氧化鋁生產(chǎn)中使用電石渣石灰取代工業(yè)石灰的分析研究

薛 克

（中國(guó)長(zhǎng)城鋁業(yè)有限公司，河南 鄭州 450041）

1 工業(yè)現(xiàn)狀

石灰是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中的重要物料，主要作用有：消除鋁土礦中雜質(zhì)鈦對(duì)氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的危害；改善鋁土礦活性，提高氧化鋁溶出反應(yīng)速率；石灰還與鋁土礦中二氧化硅形成水化石榴石，減少鈉硅渣形成，從而降低堿耗；利用石灰的催化作用，促進(jìn)針鐵礦向赤鐵礦轉(zhuǎn)化改善赤泥沉降性能。因此，石灰對(duì)改善氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程控制指標(biāo)、降低氧化鋁礦石消耗和堿的消耗有重要作用。同時(shí)，質(zhì)量較差的石灰用于氧化鋁生產(chǎn)流程中，會(huì)使氧化鋁溶出率降低、堿耗升高，生燒的石灰還造成管道結(jié)垢加速、縮短清理周期等危害[1]。

某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)使用的石灰，是以石灰石為原料、塊煤為燃料，經(jīng)豎式石灰爐煅燒生成，由于石灰石粒度及成份波動(dòng)較大，致使石灰爐操作條件不穩(wěn)定、爐況較差，導(dǎo)致石灰生燒、過(guò)燒甚至結(jié)瘤等現(xiàn)象嚴(yán)重，影響到石灰的活性，最終使氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程控制不穩(wěn)定，各項(xiàng)消耗上升，成本難以控制。

2 研究目的

為了降底因石灰活性較低帶來(lái)的氧化鋁礦石消耗和堿耗升高，實(shí)現(xiàn)降低成本的目的，結(jié)合企業(yè)氧化鋁生產(chǎn)工藝，對(duì)工業(yè)石灰的可替代品——電石渣或電石渣焙燒產(chǎn)品進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)研究，了解其成分、特性和使用范圍，綜合判定電石渣和電石渣焙燒產(chǎn)品在氧化鋁生產(chǎn)中的使用效果，為企業(yè)優(yōu)化氧化鋁生產(chǎn)組織、降低生產(chǎn)成本提供可靠依據(jù)。

3 電石渣石灰分析

3.1 電石渣的生成和成分

電石渣是在乙炔氣、聚氯乙烯、聚乙烯醇等工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，電石（CaC2）水解后產(chǎn)生的沉淀物（工業(yè)廢渣），主要成分為Ca（OH）2；

每消耗1.00噸電石，要產(chǎn)生1.16噸干電石渣，大多電石渣（含水）露天堆存，不僅占用大量土地，浪費(fèi)資源，同時(shí)污染環(huán)境。

3.2 電石渣的用途

直接用于建筑工程、生產(chǎn)煤渣磚、代替石灰石生產(chǎn)水泥、生產(chǎn)石灰等。

4 電石渣替代工業(yè)石灰溶出試驗(yàn)研究

研究目的：用電石渣替代工業(yè)石灰，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行不同配鈣條件下的氧化鋁溶出試驗(yàn)。為獲得較好的溶出指標(biāo)，確定使用該批電石渣的適宜添加量，為氧化鋁經(jīng)濟(jì)性測(cè)算和生產(chǎn)組織提供可靠依據(jù)。

4.1 試驗(yàn)原料

4.1.1 鋁土礦

鋁土礦取自某氧化鋁企業(yè)礦石堆場(chǎng)，A/S為6.0左右。礦石盤(pán)磨處理合格后，充分混合均勻，按取樣程序取樣分析。其理化分析結(jié)果見(jiàn)下表1、表2。

表1 鋁土礦化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

表2 鋁土礦物相分析結(jié)果

4.1.2 石灰和調(diào)整液

石灰取自某氧化鋁企業(yè)石灰倉(cāng)，電石渣為采集某化工企業(yè)的樣品。石灰和電石渣預(yù)處理后磨細(xì)密封備用，化學(xué)成分見(jiàn)下表3。氧化鋁溶出用調(diào)整液由某氧化鋁企業(yè)蒸發(fā)母液調(diào)配而成，調(diào)整液化學(xué)成份見(jiàn)下表4。

表3 石灰化學(xué)成分（%）

表4 調(diào)整液成分（g/L）

石灰添加量（以合鈣計(jì)）為礦漿固相的8%；電石渣添加量為礦漿固相的2%、4%、6%、8%、10%。

4.2 試驗(yàn)過(guò)程

4.2.1 試驗(yàn)條件

溶出溫度為265℃，溶出時(shí)間為40分鐘，預(yù)計(jì)溶出αk 1.45，固含280g/l。

4.2.2 試驗(yàn)方法

取來(lái)電石渣樣品含水率較高，類似于石灰膏，有臭雞蛋的臭味。樣品經(jīng)85℃烘干，研磨后密封備用。

試驗(yàn)方法是按溶出配料要求進(jìn)行，根據(jù)溶出條件要求的固含，同時(shí)考慮礦石與石灰所占有的體積，調(diào)配母液的苛堿濃度。

4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）液相分析結(jié)果見(jiàn)下表5。

表5 溶出液相化學(xué)組成分析結(jié)果（g/L）

從上表可以看出，溶出液分子比隨石灰添加量的增加而降低，在添加量為18%時(shí)溶出效果最好。

（2）溶出固相結(jié)果見(jiàn)下表6、表7。

表6 溶出赤泥固相化學(xué)組成分析結(jié)果

表7 溶出赤泥計(jì)算結(jié)果

取來(lái)的某化工企業(yè)其他兩批電石渣樣品分析及檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下表8。

4.2.4 溶出試驗(yàn)結(jié)果分析

電石渣樣品的化學(xué)成分分析檢測(cè)結(jié)果表明，與工業(yè)石灰的相關(guān)指標(biāo)有著較大的差異。尤其是在化學(xué)組成上，電石渣僅僅可以認(rèn)為是工業(yè)石灰的水化物Ca(OH)2，并不是嚴(yán)格意義上的石灰CaO，它不僅包含結(jié)合水，并且有著較高的附著水。因此，作為鋁土礦溶出過(guò)程的添加劑，放置過(guò)久的工業(yè)石灰活性就會(huì)大幅下降，類同于石灰水化物的電石渣更應(yīng)該如此，石灰的替代品——電石渣的性能不可能會(huì)很好。溶出試驗(yàn)結(jié)果也明確表明了這一點(diǎn)，添加電石渣的溶出效果非常差，即便是添加到10%，溶出率亦不到50%。而添加到18%時(shí)，氧化鋁溶出率達(dá)到最高值為75.78%，仍低于添加工業(yè)石灰8%的溶出率。

在相同的條件下，添加電石渣的溶出效果遠(yuǎn)不及現(xiàn)有生產(chǎn)使用的石灰。況且電石渣有較多的附著水，存在沖淡循環(huán)母液的后果，不利于氧化鋁生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還散發(fā)令人厭惡的氣味，影響到操作人員的身心健康。

5 電石渣焙燒物與工業(yè)石灰溶出對(duì)比試驗(yàn)研究

用電石渣焙燒物——石灰或氫氧化鈣替代工業(yè)石灰，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行不同配鈣條件下的氧化鋁溶出試驗(yàn)。為獲得較好的溶出指標(biāo)，確定使用該批電石渣石灰和電石渣氫氧化鈣的適宜添加量，為氧化鋁經(jīng)濟(jì)性測(cè)算提供可靠依據(jù)。

5.1 試驗(yàn)原料

5.1.1 礦石

鋁土礦取自某氧化鋁企業(yè)礦石堆場(chǎng)， A/S為5.73。礦石經(jīng)盤(pán)磨處理后，充分混合均勻，按取樣程序取樣分析。其化學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)下表9。

表8 電石渣化學(xué)成分分析及檢測(cè)結(jié)果

表9 鋁土礦化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

表13 溶出赤泥固相化學(xué)組成分析結(jié)果

5.1.2 石灰和調(diào)整液

石灰取自某氧化鋁企業(yè)石灰倉(cāng)，電石渣石灰和電石渣氫氧化鈣取自某化工企業(yè)的采集樣品，石灰和電石渣石灰、氫氧化鈣磨細(xì)密封備用，化學(xué)成分見(jiàn)下表10。氧化鋁溶出用調(diào)整液由某氧化鋁企業(yè)蒸發(fā)母液調(diào)配而成，調(diào)整液化學(xué)成份見(jiàn)下表11。

表10 石灰化學(xué)成分分析結(jié)果（%）

表11 調(diào)整液成分（g/L）

5.2 試驗(yàn)過(guò)程

5.2.1 試驗(yàn)條件

溶出溫度為272℃，溶出時(shí)間為50分鐘，預(yù)計(jì)溶出αk 1.40，固含240g/l。

5.2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法是按溶出配料要求進(jìn)行，根據(jù)溶出條件要求的固含，同時(shí)考慮礦石與石灰所占的體積，調(diào)配母液的苛堿濃度。

5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果

（1）液相結(jié)果見(jiàn)下表12。

表12 溶出液相結(jié)果

（2）溶出固相結(jié)果見(jiàn)下表13。

（3）溶出赤泥相關(guān)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表14。

表14 溶出赤泥計(jì)算結(jié)果

5.2.4 溶出試驗(yàn)結(jié)果評(píng)析

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在配鈣量相同的條件下，電石渣石灰溶出效果明顯好于工業(yè)石灰。同樣的樣品，配鈣添加量為10%時(shí)溶出效果最佳。電石渣氫氧化鈣溶出效果較差。在相同的條件下，由于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的工業(yè)石灰有效鈣、全鈣較低，質(zhì)量波動(dòng)大，所以考慮用電石渣石灰代替工業(yè)石灰。

6 結(jié)論

電石渣主要成分為氫氧化鈣，根據(jù)電石渣替代工業(yè)石灰的試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為替代效果非常差。

某化工企業(yè)利用電石渣為原料，通過(guò)懸浮焙燒生產(chǎn)石灰和氫氧化鈣的工藝，生產(chǎn)的石灰和氫氧化鈣產(chǎn)品，使用該企業(yè)生產(chǎn)的電石渣石灰和電石渣氫氧化鈣進(jìn)行替代工業(yè)石灰的試驗(yàn)，結(jié)論是電石渣石灰效果較好，電石渣氫氧化鈣較工業(yè)石灰效果差。說(shuō)明該企業(yè)所提供的電石渣石灰樣品從實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)來(lái)看可以替代工業(yè)石灰。

結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，可以部分使用由電石渣為原料生產(chǎn)的石灰。但同時(shí)需要結(jié)合電石渣石灰指標(biāo)的穩(wěn)定性、供應(yīng)量、市場(chǎng)價(jià)格等因素進(jìn)行綜合判定。