電石渣制備硫酸鈣晶須及影響因素研究

李翠

摘要：石渣是一種典型的工業(yè)固體廢棄物，是電石水解獲取乙炔氣所產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，每噸電石產(chǎn)生電石渣約1.2t，每年產(chǎn)生的電石渣約3240萬(wàn)t。目前電石渣主要的處置方法是對(duì)電石渣進(jìn)行固液分離，最終都通過(guò)填埋或廢棄的方法進(jìn)行處理，造成了資源的浪費(fèi)。隨意堆放電石渣會(huì)占用大量土地，電石渣長(zhǎng)期堆存滲透會(huì)造成土地鹽堿化并污染水資源，電石渣的堿性渣灰的揚(yáng)塵還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成污染，危機(jī)周邊地區(qū)居民生活和身體健康，因此電石渣的綜合利用已經(jīng)成為目前亟須解決的問(wèn)題之一。

關(guān)鍵詞：電石渣;石灰石;硫酸鈣晶須;循環(huán)發(fā)展;綜合利用

引言：電石渣的主要成分為氫硫酸鈣晶須，經(jīng)處置后即可成為水泥、碳酸鈣、硫酸鈣晶須、硫酸鈣等行業(yè)的主要原料，并可替代部分天然石灰石。

1電石渣現(xiàn)狀分析

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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2018年，國(guó)內(nèi)電石生產(chǎn)企業(yè)共計(jì)220家，產(chǎn)能達(dá)到41Mt/a，扣除長(zhǎng)期停車的6.8Mt/a產(chǎn)能，實(shí)際有效產(chǎn)能為34.2Mt/a，2019年新建產(chǎn)能為5.4Mt/a，其中內(nèi)蒙古、新疆、寧夏、陜西、河南、甘肅六省產(chǎn)量占全國(guó)電石產(chǎn)量的89.49%。我國(guó)電石的主要消耗行業(yè)為PVC及1，4-丁二醇行業(yè)，據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2018年國(guó)內(nèi)電石累計(jì)銷量為20.19Mt，據(jù)此可得2018年全年產(chǎn)生固廢電石渣約為27.02Mt干渣，濕渣約為35.12Mt（含水30%）。按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》（GB5085–2007）規(guī)定，電石廢渣應(yīng)屬Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物。其外觀為白色粉末，微溶于水，呈堿性，pH在12以上，其中氫硫酸鈣晶須占絕大多數(shù)，其余是硅、鎂、鋁、鐵等金屬的氧化物、氫氧化物和少量的硫化物、磷化物及乙炔氣。

2電石渣固廢處置和循環(huán)發(fā)展的必要性

電石渣作為一般固廢，一是在儲(chǔ)運(yùn)及轉(zhuǎn)移過(guò)程面臨嚴(yán)峻的環(huán)保壓力，在運(yùn)輸中會(huì)產(chǎn)生沿途滴漏、粉塵飛揚(yáng)，存儲(chǔ)電石渣占用的場(chǎng)地如管理不當(dāng)，將造成長(zhǎng)期存放的土地嚴(yán)重鈣化，復(fù)耕非常困難，會(huì)對(duì)本地生態(tài)環(huán)境及空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。二是在環(huán)保政策日趨嚴(yán)峻及環(huán)境治理的迫切需求下，電石渣下游金屬冶煉企業(yè)受環(huán)保政策制約，存在限產(chǎn)和停產(chǎn)的隱患，造成裝置存在電石渣不能及時(shí)運(yùn)輸?shù)碾[患，嚴(yán)重制約現(xiàn)有生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。

氧化鈣是一種基本化工原料，傳統(tǒng)制備氧化鈣工藝為煅燒天然石灰石，近年來(lái)由于環(huán)保政策趨緊和資源枯竭，天然石灰石的開采受到限制;而電石渣的主要成分為氫氧化鈣（含量80%以上），經(jīng)過(guò)干燥和煅燒即可制備硫酸鈣晶須，該技術(shù)生產(chǎn)工藝成熟、工藝流程短，在技術(shù)上具有可行性;硫酸鈣晶須具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用及巨大的市場(chǎng)規(guī)模，主要用于塑料、橡膠、化工、食品、污水處理等行業(yè)，具有良好的市場(chǎng)前景，因此，利用電石渣制備硫酸鈣晶須具有技術(shù)可行性及市場(chǎng)可行性。隨著國(guó)家日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，無(wú)論是在環(huán)保問(wèn)題上還是在資源的循環(huán)化再利用方面以及國(guó)家政策方面，電石渣的綜合利用都迫在眉睫，該工藝的實(shí)施將為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、資源的循環(huán)化利用起到推動(dòng)作用，具有十分現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義、環(huán)保意義和社會(huì)意義。

3硫酸鈣晶須概述

硫酸鈣晶須作為特殊的晶體材料，具有高強(qiáng)度、高模量等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于造紙、橡膠和塑料等領(lǐng)域。傳統(tǒng)硫酸鈣晶須生產(chǎn)方式以天然石膏為原料，開采、生產(chǎn)成本高。脫硫石膏主要成分、性能和可操作性與天然石膏類似，以其替代天然石膏生產(chǎn)硫酸鈣晶須，既能減少天然石膏開采導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境破壞，又能實(shí)現(xiàn)火電廠固廢脫硫石膏減量和資源化利用，生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。硫酸鈣晶須的制備方法主要有水熱法和常壓酸化法。水熱法對(duì)設(shè)備的抗壓、耐溫性能要求嚴(yán)格，生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、生產(chǎn)成本高;與水壓熱法相比，常壓酸化法工藝流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于我國(guó)的脫硫石膏純度太低、雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高、品質(zhì)參差不齊，導(dǎo)致硫酸鈣晶須品質(zhì)如純度、長(zhǎng)徑比和白度等不穩(wěn)定，同時(shí)，硫酸的大量使用容易造成二次污染。

4硫酸鈣晶須制備技術(shù)方案

4.1技術(shù)方案選擇

通過(guò)對(duì)工藝技術(shù)方案對(duì)比可以看出，立窯煅燒加工工藝是早期石灰石加熱制備硫酸鈣晶須的工藝，適合大塊狀物料，加熱時(shí)間長(zhǎng)，熱效率低，不適合粉狀的電石渣煅燒加工生產(chǎn);而流化床煅燒工藝，適用于小顆粒狀物料的加熱煅燒，由于受設(shè)備大型化限制，產(chǎn)量低，換熱效率較低，能耗高，不適用于電石渣煅燒生產(chǎn);干法預(yù)分解回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝是采用電石渣生產(chǎn)水泥的工藝方法，投資較大，工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備技術(shù)要求高;干法懸浮煅燒工藝熱效率高，能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，投資相對(duì)較低。因此，干法懸浮煅燒工藝，是最先進(jìn)、最適合用于電石渣生產(chǎn)硫酸鈣晶須的加工工藝。

4.2工藝流程說(shuō)明

電石渣制備硫酸鈣晶須工藝主要分為干燥系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、煅燒系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)四個(gè)工序電石渣原料通過(guò)稱重計(jì)量，進(jìn)入干燥器內(nèi)將自由水全部蒸發(fā)，形成粉末狀混合物料，物料經(jīng)過(guò)多級(jí)預(yù)熱后溫度達(dá)到380℃，送入煅燒爐內(nèi)進(jìn)行煅燒，物料進(jìn)入煅燒爐一段與高溫?zé)煔饣旌希谙到y(tǒng)負(fù)壓和旋流加速體的作用下，煙氣和混合物料呈旋轉(zhuǎn)向上運(yùn)動(dòng)，在煅燒爐一段完成物料的升溫和部分分解過(guò)程。在此過(guò)程中，物料因?yàn)榱６?、運(yùn)行速度等因素，再經(jīng)煅燒爐一段出口旋流加速進(jìn)入煅燒爐二段，在煅燒爐二段內(nèi)徹底完成煅燒，煅燒后的物料與高溫混合氣體進(jìn)入高溫回收旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離后的物料在旋風(fēng)分離器排出后進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，經(jīng)兩級(jí)冷卻降溫后，排出的物料進(jìn)入產(chǎn)品料倉(cāng)儲(chǔ)存。

結(jié)束語(yǔ)：為了消除電石渣所造成的環(huán)保隱患和長(zhǎng)周期運(yùn)行隱患，利用電石渣制備硫酸鈣晶須，可實(shí)現(xiàn)電石渣的就地轉(zhuǎn)化和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益良好的硫酸鈣晶須產(chǎn)品，對(duì)企業(yè)的綠色發(fā)展和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重要的意義。

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