電石渣在綜合利用過程中對環(huán)境的影響

張冠軍，李 濤

（天瑞集團(tuán)水泥有限公司，河南 汝州 467500）

電石渣是化工廠利用電石水解生產(chǎn)乙炔氣后排出的以氫氧化鈣為主要成分的工業(yè)廢渣。乙炔氣是十分重要的化工原料，特別是PVC行業(yè)，每年消耗乙炔的量高達(dá)600～650萬t。工業(yè)上制取乙炔氣體的方法主要有電石水解法、甲烷部分氧化裂解和烴裂解法川。我國煤炭資源、石灰石資源十分豐富，石油及天然氣資源相對短缺，由于采用電石水解法制取乙炔的成本較低，同時，采用電石水解生產(chǎn)乙炔的裝置簡單，產(chǎn)生的乙炔氣體純度高，因此，國內(nèi)PVC生產(chǎn)廠家采用的原料乙炔氣中約有70%是利用電石水解法生產(chǎn)的。

電石水解發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)為：CaC2+H2O→C2H2+Ca（OH）2

電石渣的主要成分是Ca（OH）2，其化學(xué)成分CaO含量高達(dá)70%，還含有CaCO3、SiO2、硫化物、鎂和鐵等金屬的氧化物、氫氧化物等無機(jī)物以及少量有機(jī)物。從乙炔發(fā)生器中排出的電石渣漿水分高達(dá)90%以上，經(jīng)沉降池濃縮后，水分仍有75%～80%，現(xiàn)場剛生產(chǎn)出的濕電石渣氣味較大，含有硫化氫、磷化氫等有害氣體，對在現(xiàn)場工作的人體健康不利，且不易改善。

這些年來隨著各方面研究的深入，電石渣在化工、環(huán)保、建材等各行業(yè)得到了廣泛利用。目前在建材、化工領(lǐng)域作為原料生產(chǎn)水泥以及回收氧化鈣等成為綜合利用電石渣的主要途徑。在這些領(lǐng)域使用電石渣的過程中，電石渣的處理、運(yùn)輸、儲存、煅燒等過程，會對周邊的水質(zhì)、空氣、人居環(huán)境、設(shè)備等造成污染或腐蝕，因此電石渣在綜合利用生產(chǎn)過程中對環(huán)境影響的研究就非常有必要，現(xiàn)在以電石渣為原料在水泥生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響進(jìn)行分析研究。

1 電石渣的物理化學(xué)性能的研究

1.1 電石渣微量元素含量

利用熒光分析儀測試電石渣所含元素，結(jié)果見表1。

從結(jié)果看出，電石渣的主要化學(xué)成分是CaO，含量高達(dá)68.267%，還含有SiO2、Al2O3、SO3、鎂和鐵等金屬的氧化物，其中重金屬元素為Sr和Pb，會對環(huán)境造成危害，但含量很少。

1.2 礦物組成

本試驗利用X射線衍射對試樣的礦物相組成進(jìn)行分析。電石渣的XRD的測試結(jié)果見圖1。

圖1 電石渣的XRD的測試結(jié)果

電石渣的主要礦物相組成為Ca（OH）2，少量Fe2O3。

1.3 放射性物質(zhì)含量

參照標(biāo)準(zhǔn)GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》，主要檢測226Ra、232Th、40K的比活度，經(jīng)檢測，檢驗結(jié)果符合GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)果見表2。

表1 X射線熒光衍射分析電石渣化學(xué)成分（%）

表2 樣品檢驗結(jié)果

1.4 脫水溫度

利用差熱熱重分析儀研究電石渣的脫水溫度及加熱過程中的熱失重變化。溫度范圍：50℃～1 440℃；升溫速度：10℃/min；氣氛：空氣，見圖2。

電石渣有三個失重階段。第一個失重階段是從50℃～300℃左右，并在148℃時有一個較弱的吸熱峰，失重約為試樣總重的3.04%。第二個失重階段是從300℃～600℃左右，并在492℃時有一個較強(qiáng)的吸熱峰，失重約為試樣總重的13.01%。第三個失重階段是從600℃～850℃左右，并在794℃時有一個較強(qiáng)的吸熱峰，失重約為試樣總重的14.28%。結(jié)合電石渣礦物相組成分析結(jié)果，可知，第一個失重階段是因為電石渣脫去吸附水；第二個失重階段是因為Ca（OH）2分解所致，即Ca（OH）2→CaO+H2O↑；第三個失重階段是因為CaCO3分解所致，即CaCO3→CaO+CO2↑。

2 電石渣在干燥處置時分離出的廢液性質(zhì)研究

圖2 電石渣脫水熱重分析圖

采用合適有限的分離措施，對分離出的廢液進(jìn)行化學(xué)分析、微量元素等性能的分析，看是否符合廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

將分離的廢液經(jīng)行ICP原子發(fā)射光譜分析，檢測廢液中的重金屬的含量，主要檢測Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量，經(jīng)檢測，未檢出Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量見表3。

表3 檢測廢液中重金屬含量（ppm）

3 用電石渣配料對環(huán)境及設(shè)備的影響

進(jìn)行相關(guān)實驗室模擬煅燒，分析電石渣烘干過程中和配制的生料在燒成過程中的氣體成份研究，看是否有有害氣體或腐蝕性氣體放出，廢氣是否會造成環(huán)境的危害及對相關(guān)設(shè)備的腐蝕。

3.1 配比

原料的化學(xué)成分見表4。

表4 原料化學(xué)成分（%）

熟料率值選擇KH=0.90，SM=2.60，IM=1.4，生料的配合比見表5。

表5 生料配合比

3.2 電石渣配料煅燒過程中逸出氣體分析

采用逸出氣體分析儀分析電石渣和電石渣配制的生料在煅燒過程中釋放出氣體的溫度和氣體成分。

（1）電石渣的逸出氣體分析。

溫度范圍：35℃～100℃；升溫速度：5℃/min；并在100℃停留10min。主要是研究電石渣在烘干的過程中是否釋放有害的氣體。

電石渣的熱重曲線見圖3。從圖3可以看出，電石渣試樣從35℃升到100℃的過程中有明顯的失重現(xiàn)象，這是由于電石渣在烘干過程中產(chǎn)生失去自由水反應(yīng)所致。在失重曲線中選取若干失重點，對該失重點下試樣逸出氣體的成分進(jìn)行分析。

圖3 電石渣熱重曲線圖

同時對逸出氣體進(jìn)行紅外光譜分析，紅外譜圖見圖4，從結(jié)果看出，電石渣在100℃烘干時，主要釋放水，少量CO2，并未檢測到有害氣體或腐蝕性氣體放出。

圖4 逸出氣體紅外譜圖

圖5 t=6.868min時所測得的逸出氣體的紅外光譜

圖6 t=13.207min時所測得的逸出氣體的紅外光譜

取不同的測試時間的紅外光譜分析結(jié)果，對逸出氣體的成分做進(jìn)一步的推測分析。

當(dāng)時間t=6.868min時，所測得的逸出氣體的紅外光譜見圖5。通過實驗所測得的紅外光譜圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對可以看出，在t=6.868min時，逸出氣體有H2O、CO2。

當(dāng)時間t=13.207min時，所測得的逸出氣體的紅外光譜見圖6，通過實驗所測得的紅外光譜圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對可以看出，在t=13.207min時，逸出氣體有H2O、CO2。

當(dāng)時間t=22.188min時，所測得的逸出氣體的紅外光譜見圖7，通過實驗所測得的紅外光譜圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對可以看出，在t=22.188min時，逸出氣體有H2O、CO2。

（2）電石渣配制的生料的逸出氣體分析。

溫度范圍：23℃～1000℃；升溫速度：10℃/min；生料的熱重曲線見圖8。

從圖8可以看出，電石渣試樣從23℃升到1000℃的過程中有明顯的失重現(xiàn)象，這是由于生料在燒成過程中產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)所致。

圖7 t=22.188min時所測得的逸出氣體的紅外光譜

圖8 生料的熱重曲線圖

圖9 逸出氣體紅外光圖

生料在升溫過程中經(jīng)歷三個失重階段。第一個失重階段是從100℃～400℃左右，并在132℃時有一個較弱的吸熱峰，失重約為試樣總重的3.75%。第二個失重階段是從400℃～510℃左右，并在458℃時有一個較強(qiáng)的吸熱峰，失重約為試樣總重的12.29%。第三個失重階段是從510℃～850℃左右，并在702℃時有一個較強(qiáng)的吸熱峰，失重約為試樣總重的6.01%。結(jié)合電石渣礦物相組成分析結(jié)果，可知，第一個失重階段是因為電石渣脫去吸附水；第二個失重階段是因為Ca（OH）2分解所致，即Ca（OH）2→CaO+H2O↑；第三個失重階段是因為CaCO3分解所致，即CaCO3→CaO+O2↑。

同時對逸出氣體進(jìn)行紅外光譜分析，紅外譜圖見圖9，從結(jié)果看出，電石渣配制的生料在煅燒過程中，主要釋放水，CO2，并未檢測到有害氣體或腐蝕性氣體放出，逸出氣體推測分析見圖10。

通過進(jìn)行相關(guān)實驗室模擬煅燒，分析電石渣烘干過程中和配制的生料在燒成過程中的氣體成分研究，結(jié)果沒有檢測到有害氣體或腐蝕性氣體放出，試驗過程中檢測所排放的廢氣主要是CO2和水蒸氣。

4 電石渣輸送、儲存過程中對相關(guān)接觸人員的危害研究

根據(jù)對電石渣經(jīng)行的相關(guān)測試，看出電石渣的主要成分是Ca（OH）2，還含有CaCO3、SiO2、硫化物、鎂和鐵等金屬的氧化物、氫氧化物等無機(jī)物以及少量有機(jī)物。現(xiàn)場剛生產(chǎn)出的濕電石渣氣味較大，含有硫化氫、磷化氫等有害氣體，對在現(xiàn)場工作的人體健康不利，且不易改善。因此剛排放出的電石渣對環(huán)境和接觸工人的危害還是較大的，但水泥廠所用的電石渣已經(jīng)經(jīng)過初次的沉降以及壓等措施，因此有害氣體和含水量大量降低。

圖10 逸出氣體產(chǎn)物分析圖

5 結(jié)束語

（1）通過對電石渣進(jìn)行相關(guān)實驗室模擬煅燒，分析電石渣烘干過程中和配制的生料在燒成過程中的氣體成分，結(jié)果沒有檢測到有害氣體或腐蝕性氣體放出，廢氣主要是CO2和水蒸氣。

（2）由于電石渣輸送、儲存過程中仍有少量含有硫化氫、磷化氫等有害氣體，因此不但要對工作場所有害氣體的濃度進(jìn)行有效控制，還要加強(qiáng)企業(yè)工人的個體防護(hù)和衛(wèi)生保健，將電石渣作為資源綜合利用、變廢為寶的方式可持續(xù)發(fā)展下去，使廢物綜合利用在經(jīng)濟(jì)效益和職工健康方面獲得雙贏。