淺談高摻量磷渣頁巖燒結磚研究

孟醒

摘要：磷化工生產的過程中，很形成一些磷渣，這些工業廢渣不僅會占用很多土地空間，同時也會導致嚴重的環境污染。近年來，相關學者研究出一種技術，就是將磷渣摻兌到頁巖中，然后通過相應的技術工藝以及處理技術把磷渣頁巖燒結成磚，這樣就可以變廢為寶，促進磷渣的循環利用。

關鍵詞：高摻量磷渣；頁巖；燒結磚

近年來，磷化工行業取得了飛速發展，雖然取得了良好的經濟效益，但是帶來的環境污染也非常嚴重，不利于磷化工行業的健康、可持續發展。磷渣是磷化工生產中最主要的廢棄物，目前磷渣通常都是應用于水泥行業，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成為相關行業思考的重點。磚瓦行業借助頁巖生產燒結磚至今已經有了50多年歷史，在這方面也積累了很多生產經驗，通過磷渣生產燒結磚中可以摻雜50%多磷渣量。把磷渣摻雜在頁巖中一起混合生產制作燒結磚，一方面可以變廢為寶，節約能源，另一方面也有利于節約土地，減少環境污染。

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固體廢棄物。關于磷渣的主要化學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，因此被廣泛應用于膨脹輕集料、礦棉生產以及蒸壓硅酸鹽制品以及水泥生產等領域，但是很少會將大量磷渣應用于燒結磚生產中。主要是由于磷渣并無可塑性，很難通過擠出法成型，因此仍然需要進一步研究在高溫條件下，膠結料和磷渣發生物理化學反應的具體機理。磷渣的顏色一般都是淺灰色或者灰白色，整體呈現多孔結構，大概90%左右都是玻璃體。

1.2頁巖

頁巖的品種具有多樣化，相對而言比較復雜，如果可以在頁巖中摻雜磷渣生產制造磷渣燒結磚的話，一方面可以充分利用磚瓦行業的生產技術以及生產工藝，另一方面也可以有效利用磚瓦行業的場地、裝備等基本條件。磷渣燒結磚的過程中，頁巖的可塑性指數越高的話，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，一定要經過相應的加工處理后才可以利用。如何提高頁巖原料可塑性指數是高參量頁巖燒結磚的關鍵。

2.制備混合料

2.1破碎以及混合

當前主要采用輥壓以及打擊兩種破碎方式，輥壓型當前被廣泛應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，打擊型破碎設備很難正常運轉，因此往往都是采用輥機進行破碎。相關實驗研究表明，將三種頁巖分別采用三種不同的塑性指數以及兩輥間隙進行輥機處理，結果研究表明，頁巖通過輥機處理后，塑性指數明顯提高，這為大量摻雜磷渣提供了有利條件。當然，頁巖通過其他破碎設備的處理也可以有效提高塑性指數。

頁巖具備一定的可塑性是大量摻雜磷渣的重要基礎條件，充分混合磷渣以及頁巖是確保磷渣燒結磚產品質量的重要環節。當前，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”，有效確保產品質量。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、嵌結膠結劑和磷渣，大大提高產品質量，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，這樣可有效調節混合料的物理性能，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，很好的提高產品質量。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，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，同時也可以為生產空心制品，確保擠出成型質量提供良好條件。

3.成型以及干燥

磷渣相對于粉煤灰而言，顆?；旧隙际且粯哟值模驗榇蠖鄶盗自紝儆诓ＡB物質，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，但是很難生產出高摻量粉煤灰精結磚。其次，磷渣自身并沒有化學結合水，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

經過相關的實驗研究表明，通常高摻量磷渣頁巖燒結磚進行焙燒的溫度控制在900℃-1100℃左右，基本上和一般的頁巖燒結磚一致，當前磚瓦廠內的隧道窯以及燒磚輪窯等地方都可以進行磷渣頁巖磚燒制。由于高摻量磷渣頁巖進行預熱帶、干燥脫水的時候，坯體強度降低，因此進行焙燒的過程中應該適當的控制碼坯層數，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，提高生產產品的合格率。頁巖中磷渣慘雜量達到60%的時候，不管是隧道窯，還是輪窯的焙燒質量都符合要求，但是磷渣慘雜量越多，其生產產品的合格率反而會降低。由此可見，磷渣慘雜量最好應該控制在60%以下。

總而言之，磷渣可以摻雜在頁巖中進行磷渣燒結磚生產，最適宜的磷渣摻量應該控制在60%以下，生產的過程中通過相應的工藝處理技術都可以確保生產產品的合格率。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”膠結料自身的塑性，適當的陳化以及輪碾處理也有利于提高混合料可塑性，加強膠結料和磷渣之家的親和性，提高成型、燒成質量。成型環節中，應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，提高產品質量。干燥環節中，高摻量磷渣燒結磚干燥過程相對于高摻量粉煤灰燒結磚更容易控制，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。