田偉軍,賴乃斌

(1湖南化工職業(yè)技術學院,湖南株洲 412004;2.中鹽湖南株洲化工集團)

工業(yè)技術

從電石渣中回收氧化鈣的工藝研究與生產(chǎn)實踐＊

田偉軍1,賴乃斌2

(1湖南化工職業(yè)技術學院,湖南株洲 412004;2.中鹽湖南株洲化工集團)

研究了以電石渣為原料回收氧化鈣的工藝,主要過程包括:原料預處理、雜質分離、電石渣煅燒分解等。重點考察了除雜及煅燒工藝條件,結果表明:采用水力旋流除雜工藝,控制水流速度為 0.10 m/s可分離電石渣中大部分雜質;在 900℃下煅燒 5 h,得到的氧化鈣產(chǎn)品質量分數(shù)可達 85%以上。應用該工藝建成了一套 1萬 t/a的生產(chǎn)裝置,氧化鈣出料和尾氣裝置采用微負壓操作,解決了粉塵污染問題,以水煤漿為燃料并充分利用尾氣余熱降低了能耗。采用回轉窯煅燒,設備結構簡單、生產(chǎn)過程控制方便可靠、處理能力大、自動化程度高。

電石渣;氧化鈣;水力旋流除雜工藝

電石渣是水解獲取乙炔氣后的以氫氧化鈣為主要成分的廢渣,主要來源于聚氯乙烯、乙炔、聚乙烯醇等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。隨著聚氯乙烯行業(yè)快速發(fā)展,電石將迎來投產(chǎn)高峰,電石渣的產(chǎn)量將會大幅增加?；厥绽秒娛耐緩捷^多[1-3],但回收加工生產(chǎn)氧化鈣的研究并不多。筆者利用電石渣為原料回收氧化鈣產(chǎn)品,采用水力旋流除雜質,采用回轉窯煅燒電石渣,煅燒煙氣預熱原料電石渣。該工藝路線新穎,生產(chǎn)成本低,制備的氧化鈣產(chǎn)品質量分數(shù)達85%以上,已建成了一套 1萬 t/a的生產(chǎn)裝置。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

實驗采用中鹽集團湖南株洲化工集團聚氯乙烯廠副產(chǎn)電石渣為原料制備氧化鈣,原料主要成分如表 1所示。

表 1 電石渣的主要成分 (干基) %

將原料電石渣經(jīng)過固液分離,在 110℃下烘干備用,其他原料均為實驗室常用試劑。

儀器:旋流器、恒溫烘箱、馬弗爐等。

1.2 實驗過程

電石渣中主要成分為氫氧化鈣,回收氧化鈣需對其進行煅燒分解,但電石渣中含有相當數(shù)量雜質須除去。首先對原料進行預處理,然后采用水力旋流分離部分雜質,對除雜后的電石渣進行干燥和高溫煅燒等,具體步驟如下。

1.2.1 原料預處理

將電石渣漿進行固液分離,所得濾渣用清水洗滌,置恒溫烘箱中于 110℃烘干,冷卻后除去機械雜質,并研磨過篩。

1.2.2 水力旋流除雜

據(jù)文獻[3]報道,對電石渣直接進行離心分離,結果發(fā)現(xiàn)離心機內(nèi)所有物質均為灰黑色,分層現(xiàn)象很不明顯。實驗將篩分后的電石渣加水溶解,利用電石渣中各種雜質和主要成分存在密度上的差異,采用水力旋流分離方法,將氧化鐵和氧化鋁等雜質與氫氧化鈣分離除去。

1.2.3 高溫煅燒

根據(jù)氫氧化鈣的理化性質,氫氧化鈣在 580℃時開始分解。另有資料顯示[4]:電石渣在 100℃開始出現(xiàn)質量損失,450～680℃時質量損失最多,680～800℃時質量有了少量損失。這可能是 100～450℃時電石渣中少部分在恒溫干燥階段沒有完全脫去的吸附水失去,450～680℃時氫氧化鈣失去結構水,680～800℃有少量揮發(fā)組分和碳渣燃燒。考慮電石渣煅燒溫度和煅燒時間對氧化鈣含量的影響,將電石渣置于馬弗爐中煅燒,達到設定溫度后,取出冷卻。設計不同的煅燒溫度和時間多次實驗,測定氧化鈣含量,進行比較。

1.3 結果與討論

1.3.1 水力旋流分離

分別在 0.10,0.15,0.20,0.25,0.30 m/s的水流速度下對電石渣進行旋流分離,其結果如圖 1所示。由圖 1可知,電石渣通過水力旋流分離雜質后,氧化鈣質量分數(shù) (折算)可達 85%以上。其主要原因是氧化鋁等雜質的密度比氫氧化鈣大,在旋流分離中被選擇性除去。

1.3.2 煅燒溫度對氧化鈣含量的影響

在 600,700,800,900,1 000℃條件下,分別對電石渣進行煅燒,煅燒 4 h后測定氧化鈣含量。圖 2為煅燒溫度對氧化鈣含量的影響。由圖 2可知,不同煅燒溫度對氧化鈣質量分數(shù)影響較大,電石渣在經(jīng) 900℃煅燒時其氧化鈣質量分數(shù)可達到 85%以上,溫度進一步升高 (1 000℃),氧化鈣質量分數(shù)升高不明顯,這說明氫氧化鈣已徹底分解;煅燒溫度過低,氧化鈣含量下降很快。因此實驗確定 900℃為最佳煅燒溫度。

圖 1 水流速度對除雜效果的影響

圖 2 煅燒溫度對氧化鈣含量的影響

1.3.3 煅燒時間的確定

在確定煅燒溫度的基礎上,設定在 1,2,3,4,5,6 h下進行煅燒時間實驗。圖 3為煅燒時間對氧化鈣含量的影響。由圖 3可見,煅燒時間對氧化鈣含量影響顯著,煅燒時間短則氧化鈣含量低,這可能是氫氧化鈣的結合水未完全失去的結果,當延長煅燒時間至 5 h時,氧化鈣質量分數(shù)上升至 86%,繼續(xù)延長煅燒時間,氧化鈣含量還有所升高但變化不明顯,實驗選定最佳煅燒時間為 5 h。

圖 3 煅燒時間對氧化鈣含量的影響

2 生產(chǎn)應用

應用上述工藝建成了一套 1萬 t/a生產(chǎn)裝置,其具體生產(chǎn)工藝及相關技術經(jīng)濟指標如下。

2.1 工藝流程

圖 4為從電石渣中回收氧化鈣的生產(chǎn)工藝流程圖。

流程說明:原料電石渣漿經(jīng)固液分離后進入水力旋流器除雜,通過皮帶輸送機送喂料螺旋輸送機進入回轉窯煅燒分解,從窯頭噴射進來的水煤漿與空氣混合,充分燃燒產(chǎn)生高溫煙氣使電石渣持續(xù)煅燒分解,出料口氧化鈣產(chǎn)品經(jīng)內(nèi)外雙冷螺旋冷卻機冷卻送氣流粉碎機,在引風機的負壓作用下依次經(jīng)過旋風分離器和布袋除塵器收集,窯尾煙氣與喂料螺旋輸送機間接換熱以提高原料電石渣溫度,降低煙氣溫度后經(jīng)除塵系統(tǒng)后放空。

圖 4 從電石渣中回收氧化鈣的工藝流程圖

裝置特點:氧化鈣為強堿性腐蝕粉末,生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生大量粉塵,產(chǎn)品易吸收空氣中水分潮解,該工藝出料和尾氣采用微負壓操作,解決了粉塵污染問題。以水煤漿為燃料,充分利用了尾氣余熱,能耗低。采用回轉窯煅燒,設備結構簡單、生產(chǎn)過程控制方便可靠、處理能力大、自動化程度高。

2.2 技術經(jīng)濟評價

采用回轉窯煅燒電石渣,一次投資額較大。以1萬 t/a生產(chǎn)裝置測算,總投資約 500萬元,但勞動定員可大幅減少,節(jié)省了人力資源成本。另外,由于原料電石渣不計成本,部分聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)甚至還要繳納處理費以解決副產(chǎn)的電石渣。因此,該工藝主要消耗為電能和水煤漿,約合 200元 /t,而質量分數(shù)在 85%以上的氧化鈣產(chǎn)品市場銷售價格在300～350元 /t,扣除人工費和能源費用,每噸氧化鈣產(chǎn)品的利潤在 50元以上。

3 結語

1)采用水力旋流器除雜質,可有效分離和提純電石渣;2)控制煅燒時間為 4 h,煅燒溫度為900℃,獲得氧化鈣產(chǎn)品質量分數(shù)達 85%以上;3)采用回轉窯煅燒電石渣處理能力大、生產(chǎn)控制方便。筆者研究從電石渣中回收氧化鈣解決了目前多數(shù)氯堿行業(yè)面臨的難題,可處理大量固體殘渣,并獲得優(yōu)質副產(chǎn)品,對保護環(huán)境、節(jié)約資源、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有顯著的生態(tài)和社會效益,符合國家節(jié)能減排政策。

[1] 胡國靜,張樹增,王鍵紅.電石渣的綜合利用[J].聚氯乙烯,2006(8):39-41,44.

[2] 閆琨,周康根.電石渣綜合利用研究進展[J].環(huán)境科學導刊,2008,27(B06):103-106.

[3] 王素娥,高俊,林明麗,等.電石渣中氧化鈣的回收初探[J].現(xiàn)代化工,2007,27(增刊):153-155.

[4] 白進偉,鄧躍全.電石泥渣分析 [J].理化檢驗:化學分冊,2004,40(11):659-660,663.

Process research and production practice of recover ing calcium oxide from carbide slag

TianWeijun1,LaiNaibin2
(1.Hu′nan Chem ical Vocational and Technical College,Zhuzhou412004,China;2.CNSIC Hu′nan Zhuzhou Chem ical Industry Group)

Calcium oxide recovery process with the carbide slag as raw material was studied,and its main course included pretreatment of raw material,impurity separation and carbide slag calcination and decomposition etc.. Impurity and calcination process conditionswere specially investigated,and results showed that:most impurities in carbide slag could be separated by adopting hydrocyclone impurity removalprocess and by controlling the flow rate at0.10 m/s;andmass fraction of calcium oxide obtained under calcination at 900℃for 5 h could reach more than 85%.It was proposed that a set of 10 000 t/a production plant should be set up,in which micro-negative pressure operation could be adopted at the calcium oxide discharge port and at tail gas exit to solve dustpollution,coal-water slurry should be used as fuel and exhaust gaswaste heatmust be utilized to reduce energy consumption.Moreover,using rotary kiln to calcine has many advantages,such as simple equipment structure,convenient and reliable production process control,large treatment capacity,and high degree of automation.

carbide slag;calcium oxide;hydrocyclone impurity removal process

TQ132.32

A

1006-4990(2010)08-0036-03

電石渣中氧化鈣的回收工藝研究(09C1145)。

2010-03-16

田偉軍 (1971— ),男,高級工程師,副教授,化學工程碩士,主要從事無機精細化工工藝教學和科研工作。

聯(lián)系方式:twj96680@163.com