磷渣在生产水泥中利用途径的分析

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1、磷渣在生产水泥中利用途径的分析江虹(贵州广播电视大学实验中心，贵州贵阳550004)摘要：从水泥生料配入磷渣煅烧熟料和磷渣作为混合材生产水泥两个方面分析讨论各自的利弊，继而分析生、熟料联合用磷渣生产水泥的可行性，得出生、熟料联合用磷渣生产水泥在吃废利废节能方面比只在生料或熟料中应用磷渣生产水泥能力更大,生产的水泥能保证早期强度,后期强度也有较好的发展。关键词：磷渣；生产；水泥中图分类号：X705；TQ172.44文献标识码：A 0前言电炉法制取黄磷时，每生产1吨黄磷，副产磷渣8—10吨。根据有关统计资料分析，在20世纪90年代中期，世界电炉法黄磷生产能力总量大约107．8—130．

2、0万吨/年，据此计算，副产磷渣达1078—1300万吨／年，如此大量的磷渣必将对环境造成严重污染，因此，根据磷渣的理化特性,研究其资源化利用问题，意义重大。目前，磷渣在水泥生产中的应用研究很多，主要集中在利用磷渣中含有氟、磷等微量组份，使之用作水泥熟料煅烧时的矿化剂，以及利用磷渣所具有的潜在活性用作混合材生产磷渣水泥和复合硅酸盐水泥等两个方面。这两种途径各有利弊，前者能改善水泥生料易烧性、提高熟料强度，但吃渣量小，后者吃渣量大，但水泥强度降低较大。能否综合考虑这两种利用途径的利弊，使之互补是一个值得研究的课题。本文从分析这两种利用途径的利弊着手，就此进行了较为详尽的分析探讨。 1磷

3、渣的化学成份、结构及矿物组成电炉磷渣是一种水淬渣，其化学成份为：CaO47-52%、SiO240-43%、P2O50.8-2.5%、Al2O32-5%、Fe2O30.8-3.0%、F2.5-3%，潜在矿物相为假硅灰石、枪晶石及少量的磷灰石。其结构90%左右为玻璃体。 2磷渣配料煅烧水泥熟料经淬冷成粒的粒化电炉磷渣玻璃体中含有大量CaSiO3微晶，这些微晶对熟料矿物形成具有很好的晶核诱导作用，能降低C3S形成的活化能，加速C3S的形成，促进水泥熟料的烧成。磷渣是高钙、高硅物质其引入的CaO和SiO2使生料配料中石灰石和粘土用量降低，既减少了水泥生产的开山取材、挖地取土对自然生态的破坏

4、，又减少了水泥熟料煅烧过程中粘土脱水、CaCO3分解等过程耗热。磷渣中的微量氟、磷具有良好的矿化作用，有利于改善熟料的易烧性和提高水泥熟料强度。由表1所示易烧性实验结果可见，采用磷渣配料后，生料的易烧性得到大大改善。表1磷渣配料生料和普通生料的易烧性结果生料名称生料率值熟料中f-CaO%KHnp950℃1050℃1150℃1250℃1330℃普通生料0.891.862.2830.3834.5025.8019.705.41磷渣生料0.892.801.6910.9612.2711.988.570.37 掺有磷渣的生料煅烧时，磷渣中的氟化物在高温下与水蒸气作用生成氢氟酸，而氢氟酸气体与C

5、aCO3反应重新生成CaF2，在高温蒸汽作用下，CaF2又生成高活性的CaO，从而加速了CaCO3的分解和固相反应的进行。同时，氢氟酸还破坏了SiO2的晶格，使其活化，从而改变了SiO2的反应能力，促进了SiO2的反应。在熟料形成过程中，磷渣中的氟参与固溶和形成过渡相，改变熟料矿物组成和结晶形态，使晶体变形，活性提高，反应能力增强，液相提前出现，液相量提前增加，因而使扩散作用和烧结速度增大，从而降低烧成温度。磷渣引入生料中的F-降低液相粘度和表面张力的作用有利于加速钙离子的扩散，促进C2S吸收CaO形成C3S的反应进行，并形成早强矿物氟铝酸钙。但考虑到熟料中硅酸盐矿物晶体生长发育情

6、况，磷渣生料通常在只比普通生料稍低的烧成温度下进行煅烧，如此一来，由于液相出现温度低，粘度小，客观上相当于加大了物料反应的温度范围，加快了离子的迁移速度，延长了反应时间，加速了反应速度，从而有利于C2S+CaO=C3S的反应进行，C3S晶体得到良好发育，与普通熟料相比，磷渣配料煅烧的熟料质量好，早强矿物含量高。磷渣中的P2O5在较低温度下与CaO作用生成磷酸钙盐，这些钙盐能与C2S生成固溶体C7PS2和C9PS3从而稳定高温型C2S。同时，这些固溶体具有较大的液相值，也能降低液相温度，增加液相含量，形成利于C3S生成的环境。当含磷量低（P2O5<0.3%）时，生成的具有水硬性的磷酸

7、盐和P2O5本身对硅酸盐矿物具有活化作用，可使液相温度降低40-50℃。根据文献［5］，当熟料中含有0.08%以上的P2O5就可以稳定β—C2S不再向γ—C2S转变，因此采用磷渣配入生料可防止熟料的粉化。图1、图2岩相分析图片及表2数据表明，磷渣熟料C3S形状规则，含量增加，这对提高熟料强度有重要的作用；同时可见熟料黑色中间相减少，白色中间相增加，其主要以C6A2F为主。良好的结晶使水泥熟料的水化、硬化速度加速、完全，再加上C3S本身具有较快的水化凝结速度，所以磷渣熟