電石渣循環利用　助力綠色低碳發展

高紅

電石渣是電石法生產聚氯乙烯工藝的主要副產物，每生產1噸聚氯乙烯約產生電石渣廢料2噸左右，具有產生量大、堿性強、不易運輸、侵蝕土壤等特點。當前，我國電石渣產生量達3400萬噸/年（干基），我國企業經過多年的探索與研發，將電石渣制成氧化鈣再成型用于電石生產的循環利用技術已取得了顯著進步，為我國電石渣零排放、規模化高值利用提供了樣板，解決了電石生產上游原料高品質石灰石資源緊缺、下游乙炔制備產生大宗固廢電石渣處理的難題。

加快推進電石渣資源化利用，將有效減少電石生產過程的能源消耗和污染物排放，有助于推動電石法聚氯乙烯生產綠色發展，對加強能源資源節約和環境保護具有重要意義。

一、現狀與問題

我國是利用煤炭生產聚氯乙烯產品的大國。電石產量位居全球首位，由此產生的大量電石渣，一直是煤制聚氯乙烯工業面臨的大難題。

上世紀60年代，隨著石油工業的崛起與發展，國外聚氯乙烯生產工藝由電石法轉向了乙烯法。但是中國聚氯乙烯行業始終以電石法工藝為主。原因是我國特有的“富煤、貧油、少氣”的資源和能源結構，決定了我國依托豐富的電力和煤炭資源，走電石制取乙炔，再合成聚氯乙烯的路線。據估算，2020年電石法聚氯乙烯產量1690萬噸，若全部采用乙烯原料替代，需要845萬噸乙烯，折算成原油約需8450萬噸，占全國原油產量的43.3%，或原油進口量的15.6%。

電石是生產聚氯乙烯產品重要的基礎化工原料。但是適合電石使用的石灰石資源稀少，我國的電石原料石灰石產地分散，主要分布于內蒙古烏海市海南區、鄂爾多斯市鄂托克旗、山西省的朔州市山陰縣、甘肅省永登縣等。加上各石灰石產區加強對石灰石礦山開采的管理，石灰石的產量受限、質量下降，電石生產企業經常面臨石灰石供應不足、石灰石以次充好的困境，嚴重制約電石行業的正常運行。

另外，電石水解產生乙炔氣后，廢棄物主要成分是電石渣Ca（OH）2，其理化pH>13，呈強堿性，還含有少量的MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，以及少量的磷化物、硫化物等組分。根據《危險廢物鑒別標準》判定，電石廢渣屬Ⅱ類一般工業固體廢棄物。隨著我國聚氯乙烯（PVC）等產能的增加，電石渣產生量相應增加。如何解決電石渣污染問題是行業可持續發展面臨的重大挑戰。

二、電石渣循環利用思路及創新技術

電石渣是難以處理的工業廢渣，顆粒很細，80%左右的顆粒粒徑在10—50微米，呈稀糊狀，流動性差，具有強堿性。電石渣如得不到妥善處理，將占用大量的土地用于堆積、填埋，嚴重破壞生態環境。電石渣的處理方式需要滿足“減量化、資源化、再利用”的循環經濟原則。

主要思路是，采用電石渣制備活性氧化鈣技術，將電石渣中的氫氧化鈣資源化，加工成氧化鈣，循環利用，代替生產電石的石灰石原礦，這樣不僅可以減少固體廢物的排放，而且可以保護石灰石原礦資源，保護生態環境。

電石渣制備活性氧化鈣技術，是將電石渣烘干、破碎、煅燒、冷卻、分選、壓球，進行深度加工，使得活性氧化鈣大部分回用于電石生產，少部分分選出的氧化鈣粉料作為發電廠的脫硫劑。將傳統工業固廢電石渣轉化為生產活性氧化鈣和脫硫劑的原料，循環使用，可稱“鈣循環”。這樣從根本上解決電石生產原料來源及電石渣處置問題。

“鈣循環”的主要過程：

電石的生產，是將焦炭與氧化鈣（CaO）置于2200℃左右的電爐中熔煉，生成碳化鈣（CaC2）。每生產1噸電石大概需要石灰石約在1.6—1.8噸之間。

電石與水作用生成乙炔氣并放出大量熱量;同時，生成大量的電石渣。

CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2

電石渣主要成分為Ca（OH）2，在高溫度煅燒下，Ca（OH）2開始分解，生成水蒸汽和氧化鈣，如下：

Ca（OH）2→CaO+H2O

根據計算，約1.32噸Ca（OH）2干粉可燒成1噸氧化鈣。

再將焦炭與氧化鈣置于電爐中高溫熔煉，生成碳化鈣。

這樣的過程實現了“鈣循環”。考慮電石渣制備氧化鈣存在20%電石渣除雜，只需要補充20%原礦石灰石，其余主要石灰來源依靠系統內部鈣的循環利用。

國外在上世紀六七十年代以后，由于大力開發石油資源和石化行業興起，電石法聚氯乙烯PVC全轉為乙烯法，因此電石法再無新的技術發展。僅有少量電石渣制硅酸鈣的專利與文獻可查。基于我國富煤貧油的資源條件，聚氯乙烯生產一直以電石法為主，其占比在80%左右。因此對電石渣循環利用技術必須依靠國內的技術突破與創新。

目前，電石渣制氧化鈣技術的研究與應用，主要圍繞“電石渣—氧化鈣—電石—乙炔—電石渣”的閉環的“鈣循環”技術路線，將電石渣煅燒成氧化鈣，作為電石的原料，再與焦炭煅燒成電石，形成“鈣循環”，達到節約資源、降低排放效果。

用于電石渣的干燥焙燒系統，陜西金泰氯堿神木化工有限公司已于2018年建成10萬噸級工業化試驗裝置，完成調試，投入試運行。該裝置技術創新性強、經濟效益好、電石渣回收效率高，整體技術處于國際先進水平。該技術可實現電石渣—石灰—電石—電石渣的閉環利用，對電石渣“減量化、資源化、無害化”利用具有重要示范價值。

三、節能減排降碳效益分析

電石渣循環利用技術既能實現鈣元素的循環利用又有經濟效益，是“既循環又經濟”的循環經濟案例典型，對生態環境保護意義重大。電石渣制備活性氧化鈣技術的節能減排與降碳增效成效顯著。

根據西安市節能評審中心出具的《電石渣制氧化鈣循環利用技術節能評價報告》，該技術與傳統的生產工藝相比，能源資源節約效果較為顯著。由Ca（OH）2直接焙燒至CaO，加工過程無CO2排出，有利于碳減排。由原礦碳酸鈣CaCO3直接焙燒至CaO，焙燒過程有大量CO2排出。所需熱量是電石渣制生石灰的1.66倍。電石渣制備活性氧化鈣技術與傳統的以石灰石煅燒生石灰用于電石生產工藝相比，噸電石二氧化碳減排40%、減碳量為0.572tCO2/t電石、節約石灰石量為1.710t石灰石/t電石。

電石渣制氧化鈣循環利用技術的研發與應用解決了聚氯乙烯生產過程中固廢電石渣的處置問題，實現了資源的循環利用;在有效降低生產成本，提高生產效益的同時，切實降低了安全環保風險;降低了電石生產原料的開采量和依賴性，緩解了國家經濟發展與資源、環境之間的矛盾，很好地貫徹了“綠水青山就是金山銀山”的發展理念。該技術對行業綠色可持續發展具有重要意義，應大力推廣。

（作者單位：國家節能中心）