賀勇，彭能華

（貴州省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計(jì)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(xué)研究設(shè)計(jì)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(yùn)行可靠，既可以實(shí)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(xué)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(dāng)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(jiān)實(shí)、致密均勻的復(fù)相材料［1］。微晶玻璃飾板是采用無機(jī)非金屬材料為原料首先制成玻璃熔塊、再運(yùn)用受控晶化技術(shù)將玻璃熔塊在適當(dāng)?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(xué)性能，其色澤美觀、表面花紋精美，具有強(qiáng)度、硬度高，不褪色，耐腐蝕，吸水率低，無放射性等特點(diǎn)，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(xiàng)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(dá)90%以上，黃磷尾氣熱值為11 806.78 kJ/Nm3，折合標(biāo)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(yàn)，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(jìn)了該系統(tǒng)的整體析晶，這種作用是通過大量細(xì)小液滴相在玻璃中整體晶化成磷灰石微小球形晶體實(shí)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(chǔ)。

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(dǎo)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(yīng)條件

（1）磷渣

年需用量86 598 t。貴州某磷礦化工有限責(zé)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(diǎn)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至本項(xiàng)目磷渣儲庫。其化學(xué)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(yùn)輸進(jìn)廠儲存待用。其化學(xué)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(xué)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(xué)助劑，市售，其化學(xué)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(xué)助劑，市售。

（6）硼砂

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

表1　原料的化學(xué)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(zé)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(dāng)于0.2857 kg重油的熱值，折合標(biāo)煤0.403 kg/Nm3，每年可提供相當(dāng)于56 420 t標(biāo)煤的燃料。本項(xiàng)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(biāo)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(xiàng)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(xiàng)目裝機(jī)容量800 kW，計(jì)算負(fù)荷600 kW，年耗電量4320×104kW·h。企業(yè)已建有110 kV開關(guān)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(xiàng)目電源由35 kV站引來一路10 kV電纜線路，新設(shè)變電所1座，含高壓配電室、變壓器室、低壓配電室，內(nèi)設(shè)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(shè)計(jì)循環(huán)水利用率95%。考慮冷卻、蒸發(fā)等用水損失10%，日補(bǔ)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(zāi)延續(xù)時(shí)間2 h計(jì)，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(zāi)消防總用水量為144 m3，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(yàn)所取得的相關(guān)參數(shù)和指標(biāo)，根據(jù)表1所示的化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算，生產(chǎn)微晶熔塊的原料配合比設(shè)計(jì)方案見表2，微晶熔塊的化學(xué)成分見表3。

表2　原料配合比設(shè)計(jì)方案

表3　微晶熔塊的化學(xué)成分%

4.2物料平衡計(jì)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(jì)算物料平衡量。以干基計(jì)：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(shè)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(yùn)組成。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要設(shè)備配置見表4。

表4　主要設(shè)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(xué)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(jì)量配料、混合均勻后進(jìn)入料倉，均勻的混合料按時(shí)加入熔塊爐中進(jìn)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(jìn)行烘干、篩分，篩分后的熔料鋪設(shè)在窯具上（用邊條在四周擋住的成型棚板），送入晶化窯進(jìn)行高溫?zé)Y(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(jìn)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(shí)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(yù)熱等技術(shù)以及實(shí)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(biāo)均符合JC/T 872—2000《建筑裝飾用微晶玻璃》標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)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(dá)98.54%的石英砂后，將生產(chǎn)的微晶玻璃飾板進(jìn)行性能測試，并與天然花崗石板材進(jìn)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(diǎn)

（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(shí)現(xiàn)連續(xù)式生產(chǎn)、自動化控制，易于掌握工藝指標(biāo)，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(jìn)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(hù)環(huán)境和生態(tài)資源，是國家鼓勵(lì)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目，可以享受一定的政策性優(yōu)惠。同時(shí)，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(lǐng)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(shè)計(jì)、研發(fā)及技術(shù)服務(wù)。