利用电石渣替代石灰石生产水泥熟料

中国石油大学（华东）现代远程教育

毕业设计（论文）

题目：电石渣替代石灰石在硅酸盐水泥熟料生产中的应用

学习中心：云南学习中心

年级专业：网络11春化学工程与工艺

学生姓名：普志智学号：11805591003

指导教师：丁雪职称：讲师

导师单位：中国石油大学（华东）

中国石油大学（华东）远程与继续教育学院

论文完成时间：2013 年01 月05 日

毕业设计（论文）任务书

发给学员

1．设计(论文)题目：

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注：此页由指导教师填写

摘要

电石渣是乙炔法生产聚氯乙烯、聚乙烯醇等过程中电石(CaC )水解后产生的废渣。

，正常流动时的水分在50％以上。电石渣如得不到有效利电石渣的主要成分是Ca(0H)

2

用，将占用大量的土地堆放，并污染堆场附近的水资源，对周边环境污染很大，属难处理工业废弃物。目前，电石渣作为水泥原料仍是综合利用电石渣的重要途径。在我厂水泥熟料的生产中，生料中电石渣掺量（干基）65%±5%(替代石灰石量)，熟料3天抗压强度≥30MPa（抗折+抗压），28天抗压强度≥68MPa（抗折+抗压），能源消耗明显降低，同时电石渣有利于改善生料易烧性，且能适用劣质煤煅烧，经济效益、社会效益和环境效益得到充分体现，具有重要的实际效益。

关键词：电石渣、替代石灰石、硅酸盐水泥、熟料煅烧

目录

第1章前言 (1)

第2章生产线主要系统介绍 (2)

2.1 电石渣浆处理系统 (2)

2.1.1 电石渣浆的脱水 (2)

2.1.2 电石渣的预烘干 (3)

2.2 生料的烘干及粉末 (4)

2.3 窑尾预分解系统 (5)

第3章实际运行效果 (6)

3.1电石渣特性分析 (6)

3.1.1物理特性 (6)

3.1.2电石渣配料与石灰石配料的差异 (6)

3.2熟料成分分析 (6)

第4章结论 (9)

参考文献 (10)

致谢 (11)

第1章前言

电石渣是在聚氯乙烯、聚乙烯醇等工业产品生产过程中，电石(CaC2)水解后产生的沉淀物（工业废渣），主要成分为Ca(OH)2。

CaC2(电石) + 2H2O —→C2H2↑(乙炔气) + Ca(OH)2↓(电石渣)

每吨电石水解后约产生1.15吨电石渣。电石渣的堆放不仅占用大量的土地，而且因电石渣易于流失扩散，污染堆放场地附近的水资源、碱化土地；长时间堆放还可能因风干起灰，污染周边环境。电石渣属难以处置的工业废弃物之一。我国水泥工业石灰石的消耗量巨大, 生产1 吨水泥熟料约需1280公斤优质石灰石。充分利用电石渣能节省不可再生的石灰石资源, 减少CO2 气体排放, 保护环境。实现了持续稳定生产，达到了国内领先水平。现截取引用我厂（云南云维股份有限公司水泥分厂）2012年8月26日-9月4日的生产数据。数据来源为我厂化验室分析数据。

第2章生产线主要系统介绍

2.1 电石渣浆处理系统

，其CaO含量高达60%以上。我厂采用的从乙炔生产中电石渣的主要成分是Ca(OH)

2

排出的电石渣液水分高达90%以上，经沉降池浓缩后，水分仍有80%左右，正常流动时的水分在50%以上。我厂采用的电石渣化学成分如表2-1所示。

表2-1 电石渣化学成分（有用成分）百分比

根据成都设计院设计初期调查报告数据，电石渣的个数平均粒径：1.89μm；重量平均粒径：9.19μm；面积平均粒径：5.75μm；中位粒径：8.29μm；比表面积：947.32m2/kg。电石渣的比表面积越高，吸水性亦越高，烘干难度越大。

通过对电石渣的物理及化学性能分析可以看出：电石渣中的CaO含量很高，可以说是制造水泥熟料的优质钙质原料。其粒度很细，几乎不需要粉磨就可以满足水泥熟料生产的要求。需要解决的主要问题是：对电石渣浆进行有效脱水和准确配料。

2.1.1 电石渣浆的脱水

1. 电石渣液的浓缩

电石渣液通过料浆泵送到2米高直径24米的浓缩池中。浓缩池为混凝土结构，池底的倾角为8.5°，周边辊轮传动耙式浓缩机的耙架一端籍特殊的止推轴承放置在浓缩池的中央支柱上，另一端与传动小车连接，电动机经减速机带动辊轮而使耙架绕池子的中心线回转。

电石渣液首先进入自由沉降区，水中的颗粒靠自重而迅速下沉，到达过渡区。一部分颗粒靠自重继续下沉，一部分颗粒却又受到密集颗粒的阻碍而不能自由下沉。当下沉

到压缩区时，汇集成紧密接触的絮团而继续下沉到浓缩区。由于刮板的运转，进一步被压缩，挤出其中水分。最后由卸料口排出，澄清水从溢流堰流出，由渣浆泵送至化工厂沉淀池循环利用。

电石渣液经NG-24浓缩机浓缩后含水约75%。

2. 电石渣浆的压滤

针对电石渣浆的性能和以往的经验，本系统选择脱水能力较强、料饼水分较低的带气橡胶隔膜板框压滤脱水方案。该压滤系统的主要工作原理为：含水分约75%的电石渣浆经渣浆泵注入带气橡胶隔膜的压滤机各个滤室，当压力升至设定值后，通过流体静压压滤脱掉滤饼颗粒间的游离水分；接着再通入压缩空气保压，通过橡胶隔膜的弧面产生变向剪切力，破坏滤饼的几何结构，使滤饼水分进一步降低。

通过试验得知：

（1）电石渣浆的浓度影响滤饼的最终水分。设置电石渣浆浓缩池进行浓缩是必要的，浓缩后含水量控制在小于75%为好。

（2）电石渣浆的过滤压力以0.8 MPa为宜。压力过低则滤饼水分难以控制；压力过大则对板框压滤机的机械制造要求过高。

（3）滤室的厚度以30mm为宜。滤饼过厚，水分难以控制；滤饼过薄，产能难以满足要求。

根据电石渣浆过滤性能试验结果和生产中的物料平衡要求，选用七台XMZ500型厢式全自动压滤机（六用一备），每台压滤机过滤面积500m2，过滤总容积10.16m3，滤室的厚度30mm，压滤后滤饼水分设计值为32～36%。实际生产中，料饼的水分最好状态为25%，一般能保证在35%左右。

2.1.2 电石渣的预烘干

电石渣浆采用机械脱水后水分一般在28～35%范围内波动，给电石渣的输送、储存和准确配料带来困难，因此有必要对电石渣进行预烘干；由于电石渣属于高湿含量的轻质废渣，烘干处理难度非常大，需要解决以下技术难题：

（1）解决喂料及防堵问题。压滤后的电石渣呈“牙膏”状态，输送过程中无法储存和喂料计量，也不易送入烘干机内，落入烘干机后易出现堆料和粘堵现象。

（2）电石渣烘干时，需要克服蒸发速率低以及湿含量大的缺点。

（3）利用电石气燃烧作为烘干热源难度大。电石气是电石炉生产电石产生的废气，电

石气主要含CO、CH4等可燃气体，易爆炸；电石气本身有400～600℃温度，含有200mg/Nm3灰尘，焦油含量大，不易输送和使用。

（4）电石渣烘干后废气中含尘浓度高，收尘设备易产生粘堵和腐蚀。

电石渣含水15%时的物理性能检测如下：松散容重为600g/l，紧密容重为750g/l；电石渣在生料中占63.5 %时所配生料的休止角为36°；在办公室常温条件下，敞开七天，吸湿率为4%，在10MPa压力下不渗水。

根据以上实验结果，确定电石渣烘干终水分控制在15%左右为宜，以避免电石渣在输送、储存过程中发生粘堵，并实现准确配料。

年产7.5万吨电石的电石炉，每小时可以产生含热2500×104kJ电石气，折合标准煤855千克，经理论计算能够满足电石渣烘干需要。这样，不仅利用了电石气的热能，而且节省了一套电石气处理系统，对电石厂来说可以节省大量的投资。在电石气输送工艺布置上，采用强力送风，并尽量缩短输送路径和时间，以防止管道结焦粘堵。

压滤后的电石渣其塑性、粘性均在表观上大幅度降低，具有一种类似水泥浆体“假凝”现象的物理性质，经储存风干和采用防堵措施后，解决了喂料及粘堵。供热系统提供900～1100℃持续高温烟气，选择长径比较大的烘干机，安装强化蒸发装置，使电石渣在其有效烘干区域内有充裕的干燥强度和时间；系统选用能处理高浓度粉尘、抗结露、防腐蚀袋式除尘器进行除尘，使其达标排放。

实际生产中 3.0×25m回转式烘干机系统运行稳定，单机产量为26～30t/h。

2.2生料的烘干及粉磨

生料采用石灰石、电石渣、粘土、硫酸渣、砂岩五组份配料，需要研磨的物料约占37.7%。根据入磨物料综合水分为11～14%的特点和原料易磨性实验结果，采用烘干能力强、热交换和粉磨效率高的立式磨作为生料磨。

通过对窑尾废气成分进行分析和热力学计算，可以利用废气作为烘干热源。系统参数设计为：进立式磨气体温度为340℃，立式磨产量为75～85t/h，出磨生料水份小于1%，出磨气体与生料的温度均为80℃。为了更好地满足粉磨掺大量电石渣生料的要求，专门研制的HRM1900/2200立式磨，具有45～60t/h生料的研磨能力和80～90t/h生料的烘干能力。

在磨辊的快速碾压下，水分为10～12%的混合料被粉碎并且向磨盘边沿风环处抛洒，并被70～90m/s的高速气流带起，产生强烈的热交换。水分没有来得及蒸发的大块物料

会再次沉落，反复带起、沉落，充分进行热交换。高速气流在磨腔内流速很快降低，形成强烈的紊流场，特别适合于电石渣微细颗粒的烘干。粉状物料随气流一起上升通过磨机上壳体进入分离器的分级区，在分离器转子叶片的作用下，其中的粗粉落回磨盘与新喂入的物料一起重新粉磨，合格的细粉随气流一起出磨，经高效旋风收尘器收集后，与增湿塔和窑尾电收尘器收集的粉尘混合，由输送设备送入生料均化库内进行均化、储存。出磨的废气汇入窑尾电收尘器进行除尘后达标排放。

2.3窑尾预分解系统

针对电石渣替代石灰石生产水泥熟料的特殊性，我们用差热分析法对电石渣的脱水做了试验，结果如下：

电石渣从室温升温到870℃时，仪器记录了失重（TG）和差热（DTA）的曲线，电石渣在190℃时有弱吸热伴微失重峰，此峰值为吸附水脱出；350℃时弱吸热伴微失重峰为水化铝酸钙结构水脱出，584℃时出现强吸热伴快失重峰，Ca(OH)

脱水，失重为16.3%；

2

830℃时为吸热伴有失重，870℃的放热峰无重量变化，前一峰值为水化硅酸钙脱去结构水，后一峰值为水化硅酸钙的晶型转化。试验过程中试样总失重25.68%，按电石渣CaO 全部结合为Ca(OH)2，69.36%CaO结合水为22.29%，其余失重应来自水化硅酸钙结合水和电石渣中的碳粒。

我们按JC/T735－88生料易烧性实验方法进行了生料易烧性测试。原料的化学成分分析结果如表2-2所示。

表2-2入窑料浆化学成分及生料率值

第3章实际运行效果

2004 年8月正式投产以来的生产数据显示,电石渣掺量高达65%( 替代80%石灰石) , 整个烧成系统运行稳定, 入窑生料分解率90%～97%, 熟料28天抗压强度≥58MPa, 熟料烧成热耗低于3 180 kJ/kg, 熟料f- CaO 及升重合格率均大于85%。根据该生产线窑和预分解系统的运行状况分析, 随着对电石渣生料煅烧特性的掌握和操作的进一步熟练, 生料中电石渣掺量还可以提高, 完全可以全部代替石灰石。该生产线的成功运行消除了业内对采用新型干法预分解窑煅烧高掺电石渣生料的疑虑。预烘干干磨干烧工艺采用先进的高效预烘干、立式粉磨和窑外分解窑煅烧等技术, 回转窑单位容积产量高, 综合能耗低, 容易大型化形成规模效益,电石渣配比高处理量大, 且与水泥工业发展的主流工艺技术一致。

3.1电石渣特性分析

3.1.1物理性能

电石渣比表面积为947.32m2/Kg，电石渣具有多孔状结构，其黏附性和保水性很强。齐齐哈尔榆树屯化工厂的电石渣，由于年限较长，水分达到25%以下，给汽车运输带来方便，电石渣运进厂内后，经烘干机烘干，可进入单独仓直接使用。

3.1.2电石渣配料与石灰石配料的差异

除电石渣的物理性能及化学成分与石灰石不同外，生料煅烧时两者的化学反应过程有巨大不同。石灰石的主要成分是CaCO3加热至750℃时开始分解,900℃时分解剧烈,反应式如下：

CaCO3→CaO+CO2↑

CaCO3 分解时, 需要吸收大量的热量, 反应热为1787.8 kJ/kg，是水泥熟料形成过程中消耗热量最多的一个过程。

电石渣的主要成分是Ca(OH) 2，在加热过程中，部分Ca (OH) 2会吸收气体中的CO2形成CaCO3加热至550℃时Ca(OH) 2开始分解，生成的部分CaO 又会吸收气体中的CO2形

成CaCO3在900℃以上时，上述两部分生成的CaCO3 会重新分解。上述反应如下：Ca (OH)2→CaO+H2O（吸热反应，1kgCa(OH) 2反应热为1787.8 kcal）

CaCO3→CaO+ CO2↑（吸热反应，1kgCa(OH) 2 反应热为1787.8 kcal）可以看出，电石渣配料生料分解反应后的废气成分和废气量与石灰石配料不同。我厂配料方案电石渣掺量控制在65%±5（干基）。

3.2熟料成分分析

随着操作人员操作水平的提高，在设备运转良好的条件下，产量逐渐增加，到9月份烧成系统熟料产量达到了1200t/d以上，熟料28天抗压强度≥58MPa，熟料烧成热耗小于760×4.18kJ/kg。熟料强度见表3-1所示，熟料化学分析见表3-2，熟料矿物组成分析见表3-3，窑用煤粉工业分析见表3-4.

表3-1熟料强度

表3-2 熟料化学成分分析

表3-3熟料率值及矿物组成

表3-4 煤粉工业分析

第4章结论

利用电石渣替代部分石灰石配料生产硅酸盐水泥熟料是完全可行的，使用电石渣配料煅烧硅酸盐熟料可以明显改善生料的易烧性，提高熟料产品质量，利用电石渣配料使得大量废弃的电石渣变废为宝，节约宝贵的资源，实现了循环经济，同时，也为企业生产降低了原材料成本，即保护了环境又取得了很好的社会效益和经济效益。全年可以节省约35万吨优质石灰石资源和少向大气中排放15万吨CO2。

参考文献

[ 1] 张平洪, 周明, 朱大来, 等.电石渣首次在新型干磨干烧生产线的成功利用.水泥工程, 2004.

[ 2] 潘炯.湿磨干烧技术在废渣治理中的应用.水泥, 2002.

[ 3] 谷胜余, 袁曙光.以电石渣为原料的水泥生产线的设计.新世纪水泥导报, 2004( 增刊).

[ 4] 钮一民.湿法窑改造还是湿磨干烧好.水泥科技, 1999.

[ 5] 孙义燊.水泥厂湿磨干烧热经济分析.水泥.石灰, 1995.

致谢

本文能得以完成，首先要感谢中国石油大学(华东)及远程与继续教育学院的各位老师和指导老师丁雪讲师，丁老师在百忙之中给我以悉心的指导，提出了详细的修改意见，并给以极大的鼓励。丁雪老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

本文在写作的过程中，阅读和参考了大量文献，从中获益非浅。在此，谨向各位作者表示衷心的感谢！同时我所在单位领导及各位同事的大力支持，给予了我大量的数据进行参考。在此表示衷心的感谢！