王中杰,趙黎明,馬國強
(貝利特化學股份有限公司 寧夏貝利特生物科技有限公司寧夏綠色氰胺產(chǎn)業(yè)技術研究院,寧夏 平羅 753400)
氰胺產(chǎn)業(yè)是電石化工下游重要的一支。氰胺產(chǎn)品是重要的精細化工原料,廣泛用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、涂料、電子等行業(yè),還可應用于農(nóng)業(yè)制肥。寧夏回族自治區(qū)石嘴山市是中國的“氰胺之都”,產(chǎn)能占全球75%以上,全國90%以上。每生產(chǎn)1 t單氰胺/雙氰胺會產(chǎn)生5 t的黑渣。雙氰胺黑渣的主要成分為碳酸鈣,還含有二氧化硅、氧化鎂、氧化鐵及石墨。這些黑渣通常在固體填埋場進行填埋,康建對雙氰胺黑渣處理的三個方向進行了綜述[1]。隨著資源的綜合利用,也有用于建筑材料的報道[2-4],蔣蓉報道了雙氰胺渣制磚的研制[5],張克嶷報道了以雙氰胺渣為原料提取氧化鋁聯(lián)產(chǎn)水泥提出了更好的黑渣處理辦法[6]。面對大量固廢及產(chǎn)品成本的持續(xù)升高,我們?yōu)檫M一步延伸雙氰胺精細化工產(chǎn)品深加工項目,做到產(chǎn)業(yè)鏈的資源綜合利用,建立環(huán)境保護體系,實施攻關計劃解決工業(yè)廢棄物,拓展企業(yè)生存與發(fā)展空間。而要解決這些問題必須進行雙氰胺渣利用新工藝的研發(fā),本研究通過與造球設備廠家的科技合作,開發(fā)了雙氰胺渣造球代替石灰石煅燒白灰的新工藝,一方面解決了雙氰胺渣填埋帶來的環(huán)境污染問題,另一方面減少了石灰石一次能源的使用,有效的保護本地區(qū)生態(tài)環(huán)境,降低了企業(yè)運營成本。氰胺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,黑渣的綜合利用已經(jīng)成為迫在眉睫需要解決的關鍵點。
針對預期1,實驗內(nèi)容包括雙氰胺渣的烘干和造球研究,經(jīng)過實驗確定了雙氰胺渣造球的工藝方法、生產(chǎn)步驟及生產(chǎn)廠家小型設備實驗流程實驗指標,其指標見表1。通過本次實驗結(jié)果表明,采用試樣進小型密實機把松散的雙氰胺渣增加密實度并且能擠掉25%的水分。經(jīng)密實機處理后的雙氰胺渣進入造球機,在造球機的機械力作用下產(chǎn)生的滾動和搓動力,使生球內(nèi)的顆粒被進一步壓緊,球團強度得到提高,水分降低,密度增加,最終成為30 mm左右合格生球。造出的生球經(jīng)烘干機把生球水分烘干到5%以內(nèi)。
表1 雙氰胺黑渣灼燒后成分含量分析
本次實驗所用的樣品由我單位采集,樣品共5袋(每袋均為1000 kg),總重量為5000 kg,細度為80目,樣品從取樣情況、重量以及性質(zhì)上可以認為具有雙氰胺渣造球的原料代表性。
圖1 樣品取樣流程
通過樣品化學分析可以看出,該樣品中氧化鈣含量較高(由碳酸鈣分解所致),與石灰石的成分較為類似,作為渣直接排放、填埋對環(huán)境相當不利,對資源也是一種浪費,因此有必要對雙氰胺渣進行回收利用。
從試樣的化學分析可以看出,雙氰胺渣中含碳酸鈣成分較高,具備代替石灰石的基礎,本次實驗進行了用攪拌機、密實機、造球機、烘干機等造球設備造球的實驗探索研究,具體實驗如下:
因為雙氰胺渣含40%水分且外觀比較松散的特點,不能滿足造球的要求,綜合各實驗設備的使用要求,我們研究確定了以下造球工藝流程,見圖2。
圖2 雙氰胺渣造球工藝流程
實驗廠家用雙氰胺渣進行造球?qū)嶒?,通常分為球核的形成、母球長大、生球緊密和生球的烘干以下三個階段。
在造球機轉(zhuǎn)動中,雙氰胺渣借助毛細力作用被拉向水滴的中心,形成小聚合體,在造球機中受到滾動與攔動作用而形成母球。
母球長大的條件是其表面的水分含量接近于適宜的毛細水含量,母球在球盤中繼續(xù)滾動,被進一步壓密,使其毛細管形狀與尺寸改變,從而將過剩的水擠到球團表面上來,母球表面過濕,進而粘附潤濕程度低的礦石顆粒,使母球繼續(xù)長大,此時需使母球表面進一步粘附礦粒而長大,不斷循環(huán)使母球長大成球團。顯然,母球長大是由于毛細效應作用的結(jié)果。母球長大階段需要及時噴水和加料。
生球在長大的同時,由于擠壓與搓動的機械力作用,生球內(nèi)的顆粒發(fā)生選擇性的接觸面積最大排列,使生球內(nèi)的礦石顆粒彼此靠近,當生球長大到30 mm左右時,停止加料,讓生球繼續(xù)滾動,利用造球機所產(chǎn)生的機械力,擠出生球內(nèi)多余的水分,并為潤濕程度低的礦石顆粒所吸收。這樣生球能進一步緊密,提高生球機械強度。
2.5.1 生球強度測定
試驗方法:生球落下強度一般以生球從500 mm高度落下至破裂時為止的落下次數(shù)表示。綜合考慮我公司白灰窯下料口到料面高度,本次實驗規(guī)定直徑30 mm生球質(zhì)量為:生球從5000 mm高度落下次數(shù)不小于6次,生球在500 N壓力下,變形不大于5%~6%,生球抗壓強度不小于9 N/個;干球抗壓強度不小于45 N/個。另取10個合格生球分別在生球抗壓強度測試儀上測定生球抗壓強度,取平均值為生球的抗壓強度指標。
表2 生球強度測定結(jié)果
2.5.2 生球爆裂溫度測定
隨機抽取100個生球,開啟馬弗爐設定溫度500℃,當溫度達到所需的溫度時,取50個生球裝入帶孔的鋼罐中放入電爐上部停留5 min后取出,從鋼罐倒出觀察生球破裂情況,當生球破裂一個以下需繼續(xù)提高溫度測定,如果破裂三個以上則需降低風溫測定,當生球破裂兩個時的風溫即為所測生球的爆裂溫度(測定生球爆裂溫度規(guī)定:破裂生球4%即為該次實驗的爆裂溫度)。每個確定的爆裂溫度需重復一次,誤差不超過3%。實驗分為2組,實驗數(shù)據(jù)如表3所示。
表3 實驗生球爆裂溫度測定結(jié)果
通過樣品實驗結(jié)果表2和表3數(shù)據(jù)可以看出,利用雙氰胺渣造出的生球強度及爆裂溫度均可以滿足在白灰窯內(nèi)代替石灰石煅燒。
實驗廠家隨機抽取雙氰胺渣生球3 t,用雙軸攪拌器混勻后,分為五袋在磅秤過磅,每袋重200 kg,樣品從取樣情況、重量以及性質(zhì)上可以認為具有雙氰胺渣造球的原料代表性。
表4 生石灰產(chǎn)品質(zhì)量檢測
自制一臺直徑600 mm、高1100 mm的試驗用小白灰豎窯,一臺功率1.5 kW離心風機,取200 kg樣品一袋,將樣品和無煙煤28 kg混合均勻后入爐,保持一定的升溫速率(升溫約30 min到850℃),當升溫至850℃時控制風機供風頻率,在此溫度下煅燒60 min,停風機當爐內(nèi)溫度降至600℃以下,將煅燒后的石灰取出,在室外冷卻至室溫后稱重,并送化驗室化驗石灰活性度。
從實驗結(jié)果表4中可以看出雙氰胺渣制成的生球完全可以替代石灰石用于白灰生產(chǎn),生產(chǎn)的白灰完全可以滿足銷售要求。該項目的實施,投資約500百萬元,年固體填埋及運輸費用節(jié)省468萬元,副產(chǎn)生石灰4.2萬t,銷售金額672萬元,當年即可回收成本,盈利640萬元。且無大量廢渣需要處理,在氰胺行業(yè)內(nèi)吃干榨盡,真正做到了氰胺產(chǎn)業(yè)的資源循環(huán)利用。根據(jù)實際效果可在氰胺行業(yè)可作為示范項目進行行業(yè)推廣。