干粉电石渣在水泥行业综合利用研究.docx

摘要】电石渣是电石法生产聚氯乙烯 （polyvinylchoride，简称P VC）过程中电石水解反应的副产物目前我国生产PVC树脂的原料有7 0%以上来自电石法，因电石法P V C生产的发展，电石渣的排放量也逐渐增多，给环境带来的压力日益加剧将电石渣用于制水泥是大量处理电石渣的有效途径，但目前湿式电石渣的特性对水泥生产过程有较大的影响，特别是目前国内大多是利用含水量较大的电石渣，其加工难度大、能耗高是利用这种电石渣的主要问题，因而干粉电石渣在水泥行业的综合利用对降低能耗、减轻环境污染具有重要意义关键词】干粉电石渣、环境污染、节能减排、资源综合利用1引言目前我国生产PVC树脂的原料有70%以上来自电石，因电石法PVC生产的发展，再加上其它一些化工产品也要用电石法制乙炔，致使电石渣的排放量逐渐增多，如果没有对电石渣及时进行处理，其在堆存期间容易对土壤造成碱化污染，并影响节能减排的实施将电石渣用于制水泥是大量处理电石渣的有效途径，对干粉电石渣在水泥行业的利用研究是解决利用电石渣生产水泥熟料应用的课题之一开磷集团遵义碱厂2022年成功对电石乙炔发生工艺作了干法技改，建成了一套乙炔发生能力为2500Nm/（h.套）的干法生产装置，年消耗电石5.5万t，产生干粉电石渣6.5万t。

因此，遵义市节能监测技术服务中心与遵义赛德水泥有限公司的相关技术人员合作开展相关的研究和试验，通过对干粉电石渣在水泥生产原料中的掺混比例、生产过程工艺控制等关键环节进行研究，确定既能满足水泥产品质量标准的要求，又能最大限度地利用好干粉电石渣的生产工艺技术，最终减少电石渣对环境的危害，消除电石渣大量堆存的安全隐患，达到资源综合利用和节能减排的目的电石法生产PVC的反应过程如下：CaCO3→ CaO+C02CaO+3C→CaC2（电石）+COCaC2+2H2O→C2H2（乙炔）+Ca（OH）2（电石渣）C2H2+HCI→CH2=CHCI（氯乙烯）CH2=CHCI→[CH2=CHCl]n（聚氯乙烯）3电石渣的特性由于采用了干式乙炔发生工艺，其产生的干粉电石渣其含水率小于1.5%，其初始使用过程中不需要采用与湿式电石渣类似的烘干步骤，故而可节省大量能源消耗，而从湿式乙炔发生工艺可知，湿式电石渣的含水量可达到85%～95%，而且脱水较困难目前一般采用的工艺为：将初始水分为85%～95%的电石渣进行初步的沉淀浓缩，浓缩后的水分约为70%～80%，然后采用机械脱水的方法对浓缩后的电石渣进一步脱水，脱水后的水分一般在35%～40%之间。

随着不同生产厂家电石渣性质的不同，水分会有所变化，只有少数的湿式电石渣可以被压滤至水分为30%以下这种电石渣含有大量的微毛细管水，近似于吸附水分，其蒸汽压小于同温度下纯水的饱和蒸汽压，在干燥时难以除去而且湿电石渣的粘滞性较强，易结块，烘干难度大，且烘干后还有再吸收水分的现象，实验中发现经过干燥后的电石渣使用试样袋包装后，经过6天的时间，其吸潮量可达到l%湿式电石渣作为主要原料使用，水分含量高，烘干量大，消耗热量也多，故和干粉电石渣比起来，湿式电石渣作为水泥原料的可用性要明显次于干粉电石渣3.1干粉电石渣的粒度电石渣是电石与水反应放出乙炔气体后的残渣，反应非常剧烈，因此电石渣的粒度很小，而且微观结构比较疏松在实验中对多种电石渣的粒度测试结果进行统计发现，电石渣干粉的粒度几乎都在80μm以下从干粉电石渣的粒度分布看，一般情况下20%的粒子粒径在50 μm一80 μm之间，80%以上粒子的粒径在50 μm以下，20%的粒子粒径在10 μm以下干粉电石渣的粒度特点会影响电石渣干粉的储存和输送，电石渣干粉的颗粒较细具有极好的流动性，同时电石渣粉体之间粘附力较强，团聚现象明显，在储存过程中容易被压实，不易卸料，但当这种团聚被打散开始流动时，电石渣粉体就表现出非常好的流动性，在卸料中易冲料，需要进行控制。

3.2干粉电石渣的储存输送性能在电石渣的预处理过程中，电石渣会以浆体、滤饼或干粉的形态存在，其在不同的状态采用的输送方式也不一样当电石渣状态呈浆体时，一般采用管道泵送装置来输送电石渣在管道输送系统中，由于电石渣的粘滞性，磨损和堵塞是最易出现的问题，并且成本较大，需要修建专门的管道输送系统，无论是方便性还是从成本方面考虑，对于使用方都有过高的要求当电石渣为滤饼状态时，如果采用皮带机输送，在输送过程中需要对皮带机的倾斜角度进行限制，一般情况下，输送电石渣的皮带机倾斜角度不超过10°，特定的情况下，可以放宽至20°；但当输送距离较近时，可以使用链板式输送机输送，在特定情况下，也有采用管道输送的方式，但该方式目前的实际应用效果并不理想，故障率较高当电石渣烘干为干粉状态时，流动性良好，在输送过程中可据现场情况选用设备，但须防止冲料，并做好输送过程中粉状电石渣的稳定，使其不散落于输送道路即可在使用皮带机或者管道输送时，由于含的水分小于1.5%，故很少出现对输送管道的磨损与堵塞，由于其状态和煤粉相差不大，所以利用企业现有的输送系统外加一定的管理就可投入输送，无需新建专门的输送管道，相对来说干粉电石渣在输送性能上要优于含水率大的湿式电石渣。

3.3 电石渣粉体的容重、真密度电石渣是经过剧烈的化学反应后得到的副产物，粒度较小，而且其微观结构比较疏松，造成了电石渣干粉容重较小由遵义赛德水泥有限公司实验数据表明电石渣粉体的容重约为0.6g/cm³，经过压实后约为0.9g/cm³，大大低于普通生料粉体的容重经过实验测定，一般干粉电石渣的真密度约为2.03g/cm³，低于石灰石3.4 干粉电石渣的热性能干粉电石渣粉体中含有大量的细颗粒，在旋风分离中不容易分离，造成旋风预热器的分离效率较低，回灰量大，对输送系统的影响很大，同时也造成电石渣干粉化学成分的波动电石渣的热分解特性与石灰石相比差异较大，主要表现在分解温度、分解热及分解产物，因此对预分解系统的控制参数将不一样石灰石的分解温度约800℃，分解炉的温度一般控制在850～890℃电石渣的分解温度约580℃，因此分解炉的温度控制范围较宽，630～890℃，可以根据实际要求灵活地调节分解炉的出口烟气温度石灰石的分解热为1660kJ/k g，电石渣的分解热为1160kJ/kg，远低于石灰石的分解热当使用电石渣为钙质原料时，分解炉内的热负荷降低，分解炉内燃料的使用量也降低，熟料烧成热耗也大大降低。

石灰石的分解产物为CaO和CO2 ，而电石渣分解的主要产物为CaO和H2O，当使用石灰石作为钙质原料时，在分解炉内石灰石分解产生的CO2和燃料产生的CO2都会抑制分解反应的发生 ，但CO2不会对预热器内粘结堵塞产生负面的作用当使用湿式电石渣作为钙质原料时，分解产生的水蒸汽会抑制分解反应的发生，同时水蒸气会降低共熔物的熔点，对预热器内发生粘结堵塞产生负面作用，造成生产设备维护的不便由于干粉电石渣含水量要远低于湿式电石渣，故水蒸气对于设备的侵蚀作用要远小于湿式电石渣的利用，有利于减少设备的维护成本经在遵义赛德水泥公司生产线上反复试验，在生料中干粉电石渣掺量为5.0%较为适当3.5干粉电石渣的化学性能利用电石渣作为钙质原料生产水泥熟料，其化学性能直接关系到生产工艺的选择、生产设备的选择、工艺参数的控制等其化学特性主要包括化学成分、有害元素的含量、有刺激性气体的释放等3.5.1主要化学成分从电石渣的化学成分看，利用电石渣作为钙质原料配制水泥生料完全符合煅烧水泥熟料的要求通过对遵义赛德水泥公司利用的干粉电石渣成分进行分析，其主要化学成分如表1所示表1 不同电石渣的主要化学成分分析（%）125.628.052.660.7361.270.02225.412.962.350.3565.890.05329.95.262.070.4759.310.18424.653.411.600.4868.44从表1数据看，电石渣的氧化钙含量较高，同时其它主要化学成分也符合水泥生料配料的要求，属于优质钙质资源。

并且经过进一步的测量可知干粉电石渣中的硫、碱、氯等有害物含量波动较小，所以按照烧成熟料所执行的GB/T21372-2022《硅酸盐水泥熟料》标准限额，在该厂对水泥熟料进行检验后，其水泥产品中氯离子<0.06%，熟料3天抗压强度≥26MPa，28天抗压强度≥52.5MPa，完全可以达到标准要求在干粉电石渣水泥相关技术指标中，执行GB175-2022《通用硅酸盐水泥》标准相关限额，通过检测得到其中普通硅酸盐（P.O）42.5水泥三天抗压强度≥17MPa，28天抗压强度≥42.5MPa；复合硅酸盐（P.C）32.5水泥三天抗压强度≥10MPa，28天抗压强度≥32.5MPa，完全符合国家标准限额3.5.2 电石渣对环境的影响干粉电石渣属于第Ⅱ类一般工业废物，由表1可知，干粉电石渣的主要成分是CaO、SiO等氧化物，若不将其回收利用，遇到雨季时雨水会与电石渣中的各种氧化物混合形成各种碱性侵出液，其中含量最大的当属Ca（OH）2，碱性浸出液的排放会导致水源、土壤的碱化，严重污染当地环境和生态，所以将电石渣用于水泥生产等制造行业中可以减少电石渣对环境的危害，消除电石渣大量堆存的安全隐患，最终达到资源综合利用和节能减排的目的。

3.6电石渣特性对回转窑煅烧系统的影响目前电石渣对回转窑煅烧系统的影响主要表现在电石渣生料的易烧性上，从其他工厂试验情况看，当生料的细度满足要求时，电石渣生料的易烧性良好，不会对回转窑煅烧系统产生不良的影响当入窑生料的温度在750℃以上时，回转窑的规格不需要进行针对性设计，按照常规的回转窑规格即可以满足熟料煅烧要求；当入窑生料的温度较低时则需要对回转窑的能力进行进一步的核算，一般情况下可以采用适度放大回转窑的规格来满足熟料产量的 要求由于干粉电石渣本身含水量较低，自身温度很容易通过企业已有的设备进行预热加热，干粉的细度也相较于易于结块的湿式电石渣更精细，故对于回转窑煅烧系统不会产生与石灰石相差太大的影响电石渣与石灰石分解后得到的CaO的烧结性能不一样，晶体结构也不一样，利用电石渣制水泥熟料得到的主要矿物 C3S的晶体形态也不一样利用干粉电石渣生产的水泥熟料可以获得较高的强度，同时易磨性良好，同时干粉电石渣在400℃时开始分解，分解温度约为580℃，故使得水泥制成系统的单位能耗相对降低4结束语（1）相对于湿式电石渣，干粉电石渣作为水泥生产原料具有能耗低、易于运输、便于储存等优势经在遵义赛德水泥公司生产线上反复试验，在生料中干粉电石渣掺量为5%较为适当。

2）干粉电石渣用于水泥制造的原料能够避免因为堆存电石渣造成的对水源、土壤的污染，可以减少大量CO2 的排放3）干粉电石渣在400℃时开始分解，分解温度约为580℃，低于石灰石的分解温度、使得利用干粉电石渣作为原料的水泥生产综合能耗降低可以使水泥生产企业能耗指标达GB16780-2022《水泥单位产品能源消耗限额》先进值：可比熟料综合煤耗≤103kgce/t，可比熟料综合能耗≤110kgce/t4）干粉电石渣中的硫、碱、氯等有害物含量波动较小，其水泥产品中氯离子<0.06%，相关质量指标均可满足GB175-2022《通用硅酸盐水泥》标准限额5）以生产规模为100万t/a水泥的企业测算，年可利用干粉电石渣5万t，每吨熟料可减排CO2 25.5千克，每年可减排CO2 2.04万吨；每吨熟料可节约标煤1.28千克，每年可节约标煤1023.6吨，达到资源综合利用和节能减排的目的。