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        電石渣的處置方法及發(fā)展方向分析

        2019-02-16 10:01:34竇巖馬莉達徐波徐志宗
        生物化工 2019年5期
        關(guān)鍵詞:環(huán)氧丙烷石渣電石

        竇巖,馬莉達,徐波,徐志宗

        (1.新疆德安環(huán)??萍脊煞萦邢薰荆陆疄豸斈君R 830026;2.國家地方聯(lián)合工程研究中心,新疆烏魯木齊 830026;3.新疆維吾爾自治區(qū)水處理環(huán)保工程實驗室,新疆烏魯木齊 830026)

        乙炔在化工合成領(lǐng)域具有非常重要的作用,其中,以碳化鈣為原料,加水(濕法)生產(chǎn)乙炔的生產(chǎn)方法簡單,并且工藝較為成熟,目前在中國乙炔生產(chǎn)中是一種常規(guī)方法。在水中加入1 t電石后,可以生產(chǎn)300多千克乙炔氣體,同時還有10 t其他工業(yè)廢液,固含量約12%,即電石漿料。

        電石渣是由電石水解生成的固體殘渣。干式電石渣的主要成分是氫氧化鈣[Ca(OH)2],其氫氧化鈣的含量一般≥80%,可廣泛用于化工、建筑、冶金、農(nóng)業(yè)等行業(yè),作為熟石灰的替代品[1]。然而,當(dāng)電石廢渣中的水含量較高,如水含量≥50%時,為可流動稠漿,難以儲存和運輸,增加成本。許多制造商也會因為受到環(huán)境問題的限制,例如在運輸過程中的滴漏而造成很多麻煩。因此,控制含水量是電石渣廢料綜合利用的關(guān)鍵。

        含有較低含水量的電石廢渣和滲濾液具有強堿性,其漿液的pH可達12左右,并含有硫化物和磷化物等有害物質(zhì)[2]。根據(jù)國家標(biāo)準《危險廢物鑒別標(biāo)準》(GB 5085—2007),電石渣廢物是Ⅱ類的一般工業(yè)固體廢物。

        1 電石渣利用現(xiàn)狀

        1.1 填埋

        填埋是將電石渣廢料通過汽車運輸?shù)降桶嫉纳焦?。由于電石廢料和滲濾液為強堿性,它們含有有毒有害物質(zhì),如硫化物和磷化物。根據(jù)國家標(biāo)準《危險廢物鑒別標(biāo)準》(GB 5085—1996),電石廢渣屬于第二類:一般工業(yè)固體廢物。由于這種方法占地面積大、污染嚴重,因此不鼓勵。

        1.2 自然沉降后出售

        目前,由于成本問題,大多數(shù)廠家采用自然沉淀法,即將電石漿料排入沉淀池或開放空間。堆積場地首先采用防滲處理,在沉淀物沉淀后進行自然蒸發(fā)干燥,干化呈塊狀的電石渣,通過鏟斗和叉車收集后對外出售。

        該方法受自然天氣和環(huán)境的影響較大,其處理效果極易受到影響。特別是在南方,降水量大,雨季電石渣的水含量一般在50%~60%,不易蒸發(fā),因此難以采挖利用。

        1.3 代替石灰石制水泥

        我國有很多電石渣水泥生產(chǎn)企業(yè),如新疆天業(yè)股份有限公司、天津化工廠,吉林化工廠等。在20世紀70年代建造了工業(yè)規(guī)模的裝置,水泥生產(chǎn)線可以消化電石渣廢料。例如,吉林化工使用濃縮罐將電石渣漿濃度從5%~8%濃縮至35%,利用砂泵送入料槽中,然后將部分上清液分離成水泥原料然后將其與水泥漿和砂巖混合,最后交付給回轉(zhuǎn)窯煅燒水泥。

        目前,國內(nèi)在使用電石渣制水泥的生產(chǎn)過程中,由于受到生產(chǎn)成本和運輸半徑的影響,采用濕法生產(chǎn)工藝的企業(yè)較多(少數(shù)用于立窯生產(chǎn)),如吉林化工水泥廠,年產(chǎn)量10萬~20萬噸。電石渣水泥與以石灰石為主要原料的一般濕法工藝相比,電石渣含水率較高,約為56%,而一般石灰石配方濕窯制成的水泥的含水率為50%~55%。因此,電石渣水泥的熱耗比一般濕法高約20%。

        窯漿中的水含量高、預(yù)熱過程負荷大,窯后廢尾氣溫度比一般濕法生產(chǎn)線低50~60 ℃。因此,該過程的單位產(chǎn)量與相同規(guī)格的單位產(chǎn)量相同。另外,氫氧化鈣分解時產(chǎn)生的水蒸氣會導(dǎo)致窯廢氣中水蒸氣的比例增加,從而影響靜電除塵器的壽命和效率,因此在石灰石較集中的區(qū)域市場上,使用電石渣生產(chǎn)的水泥不像石灰石生產(chǎn)的水泥那么受歡迎。

        根據(jù)國辦發(fā)〔1999〕第49號的要求,新建水泥企業(yè)的審批更為嚴格,一般情況下不再建設(shè),在建材行業(yè)實施“產(chǎn)能控制和結(jié)構(gòu)調(diào)整”政策。這表明:(1)水泥的利潤率較低,并且其銷售市場已經(jīng)基本飽和;(2)建材與化工行業(yè)正在經(jīng)歷一次歷史性的結(jié)構(gòu)調(diào)整大變革。電石渣制水泥歸屬于化工行業(yè),而要與更具競爭力的水泥企業(yè)進行競爭,水泥市場已經(jīng)基本飽和,這將增加電石渣制水泥企業(yè)的競爭難度,因此努力提高電石渣水泥的品質(zhì)和性價比才是出路。

        1.4 生產(chǎn)石灰作為電石的原料

        新疆中泰(集團)有限公司已經(jīng)利用電石渣生產(chǎn)的活性氧化鈣作為電石的原料[3]。目前,我國電石渣中還原氧化鈣的主要工藝為:脫水后,得到固含量為60%的電石廢渣,并進行分離純化處理,去除鈣中的大部分雜質(zhì)。電石渣由螺旋輸送機輸送,造粒機長度為3/4。將三個位置均勻地分配到造粒機中,并造粒以制成尺寸為5~20 mm的球,然后在氣體干燥爐(350 ℃)中干燥并在旋轉(zhuǎn)爐(900~1 000 ℃)中煅燒。干燥爐中的材料干燥由來自回轉(zhuǎn)窯的熱廢氣干燥。煅燒后的回收石灰流入料斗并輸送到電石廠用作電石原料。

        該技術(shù)的優(yōu)點是:(1)生產(chǎn)石灰的投資不到水泥生產(chǎn)的1/10;(2)石灰是生產(chǎn)電石的原料,不存在尋找市場的問題,電石是實現(xiàn)電石廢石灰-電石廢料等電石廢料的載體;(3)為了減少限制自身的因素,電石法可以進一步擴大規(guī)模,提高競爭力,保護石灰石來源。

        然而,該技術(shù)需消耗大量能量。由于再生石灰被重新用作電石的原料,它只能摻入20%的電石原料中。它不應(yīng)該過量,回收的石灰含有更多的硫和磷雜質(zhì),這容易影響電石的質(zhì)量[4]。此方法目前不用于小型企業(yè)。

        1.5 生產(chǎn)輕質(zhì)磚

        山東水泥制品廠成功開發(fā)出使用電石廢渣生產(chǎn)輕質(zhì)煤渣磚。將濃縮的廢碳化鈣廢渣(含水量39.6%)用作主要原料,并將少量水泥與破碎的煤渣(粒度<20 mm)混合。碎石是將電石廢渣、水泥、砂礫、煤渣按照3.2∶1.1∶3.2∶2.5的比例混合均勻,通過砌塊成型機壓成型,自然養(yǎng)護約28天即可從工廠發(fā)貨。

        當(dāng)輕質(zhì)電石渣-煤磚的強度達到國家標(biāo)準時,它與常用的紅磚強度相當(dāng)。利用電石渣制作輕質(zhì)磚投資少、成本低,總成本約為普通黏土磚的60%,約占混凝土砌塊的50%[5]。在輕質(zhì)煤渣磚的利用中,添加碳化鈣廢渣作為鈣質(zhì)原料,其添加量受到限制,通常不超過15%。企業(yè)難以消化,市場上的煤渣磚銷售不暢,這也限制了產(chǎn)品的開發(fā)。

        1.6 用作化工原料

        1.6.1 生產(chǎn)環(huán)氧丙烷

        環(huán)氧丙烷是重要的化學(xué)原料。目前使用的主要工藝是氯醇化法,它以丙烯、氧氣和熟石灰為原料生產(chǎn)環(huán)氧丙烷,該過程需要大量熟石灰。

        將丙烯氣體、氯氣和水通入塔式反應(yīng)器和管式反應(yīng)器中以形成氯丙醇,將氯丙醇與預(yù)處理的電石渣混合并送至環(huán)氧丙烷皂化塔,氯丙醇和Ca(OH)2(電石渣)進行皂化反應(yīng),最終形成環(huán)氧丙烷。

        由于電石渣中氫氧化鈣的含量比高達90%以上,而國內(nèi)熟石灰中氫氧化鈣的平均含量僅為65%,因此使用電石渣不僅可以降低生產(chǎn)成本,而未反應(yīng)的固體雜質(zhì)遠小于熟石的殘留物。因此,利用電石渣生產(chǎn)環(huán)氧丙烷不僅可以充分利用電石渣資源,還可以實現(xiàn)廢物轉(zhuǎn)化為寶物,使環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)滿足標(biāo)準和質(zhì)量穩(wěn)定。

        1.6.2 生產(chǎn)氯酸鉀

        使用電石渣代替石灰生產(chǎn)氯酸鉀,生產(chǎn)工藝為:首先去除電石渣漿中的雜質(zhì),然后進入沉淀池,得到12%的乳液,將電石渣乳液泵入氯化塔,通過氯氣、氧氣。在氯化塔中,Ca(OH)2與Cl2和O2皂化形成Ca(ClO3)2;除去游離氯后,用板框式壓濾機除去大顆粒固體,將過濾后的溶液與KCl反應(yīng)生成KClO3溶液,然后通過蒸發(fā)、結(jié)晶、脫水、干燥、粉碎、包裝等獲得產(chǎn)物氯酸鉀。使用電石渣代替石灰生產(chǎn)氯酸鉀不僅可以減少電石廢料造成的環(huán)境破壞,還可以減少石灰儲運造成的污染,改善工作條件。

        2 結(jié)語

        本文分析了不同電石廢料處置方法,雖然使用電石廢料的方法有很多種,但是有各自的優(yōu)點和缺點,所有地區(qū)和工廠在制定電石渣處置計劃時都應(yīng)考慮自身條件,如每個工廠的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益,從降低成本和減少環(huán)境污染的角度同時考慮電石廢料處置方法。

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