電石渣綜合利用途徑探討

董文博

(河南省煤氣(集團(tuán))有限公司 技術(shù)中心，河南 鄭州 450000)

電石渣是電石法生產(chǎn)乙炔工藝過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣，主要成分除Ca(OH)2外，還含有Fe2O3、MgO、SiO2、Al2O3以及少量磷化物、硫化物等有害物質(zhì)[1]。根據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》(GB5085-2007)，電石廢渣屬Ⅱ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物[2]。電石渣的主要化學(xué)組分含量如下(干基)：Ca(OH)2含量86.51%，F(xiàn)e2O3含量2.26%，MgO含量0.76%，Al2O3含量2.42%，SiO2含量4.26%，碳渣含量2.15%。

1 電石渣綜合利用的意義

我國(guó)是世界上最大的電石生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，產(chǎn)能占世界總產(chǎn)能的90%以上。我國(guó)電石的主要消耗行業(yè)為PVC及1，4-丁二醇行業(yè)，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年國(guó)內(nèi)電石累計(jì)銷(xiāo)量為2 122.6萬(wàn)t，按每噸電石產(chǎn)生干基電石渣1.2 t計(jì)算，2019年產(chǎn)生的電石渣約2 655.12萬(wàn)t。電石渣外觀為白色粉末，微溶于水，呈堿性，pH值在12以上。存儲(chǔ)電石渣常占用大量的耕地，長(zhǎng)期存放會(huì)使土地嚴(yán)重鈣化，復(fù)耕非常困難。如果管理不當(dāng)還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境及空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，風(fēng)天塵霧迷漫，雨天污水遍地，而且對(duì)空氣、地表水和地下水造成嚴(yán)重污染，危害自然環(huán)境和人類(lèi)健康。另一方面，電石渣又可以成為生產(chǎn)水泥等建材、碳酸鈣等化工產(chǎn)品的主要原料。在當(dāng)前礦山資源枯竭和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵時(shí)期，電石渣的資源化利用和就地轉(zhuǎn)化，不僅能夠獲得經(jīng)濟(jì)效益，還具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

2 電石渣綜合利用途徑

2.1 用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品

2.1.1氨堿法生產(chǎn)純堿

用氨堿法生產(chǎn)純堿，是以氯化鈉和氨氣作為生產(chǎn)原料，反應(yīng)原理為：

再把過(guò)濾和洗滌后得到的NaHCO3晶體加熱煅燒，由此制得純堿產(chǎn)品。

在其蒸氨反應(yīng)中需要Ca(OH)2，反應(yīng)中加入石灰乳的意義在于將母液中的結(jié)合氨分解轉(zhuǎn)化，成為游離態(tài)的氨后因受熱被蒸出，這是利用了石灰乳中Ca(OH)2的堿性。含有氯化銨的濾液和石灰乳中的Ca(OH)2混合受熱，所釋放出來(lái)的氨氣可以回收循環(huán)利用。

另外，在鹽水精制除鎂反應(yīng)中加入適量的石灰乳，可使溶液中的Mg2+成為Mg(OH)2沉淀析出，再將其收集除去。因?yàn)殡娛械淖钪饕煞志褪荂a(OH)2，因此電石渣完全可以替代石灰石，用來(lái)生產(chǎn)純堿產(chǎn)品。將電石渣應(yīng)用于純堿生產(chǎn)，大大降低了焦炭和石灰石的消耗量，原料的消耗也有所降低。

2.1.2生產(chǎn)環(huán)氧丙烷時(shí)用作皂化劑

以氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝，采用丙烯、氧氣及熟石灰作為生產(chǎn)原料，氯丙醇皂化需要消耗大量的熟石灰，可用電石渣代替石灰進(jìn)行皂化反應(yīng)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝的合理改進(jìn)，可以保證安全生產(chǎn)，而且經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。需要注意的是，電石渣中存在各種副產(chǎn)物和大量的氨，如果電石渣中的氨沒(méi)有能夠及時(shí)除去，混入到環(huán)氧丙烷產(chǎn)品中去，會(huì)對(duì)環(huán)氧丙烷的產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，因此需要采用合適的除氨技術(shù)，以保證產(chǎn)品環(huán)氧丙烷的質(zhì)量。

福建湄洲灣氯堿工業(yè)有限公司，采用直接加熱初步除氨后再利用皂化反應(yīng)的負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)一步除氨的方法，生產(chǎn)出的環(huán)氧丙烷產(chǎn)品質(zhì)量得到了明顯提高，環(huán)氧丙烷產(chǎn)品的氨含量在15×10-6以下。

2.1.3生產(chǎn)沉淀碳酸鈣

以電石渣為生產(chǎn)原料制取沉淀碳酸鈣產(chǎn)品，是利用了電石渣中高含量的Ca(OH)2。其工藝流程為：將電石渣與氯化銨混合反應(yīng)，再將雜質(zhì)去除，通入CO2氣體過(guò)濾后的濾液中來(lái)進(jìn)行碳化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾干燥工序后得到碳酸鈣產(chǎn)品。通過(guò)檢測(cè)，可以看到該反應(yīng)產(chǎn)物可以達(dá)到工業(yè)沉淀碳酸鈣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HG/T 2226-2000)一等品的指標(biāo)。

2.1.4生產(chǎn)氧化鈣

電石渣漿在經(jīng)過(guò)脫水除雜處理后，進(jìn)行高溫煅燒可制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)>85%的CaO產(chǎn)品。通過(guò)電石渣生產(chǎn)氧化鈣產(chǎn)品，可有效利用電石渣的鈣資源，減少天然石灰石的開(kāi)采量，節(jié)約煅燒能源消耗，減少CO2廢氣的排放量，具有良好的環(huán)保效益[3]。

2.1.5生產(chǎn)氯化鈣

用電石渣替代石灰用來(lái)制取氯化鈣，適用于氯堿行業(yè)。其具體工藝流程為：電石渣與氯化銨混合反應(yīng)生成氨氣和氯化鈣，氨氣經(jīng)過(guò)干燥脫水后可循環(huán)使用，氯化鈣漿料經(jīng)過(guò)結(jié)晶、分離、干燥等工序后可得到工業(yè)級(jí)無(wú)水氯化鈣[4]。

2.1.6生產(chǎn)硫酸鈣

目前國(guó)內(nèi)硫酸鈣市場(chǎng)主要是石膏產(chǎn)品，但石膏產(chǎn)品附加值相對(duì)不高且市場(chǎng)需求處于飽和狀態(tài)，因此用電石渣制備石膏的經(jīng)濟(jì)性不佳。而在新材料領(lǐng)域，硫酸鈣晶須作為一種集增強(qiáng)纖維和超細(xì)無(wú)機(jī)填料二者優(yōu)勢(shì)于一體的新型材料，可廣泛用于樹(shù)脂、塑料、橡膠、涂料、油漆、造紙、瀝青、摩擦和密封材料等產(chǎn)品中，作為補(bǔ)強(qiáng)增韌劑或功能型填料，又可直接用作過(guò)濾材料、保溫材料、耐火隔熱材料、紅外線反射材料和包覆電線的高絕緣材料，市場(chǎng)前景廣泛。

用電石渣生產(chǎn)硫酸鈣晶須產(chǎn)品的工藝流程為：電石渣經(jīng)配漿、除雜處理后獲得精制氫氧化鈣，與濃硫酸按比例配置后再將漿液導(dǎo)入反應(yīng)釜內(nèi)，在助劑的作用下生成二水硫酸鈣晶須，再經(jīng)高溫煅燒后即可獲得硫酸鈣晶須產(chǎn)品[4]。

2.2 應(yīng)用于建筑材料

2.2.1用于生產(chǎn)水泥

作為水泥的生產(chǎn)原料，是大量利用電石渣的一個(gè)重要途徑，目前全國(guó)范圍內(nèi)共有50余條電石渣制備水泥的生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)利用電石渣生產(chǎn)水泥熟料可追溯于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)主要采用濕法長(zhǎng)窯煅燒水泥熟料，之后隨著水泥生產(chǎn)預(yù)熱分解技術(shù)的不斷發(fā)展，利用電石渣生產(chǎn)水泥熟料工藝又陸續(xù)出現(xiàn)了半濕法回轉(zhuǎn)窯、濕磨干燒和干磨干燒等工藝。與傳統(tǒng)的石灰石法生產(chǎn)水泥工藝相比較，用電石渣生產(chǎn)水泥工藝，每生產(chǎn)1 t水泥可減少0.6 t CO2排放量，減少石灰石開(kāi)采量約1 t[5]。

2.2.2作為石灰使用

電石渣亦可替代石灰應(yīng)用于建筑行業(yè)領(lǐng)域，如建筑地基處理、砌筑砂漿、抹灰砂漿等，但由于建筑行業(yè)施工屬階段性使用，不能滿足電石渣連續(xù)處置的需求。

2.2.3用于公路墊層

電石渣的化學(xué)組成符合國(guó)家二級(jí)低鎂石灰標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50209-2002中明確電石渣可用于灰土墊層，也可摻拌灰土或三合土，電石渣與黏土

拌和料還可作為道路的基層、底基層穩(wěn)定土、土壤固化劑等使用，在道路建設(shè)方面已有多年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

2.3 用于環(huán)境治理

2.3.1治理礦山固體廢渣

可利用電石渣附著力強(qiáng)和脫水性差這一特性，將其與粉煤灰、黃泥等混合使用，利用火山灰效應(yīng)將其形成膠凝性材料，覆蓋在矸石山的表面逐漸硬化，此舉可以有效地將矸石與空氣隔絕，避免矸石自燃。

2.3.2治理大氣污染

電石渣具有強(qiáng)堿性，可以有效地將窯爐中排放的酸性氣體吸收。也可以應(yīng)用于燃煤工業(yè)鍋爐的脫硫(固硫)。把電石渣作為黏結(jié)劑和固硫劑按一定比例均勻混入燃煤中，在煤的燃燒過(guò)程中，在爐膛內(nèi)電石渣與SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣或硫酸鈣，而使 SO2被固定下來(lái)沉積在煤灰渣中，并隨著煤渣一起被排出從而減少SO2、煙塵和NOx的排放量，同時(shí)具有一定的節(jié)煤效果。

2.3.3治理廢水

在許多工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，均會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水，在廢水排放前必須要進(jìn)行中和處理，電石渣可在這一過(guò)程中得到應(yīng)用，而且采用電石渣來(lái)處理酸性廢水，處理的成本相對(duì)較低，這在許多企業(yè)中已經(jīng)得到了應(yīng)用。

電石渣對(duì)于一些工業(yè)廢水的處理，還能起到沉淀劑或混凝劑的作用。如濕法選煤所產(chǎn)生的工業(yè)廢水呈弱堿性，為膠體分散體系，存在大量帶有較強(qiáng)負(fù)電荷的膠粒，使得懸浮顆粒難以靠重力作用自然沉降，而若用電石渣處理高泥質(zhì)煤泥水，煤泥懸浮顆粒則會(huì)快速地沉降下去，處理方法簡(jiǎn)單、效果良好。此外，在處理含氟廢水方面，將電石渣與聚丙烯酰胺合用，也取得了較好的處理效果。

3 結(jié)語(yǔ)

電石渣經(jīng)處置后即可成為化工產(chǎn)品、建筑材料以及環(huán)境治理的原料，在技術(shù)層面是完全可行的，并且具有良好的市場(chǎng)前景。在電石渣的利用方面，應(yīng)緊扣固廢處置這一主題，在原有生產(chǎn)狀況不受影響的前提下，結(jié)合本地、本廠實(shí)際情況，選取適合的處理工藝，實(shí)現(xiàn)電石渣的資源化和無(wú)害化處理，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。