改性磷渣铸石母体暨含磷、氟SiO2-Al2O3-CaO系统的分相乳浊机理研究

高温磷渣液是电炉法黄磷生产必然大量排出的工业废渣。为实现磷渣液的热能、物质的同步回收，并解决其环境地质问题，磷渣液经改性后可制备建筑装饰用铸石。此过程涉及的关键科学问题为，属于SiO2-Al2O3-CaO系统的改性磷渣铸石母体以及含磷、氟SiO2-Al2O3-CaO系统本身在热处理过程中遵循何种机理如何发生分相乳浊。为此，本项目将以现代分析测试手段以及模拟计算等相结合的表征技术，研究改性磷渣铸石母体和含磷、氟SiO2-Al2O3-CaO系统模拟铸石母体在不同热处理温度制度下所产生的分相、微区成分富集、非晶质体析出和发育过程，以及化学组成尤其是磷、氟成分的影响规律和作用机制，探讨改性磷渣铸石母体暨含磷、氟SiO2-Al2O3-CaO系统的分相乳浊的形成机理，初步建立改性磷渣铸石母体暨含磷、氟SiO2-Al2O3-CaO硅酸盐系统的分相乳浊理论基础，为磷渣铸石和类似材料体系的制备提供科学依据。

高温磷渣液是电炉法炼磷排出的主要废弃物。传统处置方式是，将高温液态磷渣水淬骤冷为固态颗粒物，再运至堆放场堆放，这不仅占用土地，并且磷渣中的磷、氟、重金属等还会产生严重的环境污染。为解决磷渣的处置问题，并针对现有磷渣资源化技术的不足，本课题组提出了一项直接利用高温磷渣液经改性后制备建筑装饰用铸石的新技术。. 在磷渣铸石的制备过程中，最突出的物理化学现象是在900℃下热处理铸石母体时，透明态的铸石母体转变成了乳浊态铸石产品。此过程涉及的关键科学问题为，含有磷、氟等杂质的属于SiO2-Al2O3-CaO玻璃系统的改性磷渣铸石母体在热处理过程中遵循何种机制如何发生分相乳浊。. 本课题对经过不同时间热处理的磷渣铸石样品，采用化学成分分析、XRD、FESEM、EDAX、IR、Raman等仪器设备来分析表征样品的微观形貌、微区成分富集、网络结构及非晶质体析出和发育的过程及规律，系统探讨了磷渣铸石母体在热处理过程中的分相现象及分相机理。. 研究得到的主要结论为：（1）通过XRD、FESEM和EDAX分析，磷渣铸石母体在热处理时发生了分相，即富含磷、钙和氟的非晶质液滴颗粒相析出，残留富含硅的基质相；（2）分相的磷渣铸石的微观形貌为大量的界面明显的液滴状颗粒独立地分布在基质相中，意味着该分相由亚稳分相机理控制；（3）液滴状颗粒随着热处理时间的延长而直径变大、颗粒数目减少，并且液滴状颗粒的直径与热处理时间的立方根成正比，表明该液滴状颗粒的生长机制属于奥斯特瓦德成熟机制；（4）由奥斯特瓦德成熟机制控制的液滴状颗粒长大是一种由化学势驱动相邻的液滴颗粒相互聚集融合的过程；（5）分相中的结构变化是由含2个桥氧的硅氧基团向含1个桥氧和3个桥氧的硅氧基团转变；（6）从网络结构上来看，分相是由于富含磷、钙和氟的低聚合度的网络与富含硅的高聚合度之间的相容性差，导致前者从后者中析出，形成一种新相，并导致铸石宏观上乳浊失透。. 本课题研究成果合理解释了磷渣铸石母体在热处理过程中发生的分相现象及相关机制，对完善和优化改性磷渣铸石工艺技术及推动其产业化提供了理论依据；本课题在实施中，发表了2篇SCI论文，培养了3名硕士研究生。整体上，研究成果达到了课题预设的研发目的，完成了研发任务。