电石渣综合利用途径探讨

2020-07-20董文博

河南化工 2020年6期

董文博

(河南省煤气(集团)有限公司技术中心，河南郑州 450000)

电石渣是电石法生产乙炔工艺过程中产生的废渣，主要成分除Ca(OH)2外，还含有Fe2O3、MgO、SiO2、Al2O3以及少量磷化物、硫化物等有害物质[1]。根据《危险废物鉴别标准》(GB5085-2007)，电石废渣属Ⅱ类一般工业固体废物[2]。电石渣的主要化学组分含量如下(干基)：Ca(OH)2含量86.51%，Fe2O3含量2.26%，MgO含量0.76%，Al2O3含量2.42%，SiO2含量4.26%，碳渣含量2.15%。

1 电石渣综合利用的意义

我国是世界上最大的电石生产国和消费国，产能占世界总产能的90%以上。我国电石的主要消耗行业为PVC及1，4-丁二醇行业，国家统计局数据显示，2019年国内电石累计销量为2 122.6万t，按每吨电石产生干基电石渣1.2 t计算，2019年产生的电石渣约2 655.12万t。电石渣外观为白色粉末，微溶于水，呈碱性，pH值在12以上。存储电石渣常占用大量的耕地，长期存放会使土地严重钙化，复耕非常困难。如果管理不当还会对生态环境及空气质量造成严重影响，风天尘雾迷漫，雨天污水遍地，而且对空气、地表水和地下水造成严重污染，危害自然环境和人类健康。另一方面，电石渣又可以成为生产水泥等建材、碳酸钙等化工产品的主要原料。在当前矿山资源枯竭和生态环境保护的关键时期，电石渣的资源化利用和就地转化，不仅能够获得经济效益，还具有良好的环境效益和社会效益。

2 电石渣综合利用途径

2.1 用于生产化工产品

2.1.1氨碱法生产纯碱

用氨碱法生产纯碱，是以氯化钠和氨气作为生产原料，反应原理为：

再把过滤和洗涤后得到的NaHCO3晶体加热煅烧，由此制得纯碱产品。

在其蒸氨反应中需要Ca(OH)2，反应中加入石灰乳的意义在于将母液中的结合氨分解转化，成为游离态的氨后因受热被蒸出，这是利用了石灰乳中Ca(OH)2的碱性。含有氯化铵的滤液和石灰乳中的Ca(OH)2混合受热，所释放出来的氨气可以回收循环利用。

另外，在盐水精制除镁反应中加入适量的石灰乳，可使溶液中的Mg2+成为Mg(OH)2沉淀析出，再将其收集除去。因为电石渣中的最主要成分就是Ca(OH)2，因此电石渣完全可以替代石灰石，用来生产纯碱产品。将电石渣应用于纯碱生产，大大降低了焦炭和石灰石的消耗量，原料的消耗也有所降低。

2.1.2生产环氧丙烷时用作皂化剂

以氯醇法生产环氧丙烷的生产工艺，采用丙烯、氧气及熟石灰作为生产原料，氯丙醇皂化需要消耗大量的熟石灰，可用电石渣代替石灰进行皂化反应，通过对生产工艺的合理改进，可以保证安全生产，而且经济效益也十分显著。需要注意的是，电石渣中存在各种副产物和大量的氨，如果电石渣中的氨没有能够及时除去，混入到环氧丙烷产品中去，会对环氧丙烷的产品质量造成影响，因此需要采用合适的除氨技术，以保证产品环氧丙烷的质量。

福建湄洲湾氯碱工业有限公司，采用直接加热初步除氨后再利用皂化反应的负压系统进一步除氨的方法，生产出的环氧丙烷产品质量得到了明显提高，环氧丙烷产品的氨含量在15×10-6以下。

2.1.3生产沉淀碳酸钙

以电石渣为生产原料制取沉淀碳酸钙产品，是利用了电石渣中高含量的Ca(OH)2。其工艺流程为：将电石渣与氯化铵混合反应，再将杂质去除，通入CO2气体过滤后的滤液中来进行碳化反应，反应产物经过滤干燥工序后得到碳酸钙产品。通过检测，可以看到该反应产物可以达到工业沉淀碳酸钙行业标准(HG/T 2226-2000)一等品的指标。

2.1.4生产氧化钙

电石渣浆在经过脱水除杂处理后，进行高温煅烧可制得质量分数>85%的CaO产品。通过电石渣生产氧化钙产品，可有效利用电石渣的钙资源，减少天然石灰石的开采量，节约煅烧能源消耗，减少CO2废气的排放量，具有良好的环保效益[3]。

2.1.5生产氯化钙

用电石渣替代石灰用来制取氯化钙，适用于氯碱行业。其具体工艺流程为：电石渣与氯化铵混合反应生成氨气和氯化钙，氨气经过干燥脱水后可循环使用，氯化钙浆料经过结晶、分离、干燥等工序后可得到工业级无水氯化钙[4]。

2.1.6生产硫酸钙

目前国内硫酸钙市场主要是石膏产品，但石膏产品附加值相对不高且市场需求处于饱和状态，因此用电石渣制备石膏的经济性不佳。而在新材料领域，硫酸钙晶须作为一种集增强纤维和超细无机填料二者优势于一体的新型材料，可广泛用于树脂、塑料、橡胶、涂料、油漆、造纸、沥青、摩擦和密封材料等产品中，作为补强增韧剂或功能型填料，又可直接用作过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、红外线反射材料和包覆电线的高绝缘材料，市场前景广泛。

用电石渣生产硫酸钙晶须产品的工艺流程为：电石渣经配浆、除杂处理后获得精制氢氧化钙，与浓硫酸按比例配置后再将浆液导入反应釜内，在助剂的作用下生成二水硫酸钙晶须，再经高温煅烧后即可获得硫酸钙晶须产品[4]。

2.2 应用于建筑材料

2.2.1用于生产水泥

作为水泥的生产原料，是大量利用电石渣的一个重要途径，目前全国范围内共有50余条电石渣制备水泥的生产线。国内利用电石渣生产水泥熟料可追溯于20世纪70年代，当时主要采用湿法长窑煅烧水泥熟料，之后随着水泥生产预热分解技术的不断发展，利用电石渣生产水泥熟料工艺又陆续出现了半湿法回转窑、湿磨干烧和干磨干烧等工艺。与传统的石灰石法生产水泥工艺相比较，用电石渣生产水泥工艺，每生产1 t水泥可减少0.6 t CO2排放量，减少石灰石开采量约1 t[5]。

2.2.2作为石灰使用

电石渣亦可替代石灰应用于建筑行业领域，如建筑地基处理、砌筑砂浆、抹灰砂浆等，但由于建筑行业施工属阶段性使用，不能满足电石渣连续处置的需求。

2.2.3用于公路垫层

电石渣的化学组成符合国家二级低镁石灰标准，在国家标准GB50209-2002中明确电石渣可用于灰土垫层，也可掺拌灰土或三合土，电石渣与黏土

拌和料还可作为道路的基层、底基层稳定土、土壤固化剂等使用，在道路建设方面已有多年应用经验。

2.3 用于环境治理

2.3.1治理矿山固体废渣

可利用电石渣附着力强和脱水性差这一特性，将其与粉煤灰、黄泥等混合使用，利用火山灰效应将其形成胶凝性材料，覆盖在矸石山的表面逐渐硬化，此举可以有效地将矸石与空气隔绝，避免矸石自燃。

2.3.2治理大气污染

电石渣具有强碱性，可以有效地将窑炉中排放的酸性气体吸收。也可以应用于燃煤工业锅炉的脱硫(固硫)。把电石渣作为黏结剂和固硫剂按一定比例均匀混入燃煤中，在煤的燃烧过程中，在炉膛内电石渣与SO2反应生成亚硫酸钙或硫酸钙，而使 SO2被固定下来沉积在煤灰渣中，并随着煤渣一起被排出从而减少SO2、烟尘和NOx的排放量，同时具有一定的节煤效果。

2.3.3治理废水

在许多工业生产的过程中，均会产生大量的酸性废水，在废水排放前必须要进行中和处理，电石渣可在这一过程中得到应用，而且采用电石渣来处理酸性废水，处理的成本相对较低，这在许多企业中已经得到了应用。

电石渣对于一些工业废水的处理，还能起到沉淀剂或混凝剂的作用。如湿法选煤所产生的工业废水呈弱碱性，为胶体分散体系，存在大量带有较强负电荷的胶粒，使得悬浮颗粒难以靠重力作用自然沉降，而若用电石渣处理高泥质煤泥水，煤泥悬浮颗粒则会快速地沉降下去，处理方法简单、效果良好。此外，在处理含氟废水方面，将电石渣与聚丙烯酰胺合用，也取得了较好的处理效果。