电石渣的处置方法及发展方向分析

2019-02-16窦岩马莉达徐波徐志宗

生物化工 2019年5期

窦岩，马莉达，徐波，徐志宗

（1.新疆德安环保科技股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830026；2.国家地方联合工程研究中心，新疆乌鲁木齐 830026；3.新疆维吾尔自治区水处理环保工程实验室，新疆乌鲁木齐 830026）

乙炔在化工合成领域具有非常重要的作用，其中，以碳化钙为原料，加水（湿法）生产乙炔的生产方法简单，并且工艺较为成熟，目前在中国乙炔生产中是一种常规方法。在水中加入1 t电石后，可以生产300多千克乙炔气体，同时还有10 t其他工业废液，固含量约12%，即电石浆料。

电石渣是由电石水解生成的固体残渣。干式电石渣的主要成分是氢氧化钙[Ca(OH)2]，其氢氧化钙的含量一般≥80%，可广泛用于化工、建筑、冶金、农业等行业，作为熟石灰的替代品[1]。然而，当电石废渣中的水含量较高，如水含量≥50%时，为可流动稠浆，难以储存和运输，增加成本。许多制造商也会因为受到环境问题的限制，例如在运输过程中的滴漏而造成很多麻烦。因此，控制含水量是电石渣废料综合利用的关键。

含有较低含水量的电石废渣和渗滤液具有强碱性，其浆液的pH可达12左右，并含有硫化物和磷化物等有害物质[2]。根据国家标准《危险废物鉴别标准》（GB 5085—2007），电石渣废物是Ⅱ类的一般工业固体废物。

1 电石渣利用现状

1.1 填埋

填埋是将电石渣废料通过汽车运输到低凹的山谷。由于电石废料和渗滤液为强碱性，它们含有有毒有害物质，如硫化物和磷化物。根据国家标准《危险废物鉴别标准》（GB 5085—1996），电石废渣属于第二类：一般工业固体废物。由于这种方法占地面积大、污染严重，因此不鼓励。

1.2 自然沉降后出售

目前，由于成本问题，大多数厂家采用自然沉淀法，即将电石浆料排入沉淀池或开放空间。堆积场地首先采用防渗处理，在沉淀物沉淀后进行自然蒸发干燥，干化呈块状的电石渣，通过铲斗和叉车收集后对外出售。

该方法受自然天气和环境的影响较大，其处理效果极易受到影响。特别是在南方，降水量大，雨季电石渣的水含量一般在50%～60%，不易蒸发，因此难以采挖利用。

1.3 代替石灰石制水泥

我国有很多电石渣水泥生产企业，如新疆天业股份有限公司、天津化工厂，吉林化工厂等。在20世纪70年代建造了工业规模的装置，水泥生产线可以消化电石渣废料。例如，吉林化工使用浓缩罐将电石渣浆浓度从5%～8%浓缩至35%，利用砂泵送入料槽中，然后将部分上清液分离成水泥原料然后将其与水泥浆和砂岩混合，最后交付给回转窑煅烧水泥。

目前，国内在使用电石渣制水泥的生产过程中，由于受到生产成本和运输半径的影响，采用湿法生产工艺的企业较多（少数用于立窑生产），如吉林化工水泥厂，年产量10万～20万吨。电石渣水泥与以石灰石为主要原料的一般湿法工艺相比，电石渣含水率较高，约为56%，而一般石灰石配方湿窑制成的水泥的含水率为50%～55%。因此，电石渣水泥的热耗比一般湿法高约20%。

窑浆中的水含量高、预热过程负荷大，窑后废尾气温度比一般湿法生产线低50～60 ℃。因此，该过程的单位产量与相同规格的单位产量相同。另外，氢氧化钙分解时产生的水蒸气会导致窑废气中水蒸气的比例增加，从而影响静电除尘器的寿命和效率，因此在石灰石较集中的区域市场上，使用电石渣生产的水泥不像石灰石生产的水泥那么受欢迎。

根据国办发〔1999〕第49号的要求，新建水泥企业的审批更为严格，一般情况下不再建设，在建材行业实施“产能控制和结构调整”政策。这表明：（1）水泥的利润率较低，并且其销售市场已经基本饱和；（2）建材与化工行业正在经历一次历史性的结构调整大变革。电石渣制水泥归属于化工行业，而要与更具竞争力的水泥企业进行竞争，水泥市场已经基本饱和，这将增加电石渣制水泥企业的竞争难度，因此努力提高电石渣水泥的品质和性价比才是出路。

1.4 生产石灰作为电石的原料

新疆中泰（集团）有限公司已经利用电石渣生产的活性氧化钙作为电石的原料[3]。目前，我国电石渣中还原氧化钙的主要工艺为：脱水后，得到固含量为60%的电石废渣，并进行分离纯化处理，去除钙中的大部分杂质。电石渣由螺旋输送机输送，造粒机长度为3/4。将三个位置均匀地分配到造粒机中，并造粒以制成尺寸为5～20 mm的球，然后在气体干燥炉（350 ℃）中干燥并在旋转炉（900～1 000 ℃）中煅烧。干燥炉中的材料干燥由来自回转窑的热废气干燥。煅烧后的回收石灰流入料斗并输送到电石厂用作电石原料。

该技术的优点是：（1）生产石灰的投资不到水泥生产的1/10；（2）石灰是生产电石的原料，不存在寻找市场的问题，电石是实现电石废石灰-电石废料等电石废料的载体；（3）为了减少限制自身的因素，电石法可以进一步扩大规模，提高竞争力，保护石灰石来源。

然而，该技术需消耗大量能量。由于再生石灰被重新用作电石的原料，它只能掺入20%的电石原料中。它不应该过量，回收的石灰含有更多的硫和磷杂质，这容易影响电石的质量[4]。此方法目前不用于小型企业。

1.5 生产轻质砖

山东水泥制品厂成功开发出使用电石废渣生产轻质煤渣砖。将浓缩的废碳化钙废渣（含水量39.6%）用作主要原料，并将少量水泥与破碎的煤渣（粒度＜20 mm）混合。碎石是将电石废渣、水泥、砂砾、煤渣按照3.2∶1.1∶3.2∶2.5的比例混合均匀，通过砌块成型机压成型，自然养护约28天即可从工厂发货。

当轻质电石渣-煤砖的强度达到国家标准时，它与常用的红砖强度相当。利用电石渣制作轻质砖投资少、成本低，总成本约为普通黏土砖的60%，约占混凝土砌块的50%[5]。在轻质煤渣砖的利用中，添加碳化钙废渣作为钙质原料，其添加量受到限制，通常不超过15%。企业难以消化，市场上的煤渣砖销售不畅，这也限制了产品的开发。

1.6 用作化工原料

1.6.1 生产环氧丙烷

环氧丙烷是重要的化学原料。目前使用的主要工艺是氯醇化法，它以丙烯、氧气和熟石灰为原料生产环氧丙烷，该过程需要大量熟石灰。

将丙烯气体、氯气和水通入塔式反应器和管式反应器中以形成氯丙醇，将氯丙醇与预处理的电石渣混合并送至环氧丙烷皂化塔，氯丙醇和Ca(OH)2（电石渣）进行皂化反应，最终形成环氧丙烷。

由于电石渣中氢氧化钙的含量比高达90%以上，而国内熟石灰中氢氧化钙的平均含量仅为65%，因此使用电石渣不仅可以降低生产成本，而未反应的固体杂质远小于熟石的残留物。因此，利用电石渣生产环氧丙烷不仅可以充分利用电石渣资源，还可以实现废物转化为宝物，使环氧丙烷的生产满足标准和质量稳定。

1.6.2 生产氯酸钾

使用电石渣代替石灰生产氯酸钾，生产工艺为：首先去除电石渣浆中的杂质，然后进入沉淀池，得到12%的乳液，将电石渣乳液泵入氯化塔，通过氯气、氧气。在氯化塔中，Ca(OH)2与Cl2和O2皂化形成Ca(ClO3)2；除去游离氯后，用板框式压滤机除去大颗粒固体，将过滤后的溶液与KCl反应生成KClO3溶液，然后通过蒸发、结晶、脱水、干燥、粉碎、包装等获得产物氯酸钾。使用电石渣代替石灰生产氯酸钾不仅可以减少电石废料造成的环境破坏，还可以减少石灰储运造成的污染，改善工作条件。