CN105923981A - 一种利用熔融态黄磷炉渣制备普通玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用熔融态黄磷炉渣制备普通玻璃的方法，属于材料制造领域。本方法通过备料、热配料、混熔、浮法成型等过程制得玻璃材料；该方法在成型时采用浮法工艺，解决了传统的压延、烧结与浇铸工艺不能够直接生产出平整度好、光泽度高、透光而又透视的产品的缺陷，可获得到性能质量优良的玻璃材料；省去了后续铣平、磨光、抛亮等深加工程序的高额成本，降低了整个工艺的花费，具有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及平板玻璃材料（建筑材料）制造领域，具体是一种利用熔融态黄磷炉渣制备普通玻璃的方法。
背景技术
电炉法是现在国内黄磷生产企业普遍采用的生产工艺。电炉法炼磷时产生的主要含CaO和SiO2的高温熔融物，出炉温度高达1400~1500℃，目前处理这种熔融态黄磷炉渣的常规方式是将其直接水粹冷却为常温颗粒状磷渣，即为黄磷炉渣。据统计，每生产1t黄磷将会产出约8~10t黄磷炉渣。高温熔融物通常从电炉排渣口流出，呈高温熔融态，传统的水粹法处理这些熔融态物质不能充分利用其中的显热，导致热能浪费，且大量消耗水资源（水粹1t熔融态物质变成黄磷炉渣需消耗约120m3的水），而水粹之后的黄磷炉渣还需占用大量土地进行露天堆放，大大的增加了企业生产黄磷的成本。同时，熔融态物质水粹时在短时间内产生大量的水蒸气及玻璃纤维等粉尘会造成空气污染，水粹后露天堆放着的炉渣中的磷酸盐、氟化物和重金属等有害物质在大气降水的淋滤作用下会造成水体和土壤的污染。
我国现有的磷渣资源化技术主要是利用水淬冷却后的磷渣生产水泥、烧结砖等建筑材料，但其掺量通常不高并且附加值低。也有研究人员提出了直接利用熔融态炉渣生产微晶材料的方法，但是这些方法在实际生产中并不容易实现：（1）在实际生产中生产微晶材料对熔融态物质的料性均匀性、化学组成和气泡率等均有很高的要求；（2）制备微晶材料需要掺加多种辅料并进行精确的配比；（3）制作微晶玻璃工艺流程中将基础玻璃熔液核化和晶化的工序对窑内升温速率和温度控制要求严格，实际生产中需另外建设一组炉窑来实施该工序。（4）材料成型这一步骤采用传统的浇铸工艺，这使得为了得到符合要求的微晶产品就必须增加后续的深加工程序，大大的增加了生产成本；（5）制备微晶玻璃的整个工艺过程（混熔-浇铸-退火-核化-晶化-退火）要花费近10小时的时间，且各个步骤是间断的，难以实现快速连续生产，如果熔融态黄磷炉渣的产量很大，势必需要建设多条微晶玻璃生产线来应对。
申请号201310186826.8的“一种熔融态黄磷炉渣制备微晶玻璃的工艺技术”均提出了以炼磷电炉产生的熔融态炉渣为原料制备微晶玻璃的方法。但是，考虑到实际生产过程中电炉法制磷产生的熔融态物质的料性和化学组成并不固定，这使得辅料配方比例需要不断的调试才能达到要求，即便如此生产出来的铸石或者微晶玻璃质量依然会参差不齐；微晶材料制作过程中，基础玻璃熔液的核化和晶化工序以及后续微晶玻璃的铣平、磨光、抛亮等深加工程序都需要额外的设施和设备来完成，大大的增加了生产成本；微晶玻璃生产工艺过程繁琐耗时，难以实现对熔融态黄磷炉渣高效快速的利用。以上这些问题会给熔融态黄磷炉渣制备微晶材料的生产工艺在实际应用中有所局限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔融态炉渣制备普通玻璃材料的方法，该方法采用浮法成型工艺制备普通玻璃材料，利用浮法成型的优势，可直接生产高质量的玻璃而省去了后续深加工过程；且利用浮法工艺较高的成型速度和能够连续生产的优点，利用浮法工艺制备普通玻璃材料将会非常高效；直接制备普通玻璃材料比制备微晶玻璃材料更加简单易行，省去了核化晶化退火等过程，大大降低工艺的生产成本和耗时。
具体包括以下步骤：
（1）将石英粉辅料、高岭土辅料称量、粉碎并混合均匀后备用；
（2）将步骤（1）得到的辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，在池窑中搅拌混合均匀后，在1300-1500℃温度下混熔并保温60-120min，该温度下，熔融态黄磷炉渣可与辅料发生反应并转化为基础玻璃熔液，其中，黄磷熔融态炉渣（其中CaO和SiO2占90%左右）占原料总质量的50-60%，石英粉辅料（其中SiO2占80%以上）占原料总质量的35-45%，高岭土辅料占原料总质量的5-10%；
（3）将池窑温度降至1000~1100℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1000~1100℃；将温度为1000~1100℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，冷却到550~650℃，根据所需玻璃厚度控制拉引速度；板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的平板玻璃材料。
步骤（2）中可以添加少量（约为原料总质量的3-5%）的萤石（主要成分为CaF2）作为助熔剂，以及少量（约为原料总质量的0.6-1.1%）的Sb2O3作为澄清剂对辅料进行改性以提高下一步混熔的熔炼效率。
步骤（1）中所述辅料采用天然矿物原料和化工原料，石英粉和高岭土也可以使用炼钢、炼铁废渣以及废玻璃代替。
步骤（2）中所述池窑中设有搅拌装置，有利于融态黄磷炉渣和辅料的接触、混合并进一步提高基础玻璃熔液的料性均匀性。
步骤（3）中将基础玻璃熔液从池窑引入浮法槽，其中池窑和流液槽均设有电热保温设备和温度监测设备，确保流入浮法槽中的玻璃熔液的温度在1000~1100℃。
本发明的有益效果如下：
（1）可有效利用熔融态黄磷炉渣的热能。炼磷电炉排出的熔融态黄磷炉渣温度高达1400℃，蕴含大量热能。但是现有的资源化技术通常是利用水将高温熔融态炉渣粹冷后得到水淬磷渣并贮存，再将水淬磷渣进行资源化利用；这不仅造成了水资源和熔融态黄磷炉渣热能的巨大浪费，还需要使用大量的土地面积来贮存水淬磷渣。而在本发明中，直接采用熔融态黄磷炉渣作为主要的原料生产平板玻璃材料，使得高温炉渣的热能得到充分利用，同时也免去了水资源和土地资源的使用；不仅实现了资源回收，还实现了环境保护，可谓一举数得。
（2）本发明采用浮法工艺，利用浮法成型的优势，可直接生产高质量的平板玻璃，继而省去了后续深加工过程，且浮法工艺较高的成型速度和能够连续生产的优点，可以高效制备平板玻璃材料。但是传统浮法工艺生产玻璃对于原料配比有一定要求，所需硅含量在50-70%，属于高硅体系，而之前的利用熔融态黄磷炉渣制备玻璃的专利中的原料配比中，硅含量只有30-40%，不宜使用浮法工艺。而本发明对原料配比作了调整，使原料中硅含量大于60%，适用于浮法工艺。
（3）本发明生产工艺简单、易于实现；现有的利用熔融态黄磷炉渣制备铸石或微晶玻璃材料的工艺，辅料调配复杂、过程工序多、所需设备和构筑物多，目前尚未实现工业化；而本发明更加简单易行，对辅料比例要求较低，省去了核化晶化退火等过程，减少了工艺工序和所需设备、构筑物等，大大降低了整个工艺流程的生产成本和耗时。
（4）本发明结合了两种现有的成熟技术，确保了该技术在实际工程应用中可靠性，并且通过工艺改进和参数调试解决了两种工艺技术在新条件下的适用性问题。
附图说明
附图1为本发明生产工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图1对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
一种熔融态炉渣利用浮法工艺制备普通玻璃材料的工艺技术，它包括以下步骤：
（1）辅料配比：根据黄磷熔融态炉渣的化学组成确定制备普通材料的原料配方，其中黄磷熔融态炉渣（富含CaO和SiO2）占原料总质量的50%，石英粉辅料（富含SiO2）占总质量的40%，高岭土辅料（富含Al2O3）占总质量的10%；
（2）辅料制备：按步骤（1）的辅料配比，将石英粉辅料和高岭土辅料称量后粉碎并均匀混合，粉碎后的辅料粒度小于5mm，添加约为原料总质量的4%的萤石（主要成分为CaF2）作为助熔剂，以及约为原料总质量的0.8%的Sb2O3作为澄清剂对辅料进行改性以提高下一步混熔的熔炼效率。
（3）混熔：将辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，搅拌混合均匀后在1500℃温度下混熔并保温，保温时间为120min，在该温度下，熔融态黄磷炉渣可与辅料发生反应并转化为基础玻璃熔液；待制得基础玻璃熔液后，将池窑温度降至1050℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1050℃；
（4）浮法成型：将温度为1050℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，经历15min时间冷却到退火温度（600℃），进入退火窑保温120min后退火；通过控制拉引速度，当板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的平板玻璃材料。
本实施例制备得到的平板玻璃材料表面光滑，没有裂纹和气孔，产品致密性良好，其主要性能参数如下表所示：
。
实施例2
一种熔融态炉渣利用浮法工艺制备普通玻璃材料的工艺技术，它包括以下步骤：
（1）辅料配比：根据黄磷熔融态炉渣的化学组成确定制备普通材料的原料配方，其中黄磷熔融态炉渣（富含CaO和SiO2）占原料总质量的55%，石英粉辅料（富含SiO2）占总质量的35%，高岭土辅料（富含Al2O3）占总质量的10%；
（2）辅料制备：按步骤（1）的辅料配比，将石英粉辅料和高岭土辅料称量后粉碎并均匀混合，粉碎后的辅料粒度小于5mm，添加约为原料总质量3%的萤石（主要成分为CaF2）作为助熔剂，以及约为原料总质量0.6%的Sb2O3作为澄清剂对辅料进行改性以提高下一步混熔的熔炼效率。
（3）混熔：将辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，搅拌混合均匀后在1500℃温度下混熔并保温，保温时间为120min，在该温度下，熔融态黄磷炉渣可与辅料发生反应并转化为基础玻璃熔液。待制得基础玻璃熔液后，将池窑温度降至1050℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1050℃；
（4）浮法成型：将温度为1050℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，经历10min时间冷却到退火温度（600℃），进入退火窑保温180min后退火。通过控制拉拔速度，当板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的玻璃材料。
本实施例制备得到的平板玻璃材料表面光滑，没有裂纹和气孔，产品致密性良好，其主要性能参数如下表所示：
。
实施例3
（1）辅料配比：根据黄磷熔融态炉渣的化学组成确定制备普通材料的原料配方，其中黄磷熔融态炉渣（富含CaO和SiO2）占原料总质量的60%，石英粉辅料（富含SiO2）占总质量的35%，高岭土辅料（富含Al2O3）占总质量的5%；
（2）辅料制备：按步骤（1）的辅料配比，将石英粉辅料和高岭土辅料称量后粉碎并均匀混合，粉碎后的辅料粒度小于5mm，添加约为原料总质量3%的萤石（主要成分为CaF2）作为助熔剂，以及约为原料总质量0.6%的Sb2O3作为澄清剂对辅料进行改性以提高下一步混熔的熔炼效率。
（3）混熔：将辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，搅拌混合均匀后在1500℃温度下混熔并保温，保温时间为120min，在该温度下，熔融态黄磷炉渣可与辅料发生反应并转化为基础玻璃熔液。待制得基础玻璃熔液后，将池窑温度降至1050℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1050℃；
（4）浮法成型：将温度为1050℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，经历10min时间冷却到退火温度（600℃），进入退火窑保温120min后退火。通过控制拉拔速度，当板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的玻璃材料。
本实施例制备得到的平板玻璃材料表面光滑，没有裂纹和气孔，产品致密性良好，其主要性能参数如下表所示：
。
实施例4
（1）辅料配比：根据黄磷熔融态炉渣的化学组成确定制备普通材料的原料配方，其中黄磷熔融态炉渣（富含CaO和SiO2）占原料总质量的50%，石英粉辅料（富含SiO2）占总质量的45%，高岭土辅料（富含Al2O3）占总质量的5%；
（2）辅料制备：按步骤（1）的辅料配比，将石英粉辅料和高岭土辅料称量后粉碎并均匀混合，粉碎后的辅料粒度小于5mm，添加约为原料总质量3.5%的萤石（主要成分为CaF2）作为助熔剂，以及约为原料总质量0.9%的Sb2O3作为澄清剂对辅料进行改性以提高下一步混熔的熔炼效率。
（3）混熔：将辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，搅拌混合均匀后在1500℃温度下混熔并保温，保温时间为120min，在该温度下，熔融态黄磷炉渣可与辅料发生反应并转化为基础玻璃熔液。待制得基础玻璃熔液后，将池窑温度降至1000℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1000℃；
（4）浮法成型：将温度为1000℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，经历20min时间冷却到退火温度（650℃），进入退火窑保温100min后退火。通过控制拉拔速度，当板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的玻璃材料。
本实施例制备得到的平板玻璃材料表面光滑，没有裂纹和气孔，产品致密性良好，其主要性能参数如下表所示：
。
实施例5
（1）辅料配比：根据黄磷熔融态炉渣的化学组成确定制备普通材料的原料配方，其中黄磷熔融态炉渣（富含CaO和SiO2）占原料总质量的55%，石英粉辅料（富含SiO2）占总质量的40%，高岭土辅料（富含Al2O3）占总质量的5%；
（2）辅料制备：按步骤（1）的辅料配比，将石英粉辅料和高岭土辅料称量后粉碎并均匀混合，粉碎后的辅料粒度小于5mm，添加约为原料总质量5%的萤石（主要成分为CaF2）作为助熔剂，以及约为原料总质量1.0%的Sb2O3作为澄清剂对辅料进行改性以提高下一步混熔的熔炼效率。
（3）混熔：将辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，搅拌混合均匀后在1500℃温度下混熔并保温，保温时间为120min，在该温度下，熔融态黄磷炉渣可与辅料发生反应并转化为基础玻璃熔液。待制得基础玻璃熔液后，将池窑温度降至1100℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1100℃；
（4）浮法成型：将温度为1100℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，经历10min时间冷却到退火温度（550℃），进入退火窑保温150min后退火。通过控制拉拔速度，当板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的玻璃材料。
本实施例制备得到的平板玻璃材料表面光滑，没有裂纹和气孔，产品致密性良好，其主要性能参数如下表所示：
。
Claims (3)
1.一种利用熔融态黄磷炉渣制备普通玻璃的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将石英粉辅料、高岭土辅料称量、粉碎并混合均匀后备用；
（2）将步骤（1）得到的辅料添加到熔融态黄磷炉渣中，在池窑中搅拌混合均匀后，在1300-1500℃温度下混熔并保温60-120min得到基础玻璃熔液，其中，黄磷熔融态炉渣（其中CaO和SiO2占90%左右）占原料总质量的50-60%，石英粉辅料（其中SiO2占80%以上）占原料总质量的35-40%，高岭土辅料占原料总质量的5-10%；
（3）将池窑温度降至1000~1100℃，使基础玻璃熔液的温度控制在1000~1100℃；将温度为1000~1100℃的基础玻璃熔液流入浮法槽，冷却到550~650℃，根据所需玻璃厚度控制拉引速度；板材从锡槽中拉出时已形成固态的、具有不同宽度和厚度的平板玻璃材料。
2.根据权利要求1所述利用熔融态黄磷炉渣制备普通玻璃的方法，其特征在于：步骤（2）中添加萤石作为助熔剂，Sb2O3作为澄清剂。
3.根据权利要求1所述利用熔融态黄磷炉渣制备普通玻璃的方法，其特征在于：萤石的添加量为原料总质量的3-5%， Sb2O3的添加量为原料总质量的3-5%。
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