干粉电石渣在水泥行业综合利用论文

干粉电石渣在水泥行业综合利用论文【摘要】相对于湿式电石渣，干粉电石渣作为水泥生产原料具有能耗低、易于运输、便于储存等优势。

经在遵义赛德水泥公司生产线上反复试验，在生料中干粉电石渣掺量为5%较为适当。

1引言电石渣是电石法乙炔生产过程中电石水解反应的副产物，乙炔的化学性质活泼，可衍生出上千种有机化学品，其使用相当广泛。

氯碱行业在制取聚氯乙烯（polyvinylchloride，简称PVC）的生产过程中需要使用乙炔。

由于PVC用途广泛，随着经济发展，我国的PVC工业保持着快速增长的势头，生产装置能力不断扩大，装置规模日趋结构合理化，工艺技术水平不断提高。

据统计，目前我国有PVC生产企业约80家，总产能达到972万吨，从近几年我国PVC行业发展趋势来看，因PVC消费高速的增长，同时也引发了我国PVC项目的建设热潮，仅2005年至2006年我国就有十几套装置陆续投产，其分布区域主要集中在西部地区，随着新建装置产能的逐步释放，预计未来我国PVC的产能将超过1150万t/a以上。

伴随着PVC市场剧增，而石油资源又持续短缺，使得石油乙烯法生产PVC的成本上升，更进一步促进了电石法生产PVC装置的发展；同时电石法PVC工艺技术成熟，原料来源有保障，生产成本具有竞争优势，因此，电石法生产PVC在我国还会存在相当长的时间。

目前我国生产PVC树脂的原料有70%以上来自电石，因电石法PVC 生产的发展，再加上其它一些化工产品也要用电石法制乙炔，致使电石渣的排放量逐渐增多，如果没有对电石渣及时进行处理，其在堆存期间容易对土壤造成碱化污染，并影响节能减排的实施。

将电石渣用于制水泥是大量处理电石渣的有效途径，对干粉电石渣在水泥行业的利用研究是解决利用电石渣生产水泥熟料应用的课题之一。

开磷集团遵义碱厂2011年成功对电石乙炔发生工艺作了干法技改，建成了一套乙炔发生能力为2500Nm/（h.套）的干法生产装置，年消耗电石5.5万t，产生干粉电石渣6.5万t。

因此，遵义市节能监测技术服务中心与遵义赛德水泥有限公司的相关技术人员合作开展相关的研究和试验，通过对干粉电石渣在水泥生产原料中的掺混比例、生产过程工艺控制等关键环节进行研究，确定既能满足水泥产品质量标准的要求，又能最大限度地利用好干粉电石渣的生产工艺技术，最终减少电石渣对环境的危害，消除电石渣大量堆存的安全隐患，达到资源综合利用和节能减排的目的。

2电石渣的来源电石法生产PVC的反应过程如下：CaCO3→ CaO+C02CaO+3C→CaC2（电石）+COCaC2+2H2O→C2H2（乙炔）+Ca（OH）2（电石渣）C2H2+HCI→CH2=CHCI（氯乙烯）CH2=CHCI→[CH2=CHCl]n（聚氯乙烯）采用电石法生产PVC有湿式乙炔发生工艺和干式乙炔发生工艺之分。

湿式乙炔发生工艺是用过量的水与电石反应制取乙炔，其电石渣含水率可达到85%～95%，在沉清池沉清后含水量可到60%一80%，如果再堆放一定时间，让水分自然蒸发后的含水率可到50%～55%，此时，如果要靠其自然降低水分已经很困难了；干式乙炔发生工艺是在电石水解过程中喷入略多于理论量的雾态水在粒径较小的电石上使之水解，产生的电石渣含水率为<1.5%，电石消耗水量为湿式乙炔发生工艺的10%。

显然这两种工艺产生的电石渣含水率的差异给水泥生产系统带来的影响也会有所不同。

从实验分析来看，不同工厂、不同来源的电石渣其细度、成分是有差异的，而且有些样品相差还比较大。

3电石渣的特性由于采用了干式乙炔发生工艺，其产生的干粉电石渣其含水率小于1.5%，其初始使用过程中不需要采用与湿式电石渣类似的烘干步骤，故而可节省大量能源消耗，而从湿式乙炔发生工艺可知，湿式电石渣的含水量可达到85%～95%，而且脱水较困难。

目前一般采用的工艺为：将初始水分为85%～95%的电石渣进行初步的沉淀浓缩，浓缩后的水分约为70%～80%，然后采用机械脱水的方法对浓缩后的电石渣进一步脱水，脱水后的水分一般在35%～40%之间。

随着不同生产厂家电石渣性质的不同，水分会有所变化，只有少数的湿式电石渣可以被压滤至水分为30%以下。

这种电石渣含有大量的微毛细管水，近似于吸附水分，其蒸汽压小于同温度下纯水的饱和蒸汽压，在干燥时难以除去。

而且湿电石渣的粘滞性较强，易结块，烘干难度大，且烘干后还有再吸收水分的现象，实验中发现经过干燥后的电石渣使用试样袋包装后，经过6天的时间，其吸潮量可达到l%。

湿式电石渣作为主要原料使用，水分含量高，烘干量大，消耗热量也多，故和干粉电石渣比起来，湿式电石渣作为水泥原料的可用性要明显次于干粉电石渣。

3.1干粉电石渣的粒度电石渣是电石与水反应放出乙炔气体后的残渣，反应非常剧烈，因此电石渣的粒度很小，而且微观结构比较疏松。

在实验中对多种电石渣的粒度测试结果进行统计发现，电石渣干粉的粒度几乎都在80μm以下。

从干粉电石渣的粒度分布看，一般情况下20%的粒子粒径在50 μm一80 μm之间，80%以上粒子的粒径在50 μm以下，20%的粒子粒径在10 μm以下。

干粉电石渣的粒度特点会影响电石渣干粉的储存和输送，电石渣干粉的颗粒较细具有极好的流动性，同时电石渣粉体之间粘附力较强，团聚现象明显，在储存过程中容易被压实，不易卸料，但当这种团聚被打散开始流动时，电石渣粉体就表现出非常好的流动性，在卸料中易冲料，需要进行控制。

3.2干粉电石渣的储存输送性能在电石渣的预处理过程中，电石渣会以浆体、滤饼或干粉的形态存在，其在不同的状态采用的输送方式也不一样。

当电石渣状态呈浆体时，一般采用管道泵送装置来输送电石渣。

在管道输送系统中，由于电石渣的粘滞性，磨损和堵塞是最易出现的问题，并且成本较大，需要修建专门的管道输送系统，无论是方便性还是从成本方面考虑，对于使用方都有过高的要求。

当电石渣为滤饼状态时，如果采用皮带机输送，在输送过程中需要对皮带机的倾斜角度进行限制，一般情况下，输送电石渣的皮带机倾斜角度不超过10°，特定的情况下，可以放宽至20°；但当输送距离较近时，可以使用链板式输送机输送，在特定情况下，也有采用管道输送的方式，但该方式目前的实际应用效果并不理想，故障率较高。

当电石渣烘干为干粉状态时，流动性良好，在输送过程中可据现场情况选用设备，但须防止冲料，并做好输送过程中粉状电石渣的稳定工作，使其不散落于输送道路即可。

在使用皮带机或者管道输送时，由于含的水分小于1.5%，故很少出现对输送管道的磨损与堵塞，由于其状态和煤粉相差不大，所以利用企业现有的输送系统外加一定的管理就可投入输送，无需新建专门的输送管道，相对来说干粉电石渣在输送性能上要优于含水率大的湿式电石渣。

3.3 电石渣粉体的容重、真密度电石渣是经过剧烈的化学反应后得到的副产物，粒度较小，而且其微观结构比较疏松，造成了电石渣干粉容重较小。

由遵义赛德水泥有限公司实验数据表明电石渣粉体的容重约为0.6g/cm³，经过压实后约为0.9g/cm³，大大低于普通生料粉体的容重。

经过实验测定，一般干粉电石渣的真密度约为2.03g/cm³，低于石灰石。

3.4 干粉电石渣的热性能干粉电石渣粉体中含有大量的细颗粒，在旋风分离中不容易分离，造成旋风预热器的分离效率较低，回灰量大，对输送系统的影响很大，同时也造成电石渣干粉化学成分的波动。

电石渣的热分解特性与石灰石相比差异较大，主要表现在分解温度、分解热及分解产物，因此对预分解系统的控制参数将不一样。

石灰石的分解温度约800℃，分解炉的温度一般控制在850～890℃。

电石渣的分解温度约580℃，因此分解炉的温度控制范围较宽，630～890℃，可以根据实际要求灵活地调节分解炉的出口烟气温度。

石灰石的分解热为1660kJ/k g，电石渣的分解热为1160kJ/kg，远低于石灰石的分解热。

当使用电石渣为钙质原料时，分解炉内的热负荷降低，分解炉内燃料的使用量也降低，熟料烧成热耗也大大降低。

石灰石的分解产物为CaO和CO2 ，而电石渣分解的主要产物为CaO和H2O，当使用石灰石作为钙质原料时，在分解炉内石灰石分解产生的CO2和燃料产生的CO2都会抑制分解反应的发生，但CO2不会对预热器内粘结堵塞产生负面的作用。

当使用湿式电石渣作为钙质原料时，分解产生的水蒸汽会抑制分解反应的发生，同时水蒸气会降低共熔物的熔点，对预热器内发生粘结堵塞产生负面作用，造成生产设备维护的不便。

由于干粉电石渣含水量要远低于湿式电石渣，故水蒸气对于设备的侵蚀作用要远小于湿式电石渣的利用，有利于减少设备的维护成本。

经在遵义赛德水泥公司生产线上反复试验，在生料中干粉电石渣掺量为5.0%较为适当。

3.5干粉电石渣的化学性能利用电石渣作为钙质原料生产水泥熟料，其化学性能直接关系到生产工艺的选择、生产设备的选择、工艺参数的控制等。

其化学特性主要包括化学成分、有害元素的含量、有刺激性气体的释放等。

3.5.1主要化学成分从电石渣的化学成分看，利用电石渣作为钙质原料配制水泥生料完全符合煅烧水泥熟料的要求。

通过对遵义赛德水泥公司利用的干粉电石渣成分进行分析，其主要化学成分如表1所示。

表1 不同电石渣的主要化学成分分析（%）样品编号烧失量 SiO Al2O3 Fe2O3 CaO MgO1 25.62 8.05 2.66 0.73 61.27 0.022 25.41 2.96 2.35 0.35 65.89 0.053 29.9 5.26 2.07 0.47 59.31 0.184 24.65 3.41 1.60 0.48 68.44从表1数据看，电石渣的氧化钙含量较高，同时其它主要化学成分也符合水泥生料配料的要求，属于优质钙质资源。

并且经过进一步的测量可知干粉电石渣中的硫、碱、氯等有害物含量波动较小，所以按照烧成熟料所执行的GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》标准限额，在该厂对水泥熟料进行检验后，其水泥产品中氯离子<0.06%，熟料3天抗压强度≥26MPa，28天抗压强度≥52.5MPa，完全可以达到标准要求。

在干粉电石渣水泥相关技术指标中，执行GB175-2007《通用硅酸盐水泥》标准相关限额，通过检测得到其中普通硅酸盐（P.O）42.5水泥三天抗压强度≥17MPa，28天抗压强度≥42.5MPa；复合硅酸盐（P.C）32.5水泥三天抗压强度≥10MPa，28天抗压强度≥32.5MPa，完全符合国家标准限额。

3.5.2 电石渣对环境的影响干粉电石渣属于第Ⅱ类一般工业废物，由表1可知，干粉电石渣的主要成分是CaO、SiO等氧化物，若不将其回收利用，遇到雨季时雨水会与电石渣中的各种氧化物混合形成各种碱性侵出液，其中含量最大的当属Ca（OH）2，碱性浸出液的排放会导致水源、土壤的碱化，严重污染当地环境和生态，所以将电石渣用于水泥生产等材料制造行业中可以减少电石渣对环境的危害，消除电石渣大量堆存的安全隐患，最终达到资源综合利用和节能减排的目的。