工藝指標，產(chǎn)品方案調(diào)節(jié)靈活，產(chǎn)品合格率高。

7　結(jié)語

以磷渣為主要原料、黃磷尾氣作燃料開發(fā)生產(chǎn)微晶熔塊及微晶玻璃飾板，技術(shù)路線可行、工藝裝備可靠，可以進一步拓展磷渣的資源化綜合利用途徑，最大限度降低污染，有效保護環(huán)境和生態(tài)資源，是國家鼓勵發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟項目，可以享受一定的政策性優(yōu)惠。同時，除高檔天然花崗巖、大理石板材外，微晶玻璃飾板的生產(chǎn)在高檔建筑裝飾材料領域也具有示范作用。

［1］JC/T 872—2000，建筑裝飾用微晶玻璃［S］.

Development and production of ceramics and glass-ceramic veneers with phosphorus slag-based materials

HE Yong，PENG Nenghua
（Building Materials Research and Design Institute of Guizhou Province，Guiyang 550007，Guizhou，China）

Phosphorous slag contains large amounts of vitreous slag，ceramics and glass-ceramic veneers can be developed taking phosphorus slag-based materials as the main material，blending appropriate amount of auxiliary materials，with yellow phosphorus tail gas as fuel for the crystallization kiln and fritting furnace by using the"high-temperature melting，controlled crystallization"technology.The process route is mature，and equipment operation is reliable.It not only can achieve comprehensive utilization of phosphorus slag，but also can provide new high-end decorative building materials products with superior physical and chemical properties and mechanical properties for the construction projects.

vitreous，high temperature melting，controlled crystallization，microcrystalline frit，glass-ceramic veneers

TU56+4.9

A

1001-702X（2015）09-0076-04

2015-04-22；

2015-08-11

賀勇，男，1965年生，貴州納雍人，高級工程師，長期從事建材行業(yè)工程咨詢、設計、研發(fā)及技術(shù)服務。