熔融态黄磷炉渣的综合利用现状

电炉法制备黄磷产生的工业固体废物——黄磷炉渣,属于化工废渣。黄磷熔融炉渣,根据冷却方式的不同,可分为水淬渣和自然冷却黄磷炉渣,我国主要是水淬渣。本文综述了黄磷炉渣用于微晶玻璃、水泥工业、硅钙肥、路基材料、陶瓷材料、白炭黑、玻璃材料、砖、稀土元素等领域,同时对熔融态黄磷炉渣出炉时温度高达1200～1300℃的热量充分利用进行了探讨,直接用来制造建筑装饰用微晶玻璃,达到保护环境和黄磷行业清洁生产的目的。

高炉重矿渣作为细骨料对水泥砂浆性能的影响

测试了高炉重矿渣和重矿渣砂的组成、结构和性能,对比研究了重矿渣砂和天然河砂对水泥砂浆工作性能和力学性能的影响,从界面结构和孔结构角度分析了重矿渣砂提高水泥砂浆力学性能的作用机理。结果表明:重矿渣砂主要是由许多表面粗糙的颗粒和一些重矿渣微粉所组成,其粗糙的表面改善了骨料颗粒与基体之间的界面结构;重矿渣砂中重矿渣微粉降低了骨料的空隙率,改善了新拌砂浆的粘聚性和流动性,提高了硬化砂浆的致密性。利用重矿渣砂替代天然河砂可以配制出力学性能更好的砂浆,但会降低砂浆的工作性能。

不同冷却方式黄磷炉渣微晶玻璃析晶动力学研究

以水淬黄磷炉渣和自然冷却态黄磷炉渣为研究对象,采用熔融法制备CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃。通过差热分析、X射线衍射和扫描电镜,并利用修正后的Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程和Augis-Bennett方程,分析了不同冷却方式下黄磷炉渣制备微晶玻璃的析晶规律。结果表明:不同冷却方式对微晶玻璃的析晶行为有所不同,水淬黄磷炉渣微晶玻璃的析晶活化能E为352.609 kJ/mol,自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃的析晶活化能E为405.685k J/mol;两种不同冷却方式的黄磷炉渣微晶玻璃的晶化机制均为三维体积晶化。水淬黄磷炉渣微晶玻璃中主晶相为硅灰石(CaSiO_3)并含有少量的石英矿物;自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃中主晶相为钙蔷薇辉石类(Ca(Mn^(2+),Ca)Si_2O_6)和含铁硅灰石类固溶体((Ca,Fe)SiO_3)。以自然冷却渣制备的微晶玻璃性能优于水淬渣制备出的微晶玻璃。

不同气氛下自然冷却黄磷炉渣析晶动力学研究

以自然冷却黄磷炉渣为研究对象,采用熔融法制备CaO-Al_2O_3-SiO_2(CAS)系微晶玻璃。分别通过Owaza方程和修正后的Kissinger方程方程计算自然冷却黄磷炉渣基础玻璃的析晶活化能(E),利用Augis-Bennett方程计算了自然冷却黄磷炉渣基础玻璃的晶体生长指数(n),利用差热分析和X射线衍射分析技术分析了不同气氛下自然冷却渣微晶玻璃的析晶规律和晶相组成。结果表明:基础玻璃在空气气氛下较氮气气氛下更容易析晶;在一定的升温速率下,基础玻璃的析晶方式均为三维体积晶化;无论是在空气气氛下还是在氮气气氛下,自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃的主晶相均为硅灰石(CaSiO_3)。

粉煤灰和自然冷却黄磷炉渣协同制备微晶玻璃

以粉煤灰和自然冷黄磷炉渣为研究对象,采用熔融法制备CaO-Al_2O_3-SiO_2(CAS)系微晶玻璃。利用Kissinger方程和Augis-Bennett方程计算了粉煤灰-自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃玻璃析晶活化能(E)和晶化指数(n)。借助差热分析(DTA),X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了晶核剂TiO_2,CaF_2,P_2O_5(由KH_2PO_4引入)对粉煤灰-自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃析晶的影响。结果表明:利用粉煤灰和自然冷却黄磷炉渣并添加一定量的辅料可以制备CAS系微晶玻璃。当分别添加2wt%的TiO_2,CaF_2,P_2O_5时,主晶相不发生改变,均为硅灰石(CaSiO_3),但添加2wt%TiO_2或2wt%CaF_2具有降低析晶活化能、促进析晶的作用,而添加2wt%P_2O_5具有增加析晶活化能、抑制析晶的作用。

黄磷炉渣制备絮凝剂及其絮凝性能的研究

研究了云南地区6个企业的黄磷炉渣的性能,黄磷炉渣的主要成分为二氧化硅和氧化钙。自然冷却渣的表面较为粗糙,而水淬渣的表面光滑。从粒径可以看出,自然冷却渣的粒径比水淬渣的粒径略小。自然冷却渣主要是由定性的结晶相组成;而水淬渣主要以非晶态为主。不同黄磷炉渣对合成的聚硅酸盐絮凝剂絮凝性能的影响研究表明,水淬渣比自然冷却渣制备的聚硅酸盐絮凝剂效果好。其中一种黄磷炉渣——五钠厂黄磷炉渣粒度对絮凝效果的影响结果表明:当黄磷炉渣的粒径过180～200目(74～80μm),制备的聚硅酸盐絮凝剂效果最好。

黄磷炉渣制备微晶玻璃过程中有害组分的迁移转化预测

为研究利用自然冷却态黄磷炉渣制备微晶玻璃过程中所产生的污染过程,利用Factsage6.4热力学软件并结合自然冷却态黄磷炉渣的化学成分分析结果,计算自然冷却黄磷炉渣制备CaO-Al_2O_3-SiO_2系微晶玻璃时有害组分As、F、P、S 4种元素随温度变化以不同形态存在的规律。结果表明,在自然冷却黄磷炉渣加热至熔融状态过程中,炉渣中As和S元素逐渐达到热力学平衡状态,而F和P则需要更高温度。在高温状态下,体系中S主要以气相SO_2和SO_3存在,P从固态氟磷灰石(Ca_(10)(PO_4)_6F_2)转变为熔融态磷酸钙(Ca_3(PO_4)_2),As存在形态由固态砷酸钙(Ca_3(AsO_4)_2)向气相AsF_3(87.72%)和液态As_2O_3渣相转变,F则以熔融态CaF_2(64.88%)、MgF_2(11.34%)和气相SiF_4存在。并对As元素的迁移转化进行了试验验证,试验测得的结果和理论计算结果有较好的相关性。