循環經濟產業鏈模式下廢渣的協同利用

馬進平，丁 頂

（安徽華塑股份有限公司，安徽 定遠 233290）

安徽華塑股份有限公司地處皖江經濟帶，主廠區占地390公頃，按照"節能減排、集約利用、一體化建設，多元化投資，循環式鏈接"的模式，依托華東地區最大的定遠東興鹽礦，利用巢湖楊家嶺礦區的石灰石資源，借助“兩淮”地區豐富的煤炭資源，已建成電石法聚氯乙烯生產裝置及其配套設施。一期建成46萬t/a聚氯乙烯、56萬t/a電石、32萬t/a離子膜燒堿、115萬t/a電石渣水泥、60萬t/a真空制鹽、2×300 MW熱電站和采輸鹵、石灰石礦山、鐵路專用線等配套工程。該公司履行“發展低碳經濟，改善生態環境，共建和諧社會”的發展理念，立志打造"國內一流、世界領先"的循環經濟化工產業示范園區。隨著國家對安全、環保工作要求和標準的不斷提高，以及企業自身經營管理發展的內在需要，“吃干榨凈”已成解決固體“廢物”綜合治理的必由之路。華塑公司一期工程循環經濟產業鏈見圖1。

1 廢渣的主要種類

圖1 華塑公司一期工程循環經濟產業鏈

該公司電石的生產采用焦炭和蘭炭按比例混合，安徽中部的區位使得炭材供應距離主廠區較遠。石灰石采區距電石裝置約200 km，品質尚可但機械強度不足，使得運輸和倒運過程中的破損率較高。因此，該公司產生的各類固體物料較多，在行業經驗積累和不斷創新的基礎上，走出了“吃干榨凈”、綜合處置的協同利用之路。

主要固廢分類如下：

（1）因大宗原材料長途運輸、短倒轉載而產生的石灰石篩下物、石灰粉和焦粉；

（2）原料輸送線除塵設備收集的焦灰和除塵灰；

（3）電石出爐除塵收集的電石灰；

（4）電石爐氣凈化系統收集的爐氣凈化灰；

（5）氯堿裝置乙炔清凈產生的廢硫酸；

（6）熱電廠煙氣采用電石渣脫硫后的石膏固渣；

（7）園區水系統綜合處理后的鹽泥。

固體物料循環利用示意圖見圖2。

圖2 固體物料循環利用示意圖

2 廢渣的精準利用

2.1 石灰粉的利用

（1）石灰粉的主要成分為CaO和MgO（少量），石灰粉循環利用流程框圖見圖3。

圖3 石灰粉循環利用流程框圖

（2）解決方案

a.為了減少石灰粉成球輸送過程中產生的二次破碎，石灰球上料點建在入爐配料處，壓制成型的石灰球通過汽車運輸至配料站石灰球上料點，經稱量后通過皮帶輸送至料倉；

b.由于空氣潮濕，石灰球極易吸潮后粉化，石灰球需及時入倉，同時增加電極的活動，減少塌料頻次。實施定期停爐處理料面，人為改變料面、料層結構，有效釋放電石爐內的壓力。

（3）效益評估

石灰球直接用石灰粉通過壓球機直接壓制成球。該公司的石灰球于2016年10月開始穩定生產并投入使用至今。按外購石灰價格約560元/t，石灰球加工成本為120元/t，每使用1 t石灰球比外購石灰可節約成本約140元，按目前每天使用100 t石灰球計算，全年可節約的成本十分可觀。同時，對提高自有石灰石礦山資源的利用率也起到了一定的促進作用。石灰球的理化分析表見表1。

表1 石灰球的理化分析表

2.2 焦粉的利用

（1）焦粉的主要成分為固定碳（82%）、揮發分（8%）、灰分（10%），焦球的物性分析表見表2。

表2 焦球的物性分析表

（2）焦粉循環利用流程框圖見圖4。

圖4 焦粉循環利用流程框圖

（3）解決方案

焦球的生產是焦灰、焦粉及粘和劑三種物質通過合適的比例加水混合，壓制成球后通過熱風爐（用電石爐氣做熱源）進行烘干而得。選擇合適的粘結劑可以有效的保持焦球強度和熱穩定性，使用時均勻的投加到入爐的配料環節，保證焦球與入爐炭材均勻混合。該公司使用的焦粉成球于2016年12月份開始生產并投入使用，歷經18個月的不斷總結和完善，目前投加量已穩定占到入爐碳素比例的30%，基本實現了進廠炭材的全部利用。

（4）效益評估

目前該公司電石生產使用的炭材比例約為焦粒：蘭炭1∶1，回轉窯的烘干和輸送轉載過程中產生的粉末率（＜5 mm）約20%左右，1 t焦球的加工費約300元。按照采購價格減去焦粉銷售價格再加300元測算，每噸焦球的利用可以為企業產生近850元的增值。按照每天使用焦粉成球300 t計，全年可節約成本八千多萬元。焦球的使用在該公司是十分成功的。這在國內同類型企業中也屬首例較為成功的應用，相對于傳統的焦粉外銷或充當燃料，成球入爐無疑對電石行業的節能、降本、增效有著巨大的示范引領作用。

2.3 凈化灰的利用

（1）凈化灰主要成分見表3。

表3 凈化灰的主要成分

凈化灰的發熱值經過幾次分析檢測，平均值約900 kcal/kg。

（2）循環利用流程

電石爐爐氣經過凈化系統產生的凈化灰通過氣力輸送至水泥裝置，噴入水泥回轉窯分解爐內燃燒。

（3）解決方案

電石爐氣凈化灰顆粒度極細，具有一定的熱容遇空氣自燃粘附性較強，是當前電石行業較難解決的環保治理難題。該公司與北京某企業合作，利用管道氣力輸送實現了凈化灰的密閉排卸，充當水泥煅燒的燃料加以利用。產生經濟效益的同時，現場環境得以極大的提升，從根本上解決了固體污染物的環保問題，開創了行業內較為成功利用的先河。

電石凈化灰存在自燃風險，輸送過程中和儲存過程中如果有空氣混入可能會發生危險，所以在輸送過程中需采用氮氣為介質，并且在凈化灰接收儲倉底部采用氮氣進行流化，使整個系統處于氮氣保護狀態，避免空氣混入。為了減少系統工作能耗，爐氣凈化灰采用氮氣閉環輸送。

（4）效益評估

電石廠每天產生約150 t的凈化灰量，改為管道輸送后每年可節省因周轉凈化灰而發生的車輛費用約340萬元（年度實際發生費用），充當燃料后可節約標煤約30 t，燃燒后的灰渣還可用作水泥原料。綜合測算，每年可產生近一千多萬元的經濟效益，環保效益尤為顯著。

2.4 廢硫酸制成副產石膏的利用

（1）副產石膏主要成分見表4。

表4 副產石膏主要成分

（2）循環利用流程

濃硫酸在乙炔清凈后的濃度為78%～80%。該酸的組分復雜，處理難度較大，已有企業采用處理后提濃的方式進行回用，但系統投資上億元且運行成本高昂。該公司將其與電石廠產生的爐前除塵灰混合反應后生成副產石膏，作為電石渣制水泥的原料添加使用。

（3）解決方案

使用過程中主要存在的問題是水分含量和pH值的控制，這兩個指標會對水泥裝置的設備和生產帶來較大影響。由于副產石膏主要利用除塵灰中的有效鈣成分與硫酸反應，而除塵灰中的有效鈣含量會隨著生產、儲存和轉運等環節產生波動，最終造成硫酸與除塵灰比例的失調，水份和pH值失控。另一方面硫酸與除塵灰的反應時間長短、充分混合程度也是變動的控制因素。企業對此進行了反復嘗試和技術改造，目前已經實現了廢硫酸的全部回收，副產石膏全部利用的較好工況。

（4）效益評估

副產石膏項目每年可處理廢硫酸12 000 t，生產副產石膏約20 000 t。目前的副產石膏生產成本比之前濃硫酸外銷的費用可降低約200元/t，年節省廢酸處置費用200余萬元。該項目很好的處置了電石生產產生的爐前除塵灰，廢硫酸也得以妥善的利用，極大的緩解了公司的安全環保壓力。

2.5 副產鹽酸制成氯化鈣的利用

（1）液體氯化鈣主要成分見表5。

表5 液體氯化鈣主要成分

（2）循環利用流程

利用石灰石篩下物與副產鹽酸反應生成氯化鈣溶液，氯化鈣溶液送入中和罐用石灰水進行pH值調控，將pH值控制在8～10后，送至壓濾機進行壓濾，精制后產出合格的氯化鈣溶液。

（3）解決方案

a.在運行過程中，固體物料會沉積反應容器底部，造成多渣、堵塞。因此，需要適當的延長反應時間，并對反應容器進行定期的清理；

b.實際反應過程中由于原料中含有粉末，粉末反應較為劇烈，造成反應過程中有物料溢出，投料量需及時調整；

c.濾渣中含有的氯離子高達29%，濾渣的處置產生了新的環保問題。該公司擬將濾渣會同采鹵鹽泥等其他固體物料混合水洗，達到水泥生產的用料標準。此項工作已經開始試驗，結果符合預期，各項指標合格，將盡快實現工業化應用。

（4）效益評估

該項目的實施一方面解決了過去副產鹽酸銷售的補貼倒掛問題，另一方面將固液廢物進行了綜合利用和深加工，解決環保問題的同時提高產品的附加值，創造效益。該裝置可生產液體氯化鈣16 000 t/a，實現副產鹽酸的全部回收利用。僅副產鹽酸銷售倒掛補貼一項即可節省200萬元/a，氯化鈣創效增收全年可達150多萬元。公司環保處置能力得以大幅提升，節支增收效果也較為顯著。

2.6 其他固體物料制水泥的綜合利用

水泥分公司目前固體廢料使用情況見表6。

表6 水泥分公司固體廢料使用情況

其中：其他固體物料包含循環水壓濾污泥，干法乙炔板框壓濾濾渣，采鹵鹽泥等。

2.6.1 電石渣風選項目

（1）電石渣風選后使電石渣庫規避了安全風險，風選下來的電石和矽鐵顆粒回到乙炔車間；（2）減少浪費，節省了電石消耗。

2.6.2 水泥原料烘干

（1）經濟效益測算

a.降低砂巖采購成本：砂巖按10萬t/a，目前砂巖采購價118元/t，石英砂尾泥采購價約80元/t，烘干線投入使用后按1∶1搭配使用石英砂尾泥，則每年可節約采購成本 50 000×（118-80）=190（萬元）；

b.新建烘干線運行費用估算：烘干系統電耗一年約60萬元，年維修費用約10萬元，人工成本8人×7.5萬元/a，每年人工成本60萬元，新建烘干線每年運行費用約130萬元；

c.余熱鍋爐蒸汽損失暫無法計算，需根據實際運行情況測算；

d.投資成本約750萬元。

（2）環保效益評估

原料烘干項目投運后，可徹底將公司原凈化灰堆場的含水凈化灰、壓濾污泥及氯堿廠壓濾電石渣等固體副產物吃干榨盡，充分發揮水泥分公司固廢處理的中心作用，進一步延伸循環經濟產業鏈，解決固廢排放問題，環保效益突出。

a.烘干線是將全公司范圍內的濾餅全部處理使用掉，將來還可以通過外協的方式處理其他單位的廢渣；b.礦巖資源緊張，變更為礦巖泥來生產水泥（35%含水），全年可以節省成本約400萬元。

目前該公司水泥質量穩定，水泥品質優良，符合國家質量標準。為此，企業一是嚴格廢渣的接收：按照原料生產工藝質量要求，對到廠的副產石膏、凈化灰水分、結塊情況進行驗收，不合格的返回處理，直到符合使用質量要求。二是加強使用搭配過程的監控：為保證原料的穩定，減少因搭配不均產生的生熟料成份波動，對各類固體物料的摻入實行定時、定制和定量化管理，確保搭配的穩定。三是加強預熱器的清理和過程控制，如副產石膏、凈化灰使用會造成預熱器系統產生結皮，窯系統通風變差，煅燒能力下降等問題，因此，加強過程控制和設備計劃性檢修維護至關重要。四是嚴格把控水泥的質量：水泥生產過程中，熟料出庫、發運等多道工序采用多個下料口輪換搭配出料等方式加強對物料的均化，從而確保出廠水泥質量穩定受控。五是加大檢測頻次，適時增加檢測項目，實現對熟料和水泥質量運行數據的全面跟蹤和過程監控，確保質量受控。使用凈化灰前后水泥強度變化見表7。

表7 使用凈化灰前后水泥的強度變化

3 結語

隨著國家環境法律法規要求和指標的不斷提高，對該公司的生產和環境治理提出了更高的要求。唯有責無旁貸的面對當前和過去企業發展過程中存在的問題并加以改善和提高，對新工藝新技術不斷地去探索、嘗試，以更好地適應當前全面從嚴、持續收緊的安全、環保剛性要求。作為傳統的資源型耗能工業，環保達標已成為企業生存發展的基本條件，把廢渣綜合利用、吃干榨凈、創效增收更是企業謀求突破，創新發展的必然選擇，行業內已經有不少企業為此做了艱辛付出，取得了創新發展的示范成果。希望能為行業循環經濟產業鏈模式下廢渣的協同利用新路徑供行參考。