CN103864455B - 一种黄磷炉渣基加气砌块的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黄磷炉渣基加气砌块的方法，属资源综合利用及新型建材技术领域。将黄磷炉渣湿磨至粒度为过325目方孔筛筛余量小于5%，调整黄磷炉渣含水量至40～50%，然后加入黄磷炉渣干基质量5～7%的碱激发剂，均化后加入黄磷炉渣干基质量0.2～0.4%的助剂，最后再加入黄磷炉渣干基质量0.05～0.07%的铝粉，其中铝粉用水稀释后再加入搅拌均化制成浆料；将浆料在常温条件下发泡并静置养护的得到生坯，蒸汽养护即得到加气砌块产品。本发明方法黄磷炉渣用量大，无外加增强材料或辅助材料，具有生产工艺简单、操作方便、能耗低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种黄磷炉渣基加气砌块的方法，属资源综合利用及新型建材技术领域。
背景技术
黄磷炉渣是磷矿石热法生产黄磷过程中排放的工业废渣，在密封式电弧炉中, 用焦炭作为还原剂，加硅石形成硅酸钙盐低共熔物，在温度在1350～1400℃排出的熔融体，经过水淬骤冷后形成的颗粒状产物，粒径一般在0.5～5mm之间，堆积密度0.8～1.0t/m3，通常为黄白色或灰白色，如含磷量较高时，则呈灰黑色，黄磷水淬渣主要为玻璃体结构。通常情况下，每生产一吨黄磷需排放8～10吨炉渣，随着磷矿品位的降低，其排放量有增加的趋势，目前我国黄磷炉渣的年排放量在250万吨左右。
黄磷炉渣主要成份为 和，二者总量一般在85% 以上,且CaO的含量大于SiO2，CaO/ SiO2摩尔比为1.1～1.5，Al2O3含量在4~5%之间，属于碱性渣。其XRD图谱不存在明显特征衍射峰，矿物存在形态以非晶态物质为主，具有潜在活性。
由于黄磷炉渣中包裹着少量的单质磷，在堆放过程中产生自氧化而形成磷酸，同时磷渣中还含量少量的氟离子，会随雨水渗入地下，对周边环境造成污染。在国家加大环境治理力度和工业废弃物资源化的政策引导下，对黄磷炉渣的应用研究不断深入，取得了较好效果，主要应用有以下方面：（1）建筑材料，如作水泥掺合料、制备建筑砌块；（2）烧制微晶玻璃；（3）制备化工产品，如酸法制备高纯硫酸钙、白炭黑聚及合硅酸水处理剂；（4）硅钙肥，此外，还可以制矿渣棉和矿棉制品，用作玻璃原料等，为黄磷炉渣的资源化利用提供了技术支撑。
如CN200910094849.9提供了一种用磷石膏基胶凝材料固化黄磷炉渣生产免烧砖的方法。1)原料和配方：①磷石膏胶凝材料：磷石膏40～60份，黄磷炉渣0～30份，粉煤灰0～30份，高炉渣0～5份，生石灰10～15份，电石渣0～10份。②免烧砖坯体原料：磷石膏胶凝材料100份，黄磷炉渣原料150～300份，活化剂2～4份，助剂0.2～1份，水10～40份。2)制备：经原料处理、添加剂混合溶液、砖坯料的制备、成型养护制成。本发明生产过程中不添加任何有机物，完全避免了有机材料降解、添加剂释放、残留物挥发造成的有毒物污染问题，具有成本低，物理性能好，生产效率高，节约了能耗，无环境污染。
CN201310186826.7公开了一种熔融态黄磷炉渣制备微晶玻璃的工艺技术，属于微晶玻璃（建筑材料）制造领域，本方法通过备料、配料、熔化、澄清、浇注成型、退火、微晶化处理等过程制得微晶玻璃，并在成型时解决了基础玻璃内应力残余的问题，控制适宜的核化、晶化升温速率，可获得到性能优良的微晶玻璃；降低了原料成本，具有显著的经济效益；同时减少黄磷炉渣的堆放量，有利于保护生态环境。
CN201210090829.6提供了一种涉及黄磷炉渣制取无机高分子絮凝剂聚硅酸铁的方法，该方法采用酸溶液浸提黄磷炉渣，然后分离、洗涤，再与Fe3+发生聚合反应，得到无机高分子絮凝剂聚硅酸铁。本发明利用黄磷炉渣中含有的主要成分SiO2，不仅可以充分利用工业废弃物黄磷炉渣，降低环境污染，而且可以降低絮凝剂聚硅酸铁的生产成本，节约资源。所得无机高分子絮凝剂聚硅酸铁具有高效、无毒、对胶体颗粒具有良好絮凝效果等特点。
随着城市高层建筑和建筑节能的需要，具有施工方便、质量轻、兼具保温隔热又有隔音效果的加气砌块越来越受市场欢迎，如今已形成规模化生产，并得到良好应用。在现有的生产技术中，主要以活性工业废弃物如粉煤灰、高炉渣及砂子作主要材料，以水泥为增强材料，石灰为激发剂同时兼具碱源，铝粉或铝膏为发泡剂，通过粉磨配浆、发泡、静置养护、切割、蒸汽养护生产各种类型的加气砌块。同时也有以黄磷炉渣作主材生产加气砌块的方法，如：
如专利CN200810068998.3公开了用磷矿渣制造加气混凝土的方法，涉及多孔混凝土的制造方法，以黄磷炉渣作为硅质原料，以石灰、磷石膏为钙质材料，添加水泥和铝粉，配成混合料，用水混合均匀，再按照传统方法制造加气混凝土。本方法的流程包括备料工序、配料工序、浇注工序、切割工序和蒸压养护工序。本发明方法为磷矿渣的利用开辟了一条新途径，有利于降低磷化工废弃物的综合利用，有利于改善磷化工企业的环境，适用于有磷矿渣排放的企业。
专利CN201110153742.4提供一种利用尾矿渣生产的加气混凝土砖块，原料如下：尾矿渣40％、生石灰10％、黄磷炉渣20％、水泥30％，方法如下：将生石灰磨细至100目；将生石灰与尾矿渣搅拌均匀待用；将黄磷炉渣磨细至100目；将黄磷炉渣与水泥搅拌均匀待用；将待用料一起放入浇注搅拌槽内，加入清水搅拌成料浆；将料浆通入蒸汽加热到40～60℃；加入发泡悬浮液快速搅拌1分钟，迅速浇注在模具框内；将带模具框的砖坯推入通有蒸汽的初养室内进行发泡初凝；将初养后的砖坯脱去模具框；送入蒸压釜内，养护6～8小时即为成品砖块。本发明充分利用了尾矿渣和黄磷炉渣废弃资源，具有不占耕地、不污染环境、利废节能、成本低的显著特点。
综上所述，用黄磷炉渣用于水泥掺合料、生产建筑砌块、水处理剂、微晶玻璃、黄磷炉渣作配料之一生产加气砌块等已有报导，但以黄磷炉渣作基体材料，用于加气砌块的生产还未见报导。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种黄磷炉渣基加气砌块的方法，是以黄磷炉渣为主要材料生产加气砌块的方法，为黄磷炉渣的资源化应用提供一种新技术。
本发明方法黄磷炉渣用量大，无外加增强材料或辅助材料，具有生产工艺简单、操作方便、能耗低的特点，具体制备步骤包括：
（1）将黄磷炉渣湿磨至粒度为过325目方孔筛筛余量小于5%，调整黄磷炉渣含水量至40～50%，然后加入黄磷炉渣干基质量5～7%的碱激发剂，均化后加入黄磷炉渣干基质量0.2～0.4%的助剂，最后再加入黄磷炉渣干基质量0.05～0.07%的铝粉，其中铝粉用水稀释后再加入搅拌均化制成浆料；
（2）将步骤（1）制得的浆料在常温条件下发泡并静置养护的得到生坯；
（3）将生坯用蒸汽养护即得到加气砌块产品。
所述黄磷炉渣是电炉法黄磷生产过程中产生的水淬渣。
所述碱激发剂为工业水玻璃，模数为2.8～3.2，波美度为45～48Be 。
所述助剂为日常家用洗洁精，例如：立白洗洁精、雕牌洗洁精。
所述加入碱激发剂均化是以150转/分的速率搅拌均匀。
所述加入铝粉搅拌均化是以500转/分的转速搅拌均化。
所述铝粉为市售加气砌块通用型铝粉。
所述铝粉加水稀释为浓度10wt%的溶液。
所述静置养护的时间为6小时。
所述蒸汽养护的条件是在1.2MPa的条件下养护12小时。
本发明的原理为：黄磷炉渣为电炉法黄磷生产的水淬渣，其主要化学成份为CaO和SiO2，由于经过了高温水淬骤冷，其矿物主要以非晶态形式存在，具有良好的反应活性，能够在碱性激发剂下重新溶解、结晶，表现出胶凝特性。
由于在黄磷生产中为了降低固熔体的熔融温度，采用外加蛇纹石等主要含SiO2的物质用以形成钙的硅酸盐低共熔物，降低排渣温度，因此，在保证液态排渣操作性的条件下，为了降低能耗，其钙硅摩尔比一般控制在1.1～1.5之间，故在黄磷炉渣中，钙多而硅少，当采用石灰作活性激发剂时，激发效果较差，难以提高制品的强度。因此，本发明人依据土聚水泥的水化原理，在黄磷炉渣的浆体中加入水玻璃，通过黄磷炉渣中无定型氧化钙或硅酸钙盐的水解，与水玻璃反应生成硅酸钙和氢氧化钠，在水玻璃和氢氧化钠的共同作用下，进一步促进黄磷炉渣的水化，最终生成含有Si-O-Al的土壤聚合物结构和水化硅酸钙，为砌块提供强度，同时，反应生成的氢氧化钠为铝粉反应提供碱源，达到发泡的目的。由于水玻璃粘度较大，有利于气泡的稳定，但不利于气泡的长大，因此，采用添加洗涤剂用以改善浆体表面张力，保证气泡的形成与稳定；养护温度与黄磷炉渣的活性密切相关，提高养护温度可加速黄磷炉渣溶解和胶结强度，故本发明采用1.2MPa的蒸汽对生坯进行后期养护，保证最终产品的质量。
本发明的有益效果是：与现有加气砌块相比，不需加石灰、水泥、砂子等其它增强材料或辅助材料，亦不需再加氢氧化钠为发泡提供碱源，黄磷炉渣用量大，发泡和静置养护在常温下操作，操作简单，能耗低。
总之，本发明结合我国黄磷炉渣量大、利用价值低的实际情况，充分利用黄磷炉渣的矿物组成和化学特性，在水玻璃的激发下，初步形成土壤聚合物及水化硅酸钙等为主体的矿物结构，为加气砌块提供强度和发泡碱源，其产品性能符合建筑用承重和非承重墙体材料质量要求。砌块以黄磷炉渣为主要原材料，使用量大，产品附加值高，为黄磷炉渣的资源化利用开辟了一条新的利用途径。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施方式一：如图1所示，本发明的黄磷炉渣基加气砌块的方法为：物料配比（物质计量单位均为质量份）：黄磷炉渣100份，水玻璃5份，铝粉0.05份，洗涤剂0.2份；
（1）先将黄磷炉渣用球磨机采用湿磨磨至放于现有技术中的常规内，粒度要求为过325目方孔筛筛余量小于5%，分析含水量后称取20kg折干基黄磷炉渣粉,再加水调至水份含量为40%，按上述比例称取模数为2.8,波美度为48Be的水玻璃1kg，洗洁精0.04kg，在转速可调的常规搅拌器内以150转/分的转速搅拌均化，称取10g铝粉后加100g水混合分散，加入前述均化的黄磷炉渣浆体中，再以500转/分的转速搅拌均化，制成浆料；
（2）将上述（1）的浆料注入尺寸为300×400×600的养护箱内，常温发泡并静置养护6hr后脱模得生坯；
（3）将上述（2）步骤的生坯切割成所需尺寸；
（4）将上述（3）步骤切割好的生坯放入蒸压釜内，用1.2MPa蒸汽养护12hr，即得加气砌块产品。
将养护好的砌块切割成100×100×100的立方体进行性能检测，检测结果如下：抗压强度3.87MPa，容重0.79g/m3，收缩值0.45mm/m，重量损失3.7％，抗冻性强度损失16.78％。
实施方式二：如图1所示，本发明的黄磷炉渣基加气砌块的方法为：配方组成（物质计量单位均为质量份）：黄磷炉渣100份；水玻璃7份，铝粉0.07份，洗涤剂0.4份；
（1）先将黄磷炉渣用球磨机采用湿磨磨至放于现有技术中的常规内，粒度要求为过325目方孔筛筛余量小于5%，分析含水量后称取20kg折干基黄磷炉渣粉,再加水调至水份含量为50%，按上述比例称取模数为3.0,波美度为45Be的水玻璃1.4kg，洗洁精0.08kg，在转速可调的常规搅拌器内以150转/分的转速搅拌均化，称取14g铝粉后加140g水混合分散，加入前述均化的黄磷炉渣浆体中，再以500转/分的转速搅拌均化，制成浆料；
（2）将上述（1）的浆料注入尺寸为300×400×600的养护箱内，常温发泡并静置养护4hr后脱模得生坯；
（3）将上述（2）步骤的生坯切割成所需尺寸；
（4）将上述（3）步骤切割好的生坯放入蒸压釜内，用1.2MPa蒸汽养护12hr，即得加气砌块产品。
将养护好的砌块切割成100×100×100的立方体进行性能检测，检测结果如下：抗压强度2.64MPa，容重0.52g/m3，收缩值0.77mm/m，重量损失4.7％，抗冻性强度损失20.4％。
实施方式三：如图1所示，本发明的黄磷炉渣基加气砌块的方法为：物料配
比（物质计量单位均为质量份）：黄磷炉渣100份；水玻璃5份，铝粉0.06份，洗涤剂0.3份；
（1）先将黄磷炉渣用球磨机采用湿磨磨至放于现有技术中的常规内，粒度要求为过325目方孔筛筛余量小于5%，分析含水量后称取20kg折干基黄磷炉渣粉,再加水调至水份含量为48%，按上述比例称取模数为3.0,波美度为46Be的水玻璃1kg，洗洁精0.06kg，在转速可调的常规搅拌器内以150转/分的转速搅拌均化，称取12g铝粉后加120g水混合分散，加入前述均化的黄磷炉渣浆体中，再以500转/分的转速搅拌均化，制成浆料；
（2）将上述（1）的浆料注入尺寸为300×400×600的养护箱内，常温发泡并静置养护5hr后脱模得生坯；
（3）将上述（2）步骤的生坯切割成所需尺寸；
（4）将上述（3）步骤切割好的生坯放入蒸压釜内，用1.2MPa蒸汽养护12hr，即得加气砌块产品。
将养护好的砌块切割成100×100×100的立方体进行性能检测，检测结果如下：抗压强度3.98MPa，容重0.65g/m3，收缩值0.46mm/m，重量损失4.2％，抗冻性强度损失19.32％。
实施方式四：如图1所示，本发明的黄磷炉渣基加气砌块的方法为：物料配
比（物质计量单位均为质量份）：黄磷炉渣100份，水玻璃6份，铝粉0.07份，洗涤剂0.3份；
（1）先将黄磷炉渣用球磨机采用湿磨磨至放于现有技术中的常规内，粒度要求为过325目方孔筛筛余量小于5%，分析含水量后称取20kg折干基黄磷炉渣粉,再加水调至水份含量为50%，按上述比例称取模数为3.0,波美度为47Be的水玻璃1.2kg，洗洁精0.06kg，在转速可调的常规搅拌器内以150转/分的转速搅拌均化，称取14g铝粉后加140g水混合分散，加入前述均化的黄磷炉渣浆体中，再以500转/分的转速搅拌均化，制成浆料；
（2）将上述（1）的浆料注入尺寸为300×400×600的养护箱内，常温发泡并静置养护5hr后脱模得生坯；
（3）将上述（2）步骤的生坯切割成所需尺寸；
（4）将上述（3）步骤切割好的生坯放入蒸压釜内，用1.2MPa蒸汽养护12hr，即得加气砌块产品。
将养护好的砌块切割成100×100×100的立方体进行性能检测，检测结果如下：抗压强度3.87MPa，容重0.72g/m3，收缩值0.45mm/m，重量损失3.7％，抗冻性强度损失16.78％。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于具体步骤包括：
（1）将黄磷炉渣湿磨至粒度为过325目方孔筛筛余量小于5%，调整黄磷炉渣含水量至40～50%，然后加入黄磷炉渣干基质量5～7%的碱激发剂，均化后加入黄磷炉渣干基质量0.2～0.4%的助剂，最后再加入黄磷炉渣干基质量0.05～0.07%的铝粉，其中铝粉用水稀释后再加入搅拌均化制成浆料；
（2）将步骤（1）制得的浆料在常温条件下发泡并静置养护的得到生坯；
（3）将生坯用蒸汽养护即得到加气砌块产品；
所述助剂为洗洁精。
2.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述黄磷炉渣是电炉法黄磷生产过程中产生的水淬渣。
3.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述碱激发剂为工业水玻璃，模数为2.8～3.2，波美度为45～48Be 。
4.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述加入黄磷炉渣干基质量5～7%的碱激发剂是以150转/分的速率搅拌均匀。
5.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述加入黄磷炉渣干基质量0.05～0.07%的铝粉搅拌均化是以500转/分的转速搅拌均化。
6.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述铝粉用水稀释后为浓度10wt%的溶液。
7.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述静置养护的时间为6小时。
8.根据权利要求1所述的黄磷炉渣基加气砌块的方法，其特征在于：所述蒸汽养护的条件是在1.2MPa的条件下养护12小时。
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