電石渣部分代替石灰石在新型干法水泥熟料生產(chǎn)中的應(yīng)用

張 燁， 張海濤

1 河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木系（450064） 2 天瑞集團(tuán)鄭州水泥有限公司（450131）

電石渣是電石生產(chǎn)乙炔時產(chǎn)生的廢渣,主要成分除Ca(OH)2外，還含有 Fe2O3、SiO2、Al2O3等氧化物、氫氧化物及少量有機(jī)物。每消耗1t電石約產(chǎn)生1.2t電石渣，大量廢棄的電石渣不僅占用土地，還對附近土壤和水體造成污染。因此，電石渣的治理是解決乙炔生產(chǎn)企業(yè)環(huán)境污染的一項重要工作。采用電石渣部分取代石灰石生產(chǎn)水泥熟料，可以達(dá)到:①利用新型干法的規(guī)模優(yōu)勢，大量處理電石渣;②節(jié)約石灰石資源；③降低水泥生產(chǎn)過程中CO2排出量，保護(hù)環(huán)境。

本文通過在新型干法水泥生產(chǎn)當(dāng)中利用電石渣部分替代石灰石，電石渣的顆粒級配、電石渣不同摻量對生料易燒性的影響進(jìn)行了研究,并在生產(chǎn)中實際應(yīng)用，結(jié)果表明將電石渣部分替代石灰石技術(shù)應(yīng)用于新型干法水泥熟料生產(chǎn)過程中，熟料的綜合電耗和煤耗均有所降低，熟料質(zhì)量顯著提高，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

1 試驗

1.1 原材料

電石渣，河南神馬氯堿化工股份有限公司，經(jīng)壓濾后水分為42.8%。

標(biāo)準(zhǔn)砂:中國ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，廈門。

石灰石、砂巖、硫酸渣、粉煤灰和電石渣原料化學(xué)成分見表1。

表1 原材料化學(xué)成分

1.2 試驗方法

使用歐美克激光粒度分析儀（LS-C型，歐美克科技有限公司）對電石渣的顆粒級配進(jìn)行分析；生料易燒性試驗按照J(rèn)C/T735-2005水泥生料易燒性試驗方法進(jìn)行。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 電石渣的顆粒級配

由圖1可以看出，電石渣中細(xì)顆粒較多，其中粒徑小于8μm的微細(xì)顆粒占80.16%，基本無大于80μm顆粒，比表面積984m2/kg。由于電石渣顆粒較小，可以有效降低生料粉磨能耗，提高熟料煅燒過程的傳熱和反應(yīng)。但由于電石渣經(jīng)壓濾后水分在40%以上,制約其在新型干法水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用。

2.2 電石渣摻量對生料易燒性的影響

圖1 電石渣顆粒級配微分和累積分布圖

生料易燒性試驗采用電爐高溫煅燒,無煤灰的加入,而實際生產(chǎn)中煤燃盡后的煤灰成為生料的原料之一,為與實際生產(chǎn)一致,按照表2的配比加入適量煤灰,控制熟料的率值:KH＝0.90±0.02、SM＝2.60±0.10、IM＝1.60±0.10。

表2 生料易磨性試驗試樣配比、化學(xué)分析及率值

圖2 電石渣替代石灰石對生料易燒性的影響

由圖2可以看出，在1350℃、1400℃和1450℃條件下，隨著電石渣替代石灰石量的增加，熟料的f-CaO顯著降低,生料的易燒性顯著提高,特別是電石渣替代量在5%～40%范圍內(nèi)，熟料f-CaO降低顯著。當(dāng)電石渣替代石灰石量大于40%時，電石渣對易燒性的影響趨于緩和。電石渣改善生料易燒性的分析:1）電石渣中Ca(OH)2分解溫度約為580℃，低于石灰石中CaCO3分解溫度750℃；2）電石渣中 Ca(OH)2分解吸熱約為1160kJ/kg,低于石灰石中CaCO3分解所需熱量1660kJ/kg，熟料的形成熱降低；3）電石渣的微細(xì)顆粒和較高的比表面積更有利于傳熱和傳質(zhì),加速固體顆粒之間的反應(yīng)。

2.3 電石渣配料對熟料煅燒及性能的影響

電石渣含水量較高，制約其在水泥行業(yè)的應(yīng)用，目前利用電石渣生產(chǎn)水泥熟料一般采用兩種方式:1）濕法工藝生產(chǎn)。電石渣代替石灰石與其他原料配料后入生料磨，制成水分約為50%的生料漿，然后直接入窯、機(jī)械脫水或烘干后入窯燒成熟料，但由于濕法生產(chǎn)工藝落后，能耗較高，已屬于國家關(guān)停項目。2）干法工藝生產(chǎn)。將電石渣烘干后用于生料配料，入窯燒成熟料能耗較低，應(yīng)用較為廣泛，但需要對現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行改造，增加電石渣烘干設(shè)備。新建項目也可根據(jù)電石渣的特點(diǎn)，設(shè)計特殊的新型干法生產(chǎn)線。

試驗是將壓濾后的電石渣替代部分石灰石直接配料,在日產(chǎn)5000t/d和2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線進(jìn)行，表4和表5分別為電石渣使用前（2008年1月～9月）與電石渣使用后（2008年10月～12月）生料配料與熟料化學(xué)物理性能的統(tǒng)計對比。

表3 電石渣使用前后生料配料統(tǒng)計對比

2008年10 月在天瑞集團(tuán)汝州水泥有限公司2500t/d和5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線進(jìn)行工業(yè)性試驗,自該技術(shù)實際應(yīng)用后，完全消化了周邊的電石渣廢渣資源，生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行良好，其中2500t/d生產(chǎn)線日產(chǎn)量穩(wěn)定在2850t以上，5000t/d生產(chǎn)線穩(wěn)定在5800t以上。使用電石渣后噸熟料綜合電耗由67.8kWh/t降低至66.4kWh/t，噸熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗由119.6kg降低至118.8kg，節(jié)能效果顯著。熟料28天強(qiáng)度由原來的54.7MPa提高至56.2MPa，熟料質(zhì)量有所提高。2008年10月～12月共生產(chǎn)熟料69.6萬噸，消耗電石渣18.2萬噸,節(jié)約石灰石17.87萬噸,節(jié)約557.28噸標(biāo)煤,約合722.4噸實物煤，降低生產(chǎn)成本43.3萬元，熟料燒成用電節(jié)約97.5萬kWh，降低生產(chǎn)成本50.7萬元。

表4 電石渣使用前后熟料化學(xué)分析及率值統(tǒng)計對比

表5 電石渣使用前后熟料礦物組成及力學(xué)性能對比

2.4 電石渣應(yīng)用中采取的措施

1）經(jīng)壓濾后的電石渣水分一般在40%左右，應(yīng)對進(jìn)廠電石渣水分進(jìn)行監(jiān)控，杜絕水分超過45%的電石渣進(jìn)廠。

2）電石渣易在喂料稱上部的料倉中堵倉，在配料倉側(cè)壁鋪設(shè)了高分子聚乙烯樹脂板，可有效降低堵倉次數(shù)。

3）設(shè)置了自動清堵系統(tǒng)，將傳感器與空氣炮相連，當(dāng)出現(xiàn)斷料時，空氣炮自動動作，達(dá)到清堵的目的，無需設(shè)置專人進(jìn)行看護(hù)。

4）隨著電石渣的加入，原料中水分含量增加，為控制出磨溫度在60～80℃,應(yīng)根據(jù)電石渣摻量調(diào)整立磨噴水量，在電石渣摻量為18%左右時，磨內(nèi)不噴水的情況下，出磨溫度基本維持在60～80℃，當(dāng)電石渣摻量大于20%時，應(yīng)提高立磨進(jìn)口溫度（立磨進(jìn)口溫度提高導(dǎo)致噸熟料余熱發(fā)電量降低），否則出磨溫度低于控制溫度，導(dǎo)致出磨生料水分大于0.5%。

3 結(jié)論

1）電石渣顆粒較細(xì)，其中粒徑小于8μm的微細(xì)顆粒占80.16%，基本無大于80μm顆粒，比表面積984m2/kg。

2）電石渣中Ca(OH)2分解溫度和分解時消耗的熱量均低于石灰石中CaCO3,以及顆粒特征有利于傳熱和傳質(zhì),電石渣加入可以顯著提高生料的易燒性。

3）采用經(jīng)壓濾后的電石渣代替石灰石生產(chǎn)水泥熟料,綜合電耗和煤耗均有所降低，熟料質(zhì)量顯著提高，且節(jié)約了石灰石礦山資源，具有一定的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

4）使用電石渣應(yīng)對喂料倉進(jìn)行改造，避免因電石渣堵倉而引起斷料，導(dǎo)致生料質(zhì)量波動，同時應(yīng)適當(dāng)降低立磨噴水量。