電石渣制水泥的燒成技術研究與實踐

何勝平，孫國玉

電石渣是氯堿化工生產PVC的過程中電石與水在發生器中發生反應，生成乙炔氣體時產生的廢棄物。利用電石渣生產水泥，可實現大摻量、無害化利用電石渣，是電石渣最有效的處理途徑。但利用全部電石渣代替石灰質原料生產水泥，和傳統天然石灰質原料生產水泥的煅燒控制參數有很大差別。經過我公司相關技術人員和操作人員的多年實踐，6條電石渣水泥生產線已經實現了穩定運行?，F就干排電石渣窯尾分解系統煅燒有別于傳統石灰石系統的相關經驗介紹如下，供大家參考。

1　電石渣的特性

1.1　電石渣的物理性能

干法制備乙炔產生的電石渣，水分在3%～12%，根據其中所含硅、鐵等雜質的不同，其密度在1.6～2.0kg/m3，容積密度為 0.5～1.0kg/m3，細度篩余（0.08mm方孔篩）為15%～30%，呈白色細粉狀，比表面積為250～350m2/kg。隨著電石渣顆粒變小，其比表面積呈正比例關系。由于電石渣的主要化學成分為Ca（OH）2，水分含量低時呈現吸濕性，含水電石渣具有粘性和保水性，在常溫下晾曬會產生殼狀保護層，水分不易蒸發。

1.2　電石渣的化學成分

我公司干法制備乙炔產生的電石渣化學成分如表1。電石渣的主要化學成分為CaO，其含量為65%～72%。

2　電石渣與石灰石煅燒水泥的區別

2.1　分解爐溫度的控制

天然石灰石的主要化學成分為CaCO3，分解溫度在700℃以上，急劇分解溫度在850℃以上。為了提高物料的分解率，保證入窯物料的易燒性，控制以石灰石作為石灰質原料的預分解系統中分解爐的正常煅燒溫度為850～950℃。而電石渣的主要化學成分為Ca（OH）2，在預熱器中的反應是Ca（OH）2脫去結合水生成CaO的過程。經過試驗確定，Ca（OH）2的分解溫度在500℃以上就可以分解，在650℃以上可以實現大量分解。為了控制窯尾分解的效果和粘土質原料和含結晶石英硅等自由能低的物料的充分反應，在電石渣作為石灰質原料的水泥煅燒系統中，窯尾分解爐的溫度控制在750～850℃，即可實現高的反應效率。

2.2　電石渣分解吸收熱及一二次煤的控制

電石渣中的CaO含量在65%以上，遠高于石灰石中氧化鈣的含量，屬于生產水泥的優質石灰質原料，具備生產高等級電石渣水泥熟料的能力。電石渣和石灰石在窯尾預熱器和分解爐的反應過程不同，相關研究人員的熱分析結果顯示，電石渣中Ca（OH）2和石灰石中CaCO3分解熱耗分別為72.253kJ/mol和142.933kJ/mol，熱力學計算氫氧化鈣和碳酸鈣的理論分解熱耗分別為101.625kJ/mol和166.232kJ/mol。以上兩種結果顯示，單位質量的電石渣的分解熱即電石渣中Ca（OH）2分解生成CaO的熱耗，遠低于單位質量的石灰石中的CaCO3分解生成CaO的熱耗，電石渣在預分解系統實際熱耗為1 350～1 450kJ/kg。大量實踐證明，天然石灰石制備的生料在窯尾干燥、預熱、粘土質原料脫水及分解反應所吸收的熱量占熟料總的形成熱的60%～70%，而在窯內反應吸收熱則為30%～40%。而電石渣為主的工業廢渣生料在窯尾預熱器和分解爐中的反應是，粘土質原料的烘干和脫水的過程和主要成分為Ca（OH）2的電石渣脫水形成CaO的過程。熟料的燒成吸熱過程正好和石灰石水泥生產線的相反，窯內過渡帶與燒成帶的吸熱遠大于預熱器與分解爐中的吸熱。經過我公司十年來的不斷摸索，預分解系統與窯頭用煤的比例由尾煤50%、頭煤50%調到尾煤15%～30%、頭煤70%～85%，這樣才能滿足窯外系統各級預熱器溫度正常和窯內物料的正常煅燒，保證熟料的正常煅燒和系統的正常運行。

表1　電石渣化學成分，%

表2　窯尾預熱系統參數

表3　以電石渣為主要原料的熟料化學組成、礦物組成（%）及率值

表4　熟料物理性能

3　電石渣制水泥的預分解系統

采用電石渣作為石灰質原料生產水泥，在窯尾預熱器和分解爐中的主要反應是Ca（OH）2吸熱以后的脫水過程。我公司采用三級預熱器系統，與四級及五級預熱器相比，三級預熱器C1出口的溫度為450～650℃，高溫廢氣要和余熱鍋爐配套使用方可進一步降低系統能耗。四級預熱器C1出口溫度為400～550℃，該工藝與電石渣烘干破碎機相結合使用，烘干破碎機既可以處理濕電石渣，也可以同時處理干法乙炔產生的電石渣與濕法乙炔產生的電石渣，系統適應性更強。五級預熱器出口溫度在400～500℃，與干排電石渣烘干和硅鐵收集系統相結合使用，可以有效地烘干干法乙炔產生的電石渣，烘干后物料的水分均可＜1%，使窯尾煙氣的預熱利用達到最佳效果。預熱器級數的增加，可以有效降低C1出口溫度，提高回轉窯的熱利用率，但電石渣水泥的窯尾預熱器出口溫度較高，可以考慮和余熱利用系統相連接，實現系統的有效運行，使電石渣水泥熟料的熱耗更低，更好地實現節能降耗效果。

4　電石渣制水泥的煅燒參數

以氯堿化工產生的廢渣為原料制備的生料，與傳統天然石灰石為主的原料制備的生料，在預熱器和分解爐中的反應過程不同，因此生產電石渣水泥的預熱器中的控制參數有不同的特點。表2為帶電石渣干燥系統的五級預熱器系統的窯尾預熱系統參數。

5　電石渣水泥熟料

以電石渣為主要原料煅燒所得熟料化學成分及礦物組成見表3。熟料物理性能見表4。

水泥各項指標滿足GB 175-2007《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》生產標準，重金屬等指標符合國家標準GB 30760-2014《水泥窯協同處置固體廢棄物技術規范》。

6　結語

水泥行業是電石渣無害化、大摻量、無殘留、資源化處理的最好途徑，電石渣生產水泥是電石渣清潔處理的最佳途徑。由于電石渣的分解熱遠低于石灰石的分解熱，煤耗大幅降低，生產成本也低。而且電石渣分解排放的是水，而石灰石分解排放的產物為CO2，會產生溫室氣體。因此采用電石渣生產水泥，可實現低碳排放、低熱耗。同時，高氧化鈣含量的電石渣為生產高等級水泥提供了可靠保障。

參考文獻：

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