電石渣與石灰參配用于綠液苛化的探討

葉潤(rùn)華,楊曉麗,紀(jì) 軍,劉寶珠

(新疆美克化工有限責(zé)任公司 化驗(yàn)室,新疆 庫(kù)爾勒 841000)

1 概述

電石渣是電石制乙炔裝置產(chǎn)生的廢渣,其主要成份是Ca(OH)2,其來(lái)源為電石與水反應(yīng)生成乙炔和氫氧化鈣：CaC2+H2O→C2H2+Ca(OH)2,含有氫氧化鈣的渣漿即為電石渣。因電石中有鎂、鐵、磷、硫等雜質(zhì),電石渣中一般也含有MgO、Fe2O3、H3P 等微量雜質(zhì)；通常電石渣水含量在40～60%左右[1],渣場(chǎng)的電石渣水分在20%左右。如今國(guó)內(nèi)對(duì)電石渣主要用途有：用于燒制水泥、取代石灰參與相關(guān)反應(yīng)的進(jìn)程、對(duì)酸性廢水的處理等[2]；將電石渣回收再利用,可極大節(jié)約生產(chǎn)成本,同時(shí)減少電石渣對(duì)環(huán)境的污染。

造紙行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái),堿回收工段苛化都是以購(gòu)買石灰石用于苛化,綠液苛化是堿回收的重要環(huán)節(jié),其反應(yīng)式為：Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3↓。傳統(tǒng)苛化用生石灰(CaO)[3]與綠液反應(yīng)。有關(guān)資料表明[4],苛化法制燒堿,生產(chǎn)中Na2CO3溶液濃度以10%～12%為宜,這種情況下理論轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%,但實(shí)際轉(zhuǎn)化率只有95%左右；苛化池出來(lái)的澄清堿液一般含NaOH 8%左右。有文獻(xiàn)報(bào)道[1]電石渣與石灰石按50%參配,過(guò)量灰1.4 時(shí)苛化度為86.6%,本文參考以上文獻(xiàn),將電石渣與石灰參配后與綠液苛化反應(yīng)生成NaOH 溶液和CaCO3沉淀[5]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試,找出電石渣與石灰參配與綠液苛化反應(yīng)的最佳苛化率時(shí)的反應(yīng)參數(shù),為工藝生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)試劑和儀器

試劑：綠液,取自紙廠苛化工段,總堿117g/L,Na2CO3109.7g/L,NaOH 7g/L；石灰,CaO 87.6%,MgO 2.3%；電石渣,取自渣場(chǎng),水分17.8%,CaO 56.1%,MgO 2.8%；

儀器：WIGGENS WH-200D 電磁加熱攪拌器、DHG-9123A 型鼓風(fēng)干燥箱、固定鐵架臺(tái),磁力轉(zhuǎn)子,BS224S 電子天平、溫度計(jì)、三角瓶、直型回流冷凝管。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 苛化反應(yīng)

吸取綠液100mL 于250mL 磨口三角瓶中,放置電磁加熱攪拌器上回流、攪拌、加溫至85℃,分別加入不同配比的生石灰、電石渣進(jìn)行苛化反應(yīng)試驗(yàn),加熱至沸騰,攪拌反應(yīng)90min,靜置澄清后分析上清液。測(cè)定上清液中NaOH 和Na2CO3含量,計(jì)算出苛化度?？粱?[反應(yīng)后NaOH 含量/(NaOH+Na2CO3)]*100%。

表1 石灰與電石渣參配苛化反應(yīng)苛化度對(duì)比

表2 電石渣完全替代石灰苛化反應(yīng)苛化度對(duì)比

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間

吸取綠液100mL 于250mL 磨口三角瓶中,放置電磁加熱攪拌器上回流、攪拌、加溫至85℃,分別加入不同配比的生石灰、電石渣進(jìn)行苛化反應(yīng)試驗(yàn),加熱至沸騰,攪拌反應(yīng)不同的時(shí)間,靜置澄清后分析上清液。測(cè)定上清液中NaOH 和Na2CO3含量,計(jì)算出苛化度?？粱?[反應(yīng)后NaOH 含量/(NaOH+Na2CO3)]*100%。

2.2.3 苛化乳液沉降速率對(duì)比試驗(yàn)

將反應(yīng)后的苛化乳液充分搖勻,取50mL 加入到50mL 量筒中,秒表計(jì)時(shí),靜置,觀察在不同時(shí)間內(nèi)白泥的體積。(單位用mL 表示)

2.2.4 過(guò)水速率對(duì)比試驗(yàn)

將反應(yīng)完的苛化乳液全部倒入100mL 的布氏漏斗中,抽濾,用200mL 脫鹽水洗滌兩遍,再將100mL 脫鹽水倒入漏斗中抽濾開(kāi)始計(jì)時(shí),直至水全部抽干為止,記下時(shí)間。濾餅轉(zhuǎn)移至稱量瓶中烘干稱重。

3 結(jié)果與討論

(1)將電石渣與石灰按不同質(zhì)量比進(jìn)行參配,過(guò)量灰中活性CaO 與綠液中Na2CO3以不同摩爾比進(jìn)行苛化反應(yīng),苛化度見(jiàn)表1 所示。

由表1 可知,當(dāng)過(guò)量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比相同時(shí),電石渣與石灰參配比越大,苛化度越?。划?dāng)電石渣與石灰參配比一致時(shí),過(guò)量灰活性CaO 與綠液 Na2CO3摩爾比越大,苛化度有所增加,主要是電石渣中氧化鈣含量56.1%遠(yuǎn)低于石灰中氧化鈣含量87.6%所致。從電石渣利用及節(jié)約生產(chǎn)成本方面考慮,當(dāng)電石渣與石灰參配比為50%,過(guò)量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比1.20 時(shí),苛化度達(dá)85.0%,已接近文獻(xiàn)參考值86.6%,與過(guò)量灰1.30時(shí)苛化度85.7%相比增幅不大,故選擇過(guò)量灰為1.20 時(shí)苛化度為85.0%作為工藝參考數(shù)據(jù)。

將電石渣完全替代石灰用于綠液苛化時(shí),過(guò)量灰中活性CaO 與綠液中Na2CO3不同摩爾比進(jìn)行的苛化反應(yīng),苛化度見(jiàn)表2 所示。

由表2 可以看出,當(dāng)電石渣完全替代石灰時(shí),過(guò)量灰活性CaO 與綠液中Na2CO3以摩爾比為1.5 時(shí)苛化度為85.3%,但與過(guò)量灰為1.3 時(shí)的苛化度84.9%相比增幅不大,故當(dāng)電石渣完全替代石灰時(shí)選擇過(guò)量灰為1.3 時(shí)的苛化度為84.9%作為工藝參考數(shù)據(jù)。

(2)當(dāng)電石渣完全取代石灰用于綠液苛化,根據(jù)表2苛化度數(shù)據(jù),選取過(guò)量灰1.3 時(shí)苛化度為84.9%的反應(yīng)參數(shù),試驗(yàn)當(dāng)反應(yīng)時(shí)間不同時(shí)對(duì)苛化度的影響,如表3 所示。

表3 電石渣完全替代石灰苛化反應(yīng)時(shí)間對(duì)苛化度影響

根據(jù)表3 數(shù)據(jù)可以看出,電石渣完全替代石灰與綠液進(jìn)行苛化反應(yīng)時(shí),當(dāng)過(guò)量灰為1.3,反應(yīng)時(shí)間為90min時(shí)所得苛化率數(shù)據(jù)最佳84.9%；反應(yīng)時(shí)間太短60min,苛化率84.1%偏低,反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)120min,苛化率幾乎不再增加。

(3)根據(jù)表1 苛化度數(shù)據(jù)選取電石渣與石灰質(zhì)量參比為50%時(shí),對(duì)過(guò)量灰活性CaO 與綠液 Na2CO3不同摩爾比的苛化乳液試驗(yàn)其沉降時(shí)間和白泥體積,如表3 所示。

由表4 可知,電石渣參與石灰質(zhì)量比為50%時(shí),過(guò)量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比越大,其反應(yīng)后的乳液沉降速度也加快,有利于工藝生產(chǎn)操作和調(diào)整。

表4 苛化試驗(yàn)白泥沉降試驗(yàn)比較

表5 過(guò)水速率對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

(4)將電石渣與石灰質(zhì)量參配比50%,過(guò)量灰活性CaO 與綠液Na2CO3不同摩爾比的乳液的過(guò)水速率與純石灰的過(guò)水速率相比較,結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5 數(shù)據(jù)可知,電石渣與石灰質(zhì)量參配比為50%,過(guò)量灰活性CaO 與綠液Na2CO3不同摩爾比的過(guò)水速率略快于純石灰的過(guò)水速率,有利用工藝生產(chǎn)操作。

4 結(jié)論

電石渣屬于工業(yè)廢料,若不能有效利用,既占用土地堆放還嚴(yán)重破壞環(huán)境,是企業(yè)急需解決的問(wèn)題。利用電石渣中有效成份為Ca(OH)2,部分代替或完全代替石灰用于造紙工業(yè)綠液苛化工段,是電石渣有效利用的途徑之一。本文通過(guò)電石渣與石灰不同比例參配,探究過(guò)量灰活活性CaO 與綠液 Na2CO3不同摩爾比的反應(yīng)苛化率,反應(yīng)時(shí)間對(duì)苛化率的影響,反應(yīng)后乳液的沉降比和過(guò)水速率,形成如下結(jié)論：

(1)電石渣與石灰按不同比例參配,或電石渣完全替代純石灰用于造紙工業(yè)綠液苛化反應(yīng)是完全可行的,既可降低綠液苛化外購(gòu)石灰的成本,又減少電石渣堆放對(duì)環(huán)境造成的污染,為企業(yè)節(jié)能降耗、改善環(huán)境提供新的解決途徑。

(2)電石渣與石灰質(zhì)量比參配50%,過(guò)量灰活性CaO與綠液Na2CO3摩爾比1.20,反應(yīng)時(shí)間90min,反應(yīng)后綠液中Na2CO3的苛化率85.0%。

(3)電石渣完全替代石灰,過(guò)量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比1.3,反應(yīng)時(shí)間90min,反應(yīng)后綠液中Na2CO3的苛化率84.9%。

(4)其他條件不變,苛化率隨苛化反應(yīng)時(shí)間增加而增加,當(dāng)苛化反應(yīng)時(shí)間為90min 時(shí),反應(yīng)所得苛化率最佳。

(5)苛化后乳液的沉降速率較純石灰快,過(guò)水速率也略快于純石灰,有利用工藝生產(chǎn)操作。