氧化鋁生產中使用電石渣石灰取代工業石灰的分析研究

薛 克

（中國長城鋁業有限公司，河南 鄭州 450041）

1 工業現狀

石灰是拜耳法氧化鋁生產過程中的重要物料，主要作用有：消除鋁土礦中雜質鈦對氧化鋁生產過程的危害；改善鋁土礦活性，提高氧化鋁溶出反應速率；石灰還與鋁土礦中二氧化硅形成水化石榴石，減少鈉硅渣形成，從而降低堿耗；利用石灰的催化作用，促進針鐵礦向赤鐵礦轉化改善赤泥沉降性能。因此，石灰對改善氧化鋁生產過程控制指標、降低氧化鋁礦石消耗和堿的消耗有重要作用。同時，質量較差的石灰用于氧化鋁生產流程中，會使氧化鋁溶出率降低、堿耗升高，生燒的石灰還造成管道結垢加速、縮短清理周期等危害[1]。

某氧化鋁生產企業使用的石灰，是以石灰石為原料、塊煤為燃料，經豎式石灰爐煅燒生成，由于石灰石粒度及成份波動較大，致使石灰爐操作條件不穩定、爐況較差，導致石灰生燒、過燒甚至結瘤等現象嚴重，影響到石灰的活性，最終使氧化鋁生產過程控制不穩定，各項消耗上升，成本難以控制。

2 研究目的

為了降底因石灰活性較低帶來的氧化鋁礦石消耗和堿耗升高，實現降低成本的目的，結合企業氧化鋁生產工藝，對工業石灰的可替代品——電石渣或電石渣焙燒產品進行分析實驗研究，了解其成分、特性和使用范圍，綜合判定電石渣和電石渣焙燒產品在氧化鋁生產中的使用效果，為企業優化氧化鋁生產組織、降低生產成本提供可靠依據。

3 電石渣石灰分析

3.1 電石渣的生成和成分

電石渣是在乙炔氣、聚氯乙烯、聚乙烯醇等工業產品生產過程中，電石（CaC2）水解后產生的沉淀物（工業廢渣），主要成分為Ca（OH）2；

每消耗1.00噸電石，要產生1.16噸干電石渣，大多電石渣（含水）露天堆存，不僅占用大量土地，浪費資源，同時污染環境。

3.2 電石渣的用途

直接用于建筑工程、生產煤渣磚、代替石灰石生產水泥、生產石灰等。

4 電石渣替代工業石灰溶出試驗研究

研究目的：用電石渣替代工業石灰，在實驗室進行不同配鈣條件下的氧化鋁溶出試驗。為獲得較好的溶出指標，確定使用該批電石渣的適宜添加量，為氧化鋁經濟性測算和生產組織提供可靠依據。

4.1 試驗原料

4.1.1 鋁土礦

鋁土礦取自某氧化鋁企業礦石堆場，A/S為6.0左右。礦石盤磨處理合格后，充分混合均勻，按取樣程序取樣分析。其理化分析結果見下表1、表2。

表1 鋁土礦化學成分分析結果（%）

表2 鋁土礦物相分析結果

4.1.2 石灰和調整液

石灰取自某氧化鋁企業石灰倉，電石渣為采集某化工企業的樣品。石灰和電石渣預處理后磨細密封備用，化學成分見下表3。氧化鋁溶出用調整液由某氧化鋁企業蒸發母液調配而成，調整液化學成份見下表4。

表3 石灰化學成分（%）

表4 調整液成分（g/L）

石灰添加量（以合鈣計）為礦漿固相的8%；電石渣添加量為礦漿固相的2%、4%、6%、8%、10%。

4.2 試驗過程

4.2.1 試驗條件

溶出溫度為265℃，溶出時間為40分鐘，預計溶出αk 1.45，固含280g/l。

4.2.2 試驗方法

取來電石渣樣品含水率較高，類似于石灰膏，有臭雞蛋的臭味。樣品經85℃烘干，研磨后密封備用。

試驗方法是按溶出配料要求進行，根據溶出條件要求的固含，同時考慮礦石與石灰所占有的體積，調配母液的苛堿濃度。

4.2.3 試驗結果

（1）液相分析結果見下表5。

表5 溶出液相化學組成分析結果（g/L）

從上表可以看出，溶出液分子比隨石灰添加量的增加而降低，在添加量為18%時溶出效果最好。

（2）溶出固相結果見下表6、表7。

表6 溶出赤泥固相化學組成分析結果

表7 溶出赤泥計算結果

取來的某化工企業其他兩批電石渣樣品分析及檢測結果見下表8。

4.2.4 溶出試驗結果分析

電石渣樣品的化學成分分析檢測結果表明，與工業石灰的相關指標有著較大的差異。尤其是在化學組成上，電石渣僅僅可以認為是工業石灰的水化物Ca(OH)2，并不是嚴格意義上的石灰CaO，它不僅包含結合水，并且有著較高的附著水。因此，作為鋁土礦溶出過程的添加劑，放置過久的工業石灰活性就會大幅下降，類同于石灰水化物的電石渣更應該如此，石灰的替代品——電石渣的性能不可能會很好。溶出試驗結果也明確表明了這一點，添加電石渣的溶出效果非常差，即便是添加到10%，溶出率亦不到50%。而添加到18%時，氧化鋁溶出率達到最高值為75.78%，仍低于添加工業石灰8%的溶出率。

在相同的條件下，添加電石渣的溶出效果遠不及現有生產使用的石灰。況且電石渣有較多的附著水，存在沖淡循環母液的后果，不利于氧化鋁生產系統的正常運行，還散發令人厭惡的氣味，影響到操作人員的身心健康。

5 電石渣焙燒物與工業石灰溶出對比試驗研究

用電石渣焙燒物——石灰或氫氧化鈣替代工業石灰，在實驗室進行不同配鈣條件下的氧化鋁溶出試驗。為獲得較好的溶出指標，確定使用該批電石渣石灰和電石渣氫氧化鈣的適宜添加量，為氧化鋁經濟性測算提供可靠依據。

5.1 試驗原料

5.1.1 礦石

鋁土礦取自某氧化鋁企業礦石堆場， A/S為5.73。礦石經盤磨處理后，充分混合均勻，按取樣程序取樣分析。其化學分析結果見下表9。

表8 電石渣化學成分分析及檢測結果

表9 鋁土礦化學成分分析結果（%）

表13 溶出赤泥固相化學組成分析結果

5.1.2 石灰和調整液

石灰取自某氧化鋁企業石灰倉，電石渣石灰和電石渣氫氧化鈣取自某化工企業的采集樣品，石灰和電石渣石灰、氫氧化鈣磨細密封備用，化學成分見下表10。氧化鋁溶出用調整液由某氧化鋁企業蒸發母液調配而成，調整液化學成份見下表11。

表10 石灰化學成分分析結果（%）

表11 調整液成分（g/L）

5.2 試驗過程

5.2.1 試驗條件

溶出溫度為272℃，溶出時間為50分鐘，預計溶出αk 1.40，固含240g/l。

5.2.2 試驗方法

試驗方法是按溶出配料要求進行，根據溶出條件要求的固含，同時考慮礦石與石灰所占的體積，調配母液的苛堿濃度。

5.2.3 試驗結果

（1）液相結果見下表12。

表12 溶出液相結果

（2）溶出固相結果見下表13。

（3）溶出赤泥相關指標計算結果見下表14。

表14 溶出赤泥計算結果

5.2.4 溶出試驗結果評析

由上述實驗結果可以看出，在配鈣量相同的條件下，電石渣石灰溶出效果明顯好于工業石灰。同樣的樣品，配鈣添加量為10%時溶出效果最佳。電石渣氫氧化鈣溶出效果較差。在相同的條件下，由于現場生產的工業石灰有效鈣、全鈣較低，質量波動大，所以考慮用電石渣石灰代替工業石灰。

6 結論

電石渣主要成分為氫氧化鈣，根據電石渣替代工業石灰的試驗結果，認為替代效果非常差。

某化工企業利用電石渣為原料，通過懸浮焙燒生產石灰和氫氧化鈣的工藝，生產的石灰和氫氧化鈣產品，使用該企業生產的電石渣石灰和電石渣氫氧化鈣進行替代工業石灰的試驗，結論是電石渣石灰效果較好，電石渣氫氧化鈣較工業石灰效果差。說明該企業所提供的電石渣石灰樣品從實驗分析數據來看可以替代工業石灰。

結合企業實際情況，可以部分使用由電石渣為原料生產的石灰。但同時需要結合電石渣石灰指標的穩定性、供應量、市場價格等因素進行綜合判定。