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高摻量磷渣頁巖燒結(jié)磚研究論文
摘要：磷化工生產(chǎn)的過程中，很形成一些磷渣，這些工業(yè)廢渣不僅會占用很多土地空間，同時也會導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。近年來，相關(guān)學(xué)者研究出一種技術(shù)，就是將磷渣摻兌到頁巖中，然后通過相應(yīng)的技術(shù)工藝以及處理技術(shù)把磷渣頁巖燒結(jié)成磚，這樣就可以變廢為寶，促進(jìn)磷渣的循環(huán)利用。
關(guān)鍵詞：高摻量磷渣；頁巖；燒結(jié)磚
近年來，磷化工行業(yè)取得了飛速發(fā)展，雖然取得了良好的經(jīng)濟效益，但是帶來的環(huán)境污染也非常嚴(yán)重，不利于磷化工行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。磷渣是磷化工生產(chǎn)中最主要的廢棄物，目前磷渣通常都是應(yīng)用于水泥行業(yè)，砌塊、磷渣免燒磚、水泥制品等也比較常用，但是由于各方面條件的限制，磷渣的有效利用率仍然比較低，在10%以下，如何有效提高磷渣的綜合利用率已經(jīng)成為相關(guān)行業(yè)思考的重點。磚瓦行業(yè)借助頁巖生產(chǎn)燒結(jié)磚至今已經(jīng)有了50多年歷史，在這方面也積累了很多生產(chǎn)經(jīng)驗，通過磷渣生產(chǎn)燒結(jié)磚中可以摻雜50%多磷渣量。把磷渣摻雜在頁巖中一起混合生產(chǎn)制作燒結(jié)磚，一方面可以變廢為寶，節(jié)約能源，另一方面也有利于節(jié)約土地，減少環(huán)境污染。
1.磷渣以及頁巖的主要特性
1.1磷渣的基本特性
所謂磷渣主要是指磷化工廠在生產(chǎn)黃磷的過程中，通過電爐法將黃磷提取后，剩下的廢溶液水淬急冷生成的一種玻璃體工業(yè)固體廢棄物。關(guān)于磷渣的主要化學(xué)成分包括氧化鈣以及氧化硅兩種，其比例占到總含量的80%多，同時還包括五氧化二磷（含量較少）、氧化鐵、氧化鋁以及氧化鎂等。磷渣和粒化高爐礦渣的某些性能比較類似，兩者都屬于活性材料，因此被廣泛應(yīng)用于膨脹輕集料、礦棉生產(chǎn)以及蒸壓硅酸鹽制品以及水泥生產(chǎn)等領(lǐng)域，但是很少會將大量磷渣應(yīng)用于燒結(jié)磚生產(chǎn)中。主要是由于磷渣并無可塑性，很難通過擠出法成型，因此仍然需要進(jìn)一步研究在高溫條件下，膠結(jié)料和磷渣發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)的具體機理。磷渣的顏色一般都是淺灰色或者灰白色，整體呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，大概90%左右都是玻璃體。
1.2頁巖
頁巖的品種具有多樣化，相對而言比較復(fù)雜，如果可以在頁巖中摻雜磷渣生產(chǎn)制造磷渣燒結(jié)磚的話，一方面可以充分利用磚瓦行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)以及生產(chǎn)工藝，另一方面也可以有效利用磚瓦行業(yè)的場地、裝備等基本條件。磷渣燒結(jié)磚的過程中，頁巖的可塑性指數(shù)越高的話，越好摻雜磷渣。但是，大部分自然界頁巖的原料并不是非常理想，一定要經(jīng)過相應(yīng)的加工處理后才可以利用。如何提高頁巖原料可塑性指數(shù)是高參量頁巖燒結(jié)磚的關(guān)鍵。
2.制備混合料
2.1破碎以及混合
當(dāng)前主要采用輥壓以及打擊兩種破碎方式，輥壓型當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于各種輪碾機以及輥機中，而打擊型主要是用于反擊式破碎機、錘式破碎機以及籠形破碎機中。很多頁巖都具有較高的自然含水率，通常都會控制在10%-19%左右，這樣的話，打擊型破碎設(shè)備很難正常運轉(zhuǎn)，因此往往都是采用輥機進(jìn)行破碎。相關(guān)實驗研究表明，將三種頁巖分別采用三種不同的塑性指數(shù)以及兩輥間隙進(jìn)行輥機處理，結(jié)果研究表明，頁巖通過輥機處理后，塑性指數(shù)明顯提高，這為大量摻雜磷渣提供了有利條件。當(dāng)然，頁巖通過其他破碎設(shè)備的處理也可以有效提高塑性指數(shù)。
頁巖具備一定的可塑性是大量摻雜磷渣的重要基礎(chǔ)條件，充分混合磷渣以及頁巖是確保磷渣燒結(jié)磚產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，主要采用碾練型、打擊型、攪拌型等三種方式混合原料，其中碾練型混合方式主要會采用單軸（雙軸）真空練泥機、輪碾機以及圓盤篩式給料機等，以上這些設(shè)備都可以在一定程度上提高混合料的均勻性，增強磷渣和頁巖之間的“親和性”，有效確保產(chǎn)品質(zhì)量。打擊型混合方式主要是通過刨刀式、籠形粉碎機以及錘式破碎機等打擊原料，從而充分混合、嵌結(jié)膠結(jié)劑和磷渣，大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，但是這種混合方式的混合料均化效果并不是非常理想，而且會消耗很大的動力。攪拌型混合通常都是通過單雙軸攪拌機或者其他類型攪拌機進(jìn)行攪拌，這樣攪拌相對較為均勻，而且動力消耗比較少，在攪拌的過程中也可以一邊攪拌，一邊加水，但是攪拌效果并不是很好，磷渣和頁巖之間的親和力比較低。
2.2陳化、碾練
陳化主要是為了更好的遷移混合料中的水分，并且使原料中的顆粒潤濕，這樣原料顆粒周圍就可以被水包圍形成一個水膜，這樣可有效調(diào)節(jié)混合料的物理性能，尤其是可以大大提高混合料的可塑性指數(shù)以及干燥性能。碾練的作用主要是可有效提高混合料的密實度以及親和性，很好的提高產(chǎn)品質(zhì)量。如果將磷渣摻雜到頁巖過程中，如果沒有采用有效的原料處理措施，隨著磷渣慘雜量的不斷增加，其干燥合格率反而會下降，強度也會逐漸降低。這種情況下就可以采用陳化處理以及碾練處理，這樣可大大提高混合料的可塑性指數(shù)，改善其物理性能，一方面可以為摻雜大量磷渣提供良好條件，同時也可以為生產(chǎn)空心制品，確保擠出成型質(zhì)量提供良好條件。
3.成型以及干燥
磷渣相對于粉煤灰而言，顆�；旧隙际且粯哟值�，因為大多數(shù)磷渣都屬于玻璃態(tài)物質(zhì)，配比相同的情況下，磷渣在混合料中所占的面積會明顯小于粉煤灰，因此成型過程中需要的水分也相對較少。選擇的頁巖原料處于一種特定條件的情況下，只要成型水分有16%的話就可以成型，但是很難生產(chǎn)出高摻量粉煤灰精結(jié)磚。其次，磷渣自身并沒有化學(xué)結(jié)合水，如果粒徑較粗、成型水分較低的情況下更容易快速干燥。相對于頁巖磚而言，磷渣鉆的干燥流程比較簡單，磷渣磚成型需要的水分比較少，而且在磚柸中，磷渣屬于一種良好的瘦化劑，抗開裂、抗收縮等作用比較強。
4.焙燒以及窯型
經(jīng)過相關(guān)的實驗研究表明，通常高摻量磷渣頁巖燒結(jié)磚進(jìn)行焙燒的溫度控制在900℃-1100℃左右，基本上和一般的頁巖燒結(jié)磚一致，當(dāng)前磚瓦廠內(nèi)的隧道窯以及燒磚輪窯等地方都可以進(jìn)行磷渣頁巖磚燒制。由于高摻量磷渣頁巖進(jìn)行預(yù)熱帶、干燥脫水的時候，坯體強度降低，因此進(jìn)行焙燒的過程中應(yīng)該適當(dāng)?shù)目刂拼a坯層數(shù)，盡可能減少變形，從而確保坯體形狀不會在焙燒過程中改變，提高生產(chǎn)產(chǎn)品的合格率。頁巖中磷渣慘雜量達(dá)到60%的時候，不管是隧道窯，還是輪窯的焙燒質(zhì)量都符合要求，但是磷渣慘雜量越多，其生產(chǎn)產(chǎn)品的合格率反而會降低。由此可見，磷渣慘雜量最好應(yīng)該控制在60%以下。
總而言之，磷渣可以摻雜在頁巖中進(jìn)行磷渣燒結(jié)磚生產(chǎn)，最適宜的磷渣摻量應(yīng)該控制在60%以下，生產(chǎn)的過程中通過相應(yīng)的工藝處理技術(shù)都可以確保生產(chǎn)產(chǎn)品的合格率。在頁巖中摻雜磷渣的過程中，想要提高磷渣慘雜量最好是先“釋放”膠結(jié)料自身的塑性，適當(dāng)?shù)年惢约拜喣胩幚硪灿欣谔岣呋旌狭峡伤苄�，加強膠結(jié)料和磷渣之家的親和性，提高成型、燒成質(zhì)量。成型環(huán)節(jié)中，應(yīng)該采用雙級真空擠磚機擠出成型，這樣不僅適用于可塑性較低的混合料，同時也有利于增強坯體密實度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。干燥環(huán)節(jié)中，高摻量磷渣燒結(jié)磚干燥過程相對于高摻量粉煤灰燒結(jié)磚更容易控制，有利于快速干燥。焙燒過程中，可以選擇隧道窯以及輪窯，但是選擇隧道窯焙燒的合格率更高。
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