CN101143767A - 黄磷渣轻质建筑材料 - Google Patents
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Abstract
本发明是黄磷渣轻质建筑材料。是利用工业废渣黄磷渣生产的两种轻质保温建筑材料：一种是膨胀黄磷渣。以高温悬浮骤热膨胀而成的蜂窝泡沫体。一种是黄磷渣泡沫玻璃，与黄磷渣加发泡剂或黄磷渣加粘土高温熔融而成。上述材料吃渣量大，生产工艺简单，质量好，成本低，具有强度好，隔热保温，吸音的特性，在建筑，化工领域有广泛用途。
Description
技术领域
本发明是黄磷渣轻质建筑材料，属于建筑材料领域。是以黄磷渣为主要原料生产两种轻质建筑材料。
一种是膨胀黄磷渣
一种是黄磷渣泡沫玻璃
背景技术
黄磷渣是黄磷工业排放的废渣，是电炉制磷过程中的炉渣经水淬后的颗粒状物，通常呈灰白色，质轻，多为玻璃体，粒度较小，一般为0.5-5mm之间，具有多孔结构。主要成分是非结晶假硅灰石，与天然硅灰石性质相似，其中含有SiO240％左右，CaO40％左右，还含有F、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、P2O5、SO3等化学成分，这些成份以复杂的硅化物、磷化物、氟化物等形式存在。磷矿渣中常混有碳。黄磷渣呈中性。
电炉制磷需要利用磷矿石(大多数为氟磷灰石)、硅石(SiO2含量为90％以上)和焦炭混合作为原料，在1350-1450 C°度的高温条件下熔融后，提取磷蒸汽，排放剩余矿物熔浆。熔浆流出后经水淬形成颗粒状黄磷渣。因为各地磷矿石的品位不同，其中组分差异常会导致黄磷渣中SiO2、CaO、F、Al2O3等化学成分的含量不同。由于地球上磷矿石的长期开采，高品位的磷矿越来越少，导致转向中低品位矿石的利用，所以黄磷渣中各组分含量的差异还会拉大。
黄磷主要利用于生产高浓度磷酸及高浓度磷肥。磷是生物不可缺少的元素，磷工业是永恒的产业。中国是农业大国，磷肥需求量巨大。我国磷矿资源居世界第二位，磷肥生产居世界第一位，磷工业在国民经济中发挥着十分重要的作用。大型企业主要集中在云南，贵州，湖北，四川，湖南等磷矿资源丰富的地方，中小企业更是遍布全国。
磷化工业生产1吨黄磷，就产生8-10吨左右的黄磷渣，由此可以推算废渣排放量之大。磷化工业每年排放的磷矿渣大量未能被有效利用。磷矿渣中含有可溶性磷化物、氟化物等会对环境造成污染，所以只能依照环境保护法，在山洼旷野中定点集中堆放，这种处理，既占用了宝贵的土地，也对水源造成污染。
目前黄磷渣主要作为水泥掺和剂和低级磷肥，但用量不多，用量也极不稳定。在现有技术中，还用来制作墙地砖，卫生陶瓷，保温纤维，但从数量和效益上，黄磷渣还没有得到充分的利用，还有待科技研开发。
发明内容
A.一种膨胀黄磷渣轻质材料
黄磷渣是含有硅，钙，铝，钠，钾，氟的氧化物，属于硅酸盐熔体。是矿石高温熔浆经水淬而成，熔浆瞬间冷却时，大量水蒸气未能逸散而存在于玻璃质中，形成多孔结构。将黄磷渣颗粒放在高温中焙烧，玻璃质受热升温达到软化点温度，玻璃内水蒸气产生极大的压力，使粘稠的玻璃质熔体迅速膨胀，这些颗粒冷却到软化点以下，凝成轻质的蜂窝状泡沫颗粒，而成为膨胀黄磷渣。
膨胀黄磷渣与膨胀珍珠岩从矿物成分，形成方式及性能极为相似，也是一种轻质，防火，无毒，无害的无机泡沫保温材料，作为一种声热绝缘材料，在建筑、化工等领域具有广泛用途。
利用膨胀黄磷渣的优点在于：作为无机膨胀保温材料，现有膨胀蛭石和膨胀珍珠岩，而作为其原料的蛭石和珍珠岩都是天然矿石，是有限的不可再生资源。膨胀黄磷渣则是利用化工废料，膨胀黄磷渣一般可以代替膨胀蛭石和膨胀珍珠岩使用，由于黄磷渣中含有一定的F元素，由于F化物有优良的热稳定性及耐化学腐蚀，膨胀黄磷渣的相关性能比膨胀珍珠岩更好。
具体实施办法：
1.利用生产膨胀珍珠岩的悬浮焙烧炉及生产方法。
2.将黄磷渣粉碎。
3.筛分。如果产品注重膨胀效果，黄磷渣颗粒宜选0.15～0.5mm，这种颗粒膨胀效果最好，如果注重产品的吸音效果，黄磷渣颗粒宜选0.60～1.25mm，并且应尽量提高这一颗径的颗粒含量。不同颗粒的膨胀黄磷渣对吸音系数的影响：粗颗粒对高频吸收效果好；细颗粒对低频吸收效果好。
4.预热。玻璃质结构中水蒸气是膨胀的内动力，黄磷渣含水量过大，高温焙烧时水分汽化产生的压力过大，将冲破玻璃质中最薄的地方，产生粉化，炸裂，使产品容重增大。如含水量少.，高温焙烧时水分汽化产生的压力小则膨胀不完全，也使产品容重增大。控制有效含水量与预热温度有关，预热温度又与黄磷渣组分有关，可根据黄磷渣组分自由选择，一般有效含水量在2％左右为宜。
5.一般于700-1250 C°左右悬浮焙烧，使其膨胀成为蜂窝状泡沫体，焙烧温度受黄磷渣组分的影响。可依据膨胀情况自由控制。
6.冷却，出料。
膨胀黄磷渣一般性能：
堆积密度 40-300kg/m3
膨胀倍数 10～20倍
含水率 2％左右
安全使用 600 C°度以下
导热系数 0.17w/m.k左右
耐酸耐碱性能优良
B.一种黄磷渣泡沫玻璃
黄磷渣中含有形成玻璃的原料成分，黄磷渣本身就是玻璃质，所以黄磷渣可以用来生产玻璃制品。并且黄磷渣无需粉碎就可以直接作为玻璃原料。
现有技术中，有利用黄磷渣制造微晶玻璃的报道。其他可以制造微晶玻璃的还有高炉渣，铬渣等。矿渣微晶玻璃是微晶玻璃的一种，微晶玻璃不等于泡沫玻璃，而是含有大量微晶的多晶体玻璃实体，因此也称为玻璃陶瓷。
泡沫玻璃，是玻璃体结构中含有许多均匀的开孔或闭孔气泡，所以又称为多孔玻璃，是一种新型材料。在建筑材料中归为保温材料类。
在现有技术中，除有利用碎玻璃加入发泡剂(碳酸钙)生产泡沫玻璃的技术，还有一种部分利用工业废渣生产泡沫玻璃的技术，其原料组分为碎玻璃，粉煤灰，云母，珍珠岩，浮石粉，火山灰。
本发明利用黄磷渣为主要原料，生产泡沫玻璃，其主要技术特征是：
1.以黄磷渣加入发泡剂(CaO3)，生产泡沫玻璃。
2.以黄磷渣，粘土生产泡沫玻璃。
黄磷渣生产泡沫玻璃的优点是：
配方简单。黄磷渣中一般含有1～3％的氟元素，对玻璃的形成和玻璃的性能产生较好的作用。原因是：
1.在玻璃的熔融过程中，能加快玻璃的形成反应。存在少量氟元素，可以大大加快熔融速度，如加入0.5％～1％的氟，可使熔融速度加快15％～16％，大大节省了时间和能耗。
2.氟还在玻璃熔融过程中起到澄清剂的作用。F能与Fe2O3和FO反应生成FeF3和Na3FeF6。FeF3是一种在高温下容易挥发的物质，Na3FeF6无色透明，从而清除原料中含有的有害杂质。
3.现有技术表明，氟硅酸盐玻璃具有较好的热稳定性，抗冲击强度高，抗化学腐蚀性能好，这些特性对于提高泡沫玻璃的质量是非常重要的。而且氟硅酸盐玻璃具有较好的成型和加工性能，适合生产图案较复杂的产品，可以用机械加工，被称为可切削玻璃，可制作高精度玻璃产品。
黄磷渣中常混有碳，是泡沫玻璃的发泡剂，黄磷渣中含有水，也促进了气泡的产生和膨胀。由此，黄磷渣生产泡沫玻璃可以不用或少用发泡剂，节省成本。
粘土是生产陶瓷的主要原料，也可以作为生产玻璃的原料，在黄磷渣生产泡沫玻璃时混合少量粘土的好处在于：
1.粘土是多种天然细颗粒矿物的混合体，其主要成分是含水铝硅酸盐粘土矿物之外，还含有部分非粘土矿物和有机物，如石英，云母岩残渣，碳酸盐和硫酸盐(如CaCO3，MgCO3)，铁和钛的矿物，(如FeS2，FeCO3，FeTiO3)，长石，有机杂质等。粘土中的成分大都对泡沫玻璃成型有利。如硅酸盐，石英，云母，长石，可增加黄磷渣泡沫玻璃的SiO2，Al2O3等的含量，提高玻璃强度。长石，铁，钛化合物可以降低熔融温度，节省能源。而CaCO3和有机物则可以作为泡沫玻璃的发泡剂。
2.粘土原料极为丰富。
由于黄磷渣没有固定的组分比例，作为黄磷渣的配料，也难于确定一个固定的组分比例。黄磷渣加粘土生产泡沫玻璃时，其组分比例可依据各地黄磷渣的成分差异及泡沫玻璃产品容重等不同需求自由控制。
黄磷渣泡沫玻璃组分中可加入碎玻璃。碎玻璃含量无特定标准。
具体实施方法：利用玻璃熔窑及需要模具
1.将黄磷渣及粘土粉碎。
2.混料。将适量黄磷渣，粘土(必要时可加入碳酸钙)搅拌混合均匀。
3.放于模具预热，预热温度一般<500C°，时间4～5分钟。
4.升温至750C°～1350C°，使材料成为粘度较高的弹性体。当熔融到象气球一样的弹性体时，发泡剂分解产生气体，在弹性体中形成气泡，时间30分钟左右。熔融温度受黄磷渣组分影响，可根据黄磷渣组分差异自由控制。
5.保温一定时间，使气泡稳定。
6.快速冷却。
7.退火，保持温度50C°～600C°一定时间。
8.冷却后加工成型。
黄磷渣泡沫玻璃可生产板材，管材和异型材。
黄磷渣除加入上述发泡剂或粘土外，还可以加入玻璃成色剂，熔制成透明或不透明的各色泡沫玻璃。
黄磷渣泡沫玻璃一般性能：
表观密度 140～500kg/m3左右
抗压强度 0.7～8.0Mpa
抗折强度 0.7～1.1Mpa
导热系数 0.035～0.140w/m.k
吸音 100～250Hz时0.30～0.34
使用温度 <500C°
黄磷渣泡沫玻璃强度高，具有较好的耐候性，不风化，无粉尘，无污染，耐水防火，绝热保温，吸音，有较为广泛的用途，能做内外墙体，地板，屋面，顶棚，门窗，家具及其他建筑材料，可生产工艺美术品，制造灯具和卫生洁具。
要发展节约型社会，循环经济势在必行。在工业迅速发展的今天，充分利用工业废料，可以减少工业发展对环境的压力，实现清洁生产，实现人和自然和谐发展。本发明的以上两种材料运用黄磷渣，减少了对有限资源的开采，吃渣量大，为环保作出了贡献。
在中国城市化，城镇化的发展中，重点发展高层节能建筑，膨胀黄磷渣和黄磷渣泡沫玻璃具有轻质和隔热保温性能，可以作为轻质节能建筑材料，为城市化，城镇化的进程发挥积极的作用。
膨胀黄磷渣和黄磷渣泡沫玻璃原料丰富，制造工艺简单，生产成本低，可以实现快速产业化。
Claims (5)
1.黄磷渣轻质建筑材料，分两类：一种是膨胀黄磷渣，其特征在于以黄磷渣为原料，经粉碎到一定粒度后，在高温下膨胀成为蜂窝泡沫颗粒；二是黄磷渣泡沫玻璃，其特征在于以黄磷渣为原料，加入适量发泡剂或粘土，在高温下熔融为泡沫玻璃。
2.上述权利要求1所述的膨胀黄磷渣的粉碎粒度为0.15-1.25mm。膨胀温度700-1250℃，无特定标准，根据黄磷渣成分不同而有差异。
3.上述权利要求1所述的黄磷渣泡沫玻璃的黄磷渣、发泡剂和粘土的组分比例无固定标准，可根据各地黄磷渣和粘土的成分差异及黄磷渣泡沫玻璃产品强度及容重的不同需要而自由控制，其熔融温度750-1350℃，根据各地黄磷渣和粘土的成分不同而有差异。
4.上述权利要求1所述的黄磷渣泡沫玻璃组分中可加入碎玻璃。
5.上述权利要求1或4任一项所述的黄磷渣泡沫玻璃组分中可加入成色剂。
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