黄磷渣制取矿渣棉试验研究

摘要

近年来香溪河流域水生态环境退化严重，其水体出现了加速污染和富营养化趋势，区域内磷化工排污及磷化工渣场磷的流失是导致香溪河流域及三峡库区水质逐年下降的重要原因之一。为控制磷污染排放、改善库区全流域水环境质量，湖北省承担了“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项“三峡项目”中课题2《库区小流域磷污染综合治理及水华控制研究与示范》任务。
　　本论文以兴发集团刘草坡化工厂黄磷渣为研究对象，采用自制实验室小型矿渣棉生产设备，研究了原辅料配料配比、熔融温度、离心机转数、放料速度等因素对黄磷渣制取矿渣棉的影响，分析测试了矿渣棉的成分和结构，提出充分利用黄磷炉渣显热原位生产矿渣棉纤维的工艺构想。论文得到以下结论：
　　（1）在研究国内工业上矿棉生产技术和设备的基础上，设计并自制了实验室适用的小型化四辊离心机矿渣棉试验设备，该设备主要包括：高温节能电炉、四辊离心机、集棉室、除尘器、电控设备等五个部分。
　　（2）黄磷渣中Al含量较低，提出利用Al含量相对较高的粉煤灰作为辅料，调节黄磷渣的酸度系数。原辅料配比试验表明，粉煤灰最佳投配比为10％，产生的矿渣棉酸度系数为1.07，平均直径5.73μm（满足《中华人民共和国国家标准绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》（GB/T11835-2007）的要求，纤维平均直径小于7μm），直径方差3.17。在相同试验条件下，配入10％粉煤灰的黄磷渣制取的矿渣棉优于钢渣制取的矿渣棉，产量高1.4倍、纤维平均直径小7.23μm、直径方差低60％。
　　（3）熔融物在表面张力的作用下断裂成纤维，这个过程受到熔融物料粘度的影响，而粘度会随着温度的变化而变化。试验表明，提高熔融温度、加快放料速度可以提高离心机辊头和成纤区温度，从而有利于成纤效果。粉煤灰最佳投配比条件下，试验温度从1350℃提高至1550℃，产棉量增大了17倍、平均直径减小13.22μm、直径方差降低69.4％；放料时间由90s降至30s，产棉产量增大4.8倍、平均直径减小2.39μm、直径方差降低29％。
　　（4）熔融物是在离心力的作用下，呈线状沿圆周切线方向飞出断裂成纤维。在辊头直径固定的情况下，增加离心机转速，从而有利于成纤效果。当辊头转速由2700r/min增加至4500r/min，矿棉产量增大6.3倍、平均直径减小16.81μm、直径方差降低69.5％。
　　（5）熔融态的黄磷渣排出时温度在1350℃左右，与黄磷渣制取矿渣棉熔融温度相接近。提出一步法矿渣棉生产工艺，充分利用熔融态黄磷渣中的显热，该工艺比物料常温加热至熔融态生产工艺可节省能耗约80.5％左右，为黄磷渣高附加值的利用提供了一个新的途径，从源头上控制黄磷渣无控制堆放对周边环境造成的污染，具有较好的环境与经济效益。

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第1章 绪论

1.1 磷资源状况概述

1.1.1 磷资源分布

1.1.2 磷资源开发利用

1.2 黄磷渣概述

1.2.1 黄磷渣的来源及产生现状

1.2.2 黄磷渣的性质及对环境的影响

1.2.3 黄磷渣的综合利用现状

1.3 黄磷渣生产硅酸钙纤维

1.3.1 矿棉纤维概述

1.3.2 矿棉纤维的应用

1.3.3 矿棉生产工艺

1.3.4 矿棉生产设备

1.3.5 磷渣制取矿棉的可行性

1.4 研究背景、目的及内容

1.4.1 研究背景及任务

1.4.2 研究目的及意义

1.4.3 研究内容

第2章 试验准备

2.1 试验仪器、设备及材料

2.1.1 试验仪器、设备

2.1.2 试验材料

2.2 矿渣棉的制备方法

2.3 矿渣棉的性能检测

2.3.1 矿渣棉纤维平均直径测定

2.3.2 矿渣棉的结构测定

2.3.3 矿渣棉的成分分析

2.3.4 矿渣棉显微观察

第3章 研究结果与讨论

3.1 实验室矿棉设备研制与调试

3.1.1 设备结构与参数

3.1.2 熔制调试

3.1.3 成纤调试

3.2 矿渣棉制备条件试验

3.2.1 原辅料配比

3.2.2 熔融温度

3.2.3 离心机转速

3.2.4 放料速度

3.2.5 矿渣棉结构分析

3.2.6 矿渣棉成分分析

3.3 工业化构想

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 创新点

4.3 展望

参考文献

附表

致谢