浅谈高掺量磷渣页岩烧结砖研究

孟醒

摘要：磷化工生产的过程中，很形成一些磷渣，这些工业废渣不仅会占用很多土地空间，同时也会导致严重的环境污染。近年来，相关学者研究出一种技术，就是将磷渣掺兑到页岩中，然后通过相应的技术工艺以及处理技术把磷渣页岩烧结成砖，这样就可以变废为宝，促进磷渣的循环利用。

关键词：高掺量磷渣；页岩；烧结砖

近年来，磷化工行业取得了飞速发展，虽然取得了良好的经济效益，但是带来的环境污染也非常严重，不利于磷化工行业的健康、可持续发展。磷渣是磷化工生产中最主要的废弃物，目前磷渣通常都是应用于水泥行业，砌块、磷渣免烧砖、水泥制品等也比较常用，但是由于各方面条件的限制，磷渣的有效利用率仍然比较低，在10%以下，如何有效提高磷渣的综合利用率已经成为相关行业思考的重点。砖瓦行业借助页岩生产烧结砖至今已经有了50多年历史，在这方面也积累了很多生产经验，通过磷渣生产烧结砖中可以掺杂50%多磷渣量。把磷渣掺杂在页岩中一起混合生产制作烧结砖，一方面可以变废为宝，节约能源，另一方面也有利于节约土地，减少环境污染。

1.磷渣以及页岩的主要特性

1.1磷渣的基本特性

所谓磷渣主要是指磷化工厂在生产黄磷的过程中，通过电炉法将黄磷提取后，剩下的废溶液水淬急冷生成的一种玻璃体工业固体废弃物。关于磷渣的主要化学成分包括氧化钙以及氧化硅两种，其比例占到总含量的80%多，同时还包括五氧化二磷（含量较少）、氧化铁、氧化铝以及氧化镁等。磷渣和粒化高炉矿渣的某些性能比较类似，两者都属于活性材料，因此被广泛应用于膨胀轻集料、矿棉生产以及蒸压硅酸盐制品以及水泥生产等领域，但是很少会将大量磷渣应用于烧结砖生产中。主要是由于磷渣并无可塑性，很难通过挤出法成型，因此仍然需要进一步研究在高温条件下，胶结料和磷渣发生物理化学反应的具体机理。磷渣的颜色一般都是浅灰色或者灰白色，整体呈现多孔结构，大概90%左右都是玻璃体。

1.2页岩

页岩的品种具有多样化，相对而言比较复杂，如果可以在页岩中掺杂磷渣生产制造磷渣烧结砖的话，一方面可以充分利用砖瓦行业的生产技术以及生产工艺，另一方面也可以有效利用砖瓦行业的场地、装备等基本条件。磷渣烧结砖的过程中，页岩的可塑性指数越高的话，越好掺杂磷渣。但是，大部分自然界页岩的原料并不是非常理想，一定要经过相应的加工处理后才可以利用。如何提高页岩原料可塑性指数是高参量页岩烧结砖的关键。

2.制备混合料

2.1破碎以及混合

当前主要采用辊压以及打击两种破碎方式，辊压型当前被广泛应用于各种轮碾机以及辊机中，而打击型主要是用于反击式破碎机、锤式破碎机以及笼形破碎机中。很多页岩都具有较高的自然含水率，通常都会控制在10%-19%左右，这样的话，打击型破碎设备很难正常运转，因此往往都是采用辊机进行破碎。相关实验研究表明，将三种页岩分别采用三种不同的塑性指数以及两辊间隙进行辊机处理，结果研究表明，页岩通过辊机处理后，塑性指数明显提高，这为大量掺杂磷渣提供了有利条件。当然，页岩通过其他破碎设备的处理也可以有效提高塑性指数。

页岩具备一定的可塑性是大量掺杂磷渣的重要基础条件，充分混合磷渣以及页岩是确保磷渣烧结砖产品质量的重要环节。当前，主要采用碾练型、打击型、搅拌型等三种方式混合原料，其中碾练型混合方式主要会采用单轴（双轴）真空练泥机、轮碾机以及圆盘筛式给料机等，以上这些设备都可以在一定程度上提高混合料的均匀性，增强磷渣和页岩之间的“亲和性”，有效确保产品质量。打击型混合方式主要是通过刨刀式、笼形粉碎机以及锤式破碎机等打击原料，从而充分混合、嵌结胶结剂和磷渣，大大提高产品质量，但是这种混合方式的混合料均化效果并不是非常理想，而且会消耗很大的动力。搅拌型混合通常都是通过单双轴搅拌机或者其他类型搅拌机进行搅拌，这样搅拌相对较为均匀，而且动力消耗比较少，在搅拌的过程中也可以一边搅拌，一边加水，但是搅拌效果并不是很好，磷渣和页岩之间的亲和力比较低。

2.2陈化、碾练

陈化主要是为了更好的迁移混合料中的水分，并且使原料中的颗粒润湿，这样原料颗粒周围就可以被水包围形成一个水膜，这样可有效调节混合料的物理性能，尤其是可以大大提高混合料的可塑性指数以及干燥性能。碾练的作用主要是可有效提高混合料的密实度以及亲和性，很好的提高产品质量。如果将磷渣掺杂到页岩过程中，如果没有采用有效的原料处理措施，随着磷渣惨杂量的不断增加，其干燥合格率反而会下降，强度也会逐渐降低。这种情况下就可以采用陈化处理以及碾练处理，这样可大大提高混合料的可塑性指数，改善其物理性能，一方面可以为掺杂大量磷渣提供良好条件，同时也可以为生产空心制品，确保挤出成型质量提供良好条件。

3.成型以及干燥

磷渣相对于粉煤灰而言，颗粒基本上都是一样粗的，因为大多数磷渣都属于玻璃态物质，配比相同的情况下，磷渣在混合料中所占的面积会明显小于粉煤灰，因此成型过程中需要的水分也相对较少。选择的页岩原料处于一种特定条件的情况下，只要成型水分有16%的话就可以成型，但是很难生产出高掺量粉煤灰精结砖。其次，磷渣自身并没有化学结合水，如果粒径较粗、成型水分较低的情况下更容易快速干燥。相对于页岩砖而言，磷渣钻的干燥流程比较简单，磷渣砖成型需要的水分比较少，而且在砖柸中，磷渣属于一种良好的瘦化剂，抗开裂、抗收缩等作用比较强。

4.焙烧以及窑型

经过相关的实验研究表明，通常高掺量磷渣页岩烧结砖进行焙烧的温度控制在900℃-1100℃左右，基本上和一般的页岩烧结砖一致，当前砖瓦厂内的隧道窑以及烧砖轮窑等地方都可以进行磷渣页岩砖烧制。由于高掺量磷渣页岩进行预热带、干燥脱水的时候，坯体强度降低，因此进行焙烧的过程中应该适当的控制码坯层数，尽可能减少变形，从而确保坯体形状不会在焙烧过程中改变，提高生产产品的合格率。页岩中磷渣惨杂量达到60%的时候，不管是隧道窑，还是轮窑的焙烧质量都符合要求，但是磷渣惨杂量越多，其生产产品的合格率反而会降低。由此可见，磷渣惨杂量最好应该控制在60%以下。

总而言之，磷渣可以掺杂在页岩中进行磷渣烧结砖生产，最适宜的磷渣掺量应该控制在60%以下，生产的过程中通过相应的工艺处理技术都可以确保生产产品的合格率。在页岩中掺杂磷渣的过程中，想要提高磷渣惨杂量最好是先“释放”胶结料自身的塑性，适当的陈化以及轮碾处理也有利于提高混合料可塑性，加强胶结料和磷渣之家的亲和性，提高成型、烧成质量。成型环节中，应该采用双级真空挤砖机挤出成型，这样不仅适用于可塑性较低的混合料，同时也有利于增强坯体密实度，提高产品质量。干燥环节中，高掺量磷渣烧结砖干燥过程相对于高掺量粉煤灰烧结砖更容易控制，有利于快速干燥。焙烧过程中，可以选择隧道窑以及轮窑，但是选择隧道窑焙烧的合格率更高。