电石渣及其综合利用.doc

电石渣及其综合利用电石渣是在水解电石制取乙炔时大量排放的工业废渣，其主要化学成份为Ca (OH), 1998年全国用电石法生产聚氯乙烯约88. 4万吨，共产生电石渣约160-170万吨，且聚氯乙烯的产量每年都在增加。目前对于无法利用的固体废弃物的处理方法大多采用填埋法，占用了大量土地，企业需支付大量的征地与管理费用，而且还会通过渗透污染填埋场周边的水源，使水源、土地碱化，对人类生存环境造成危害。电石渣是在水解电石制取乙炔时大量排放的工业废渣，排放量约为电石产量的75%-85%。这类固体废弃物目前的利用率不足50，有些工厂、有些地区甚至还低于此数。目前对于无法利用的固体废弃物的处理方法大多采用填埋法，占用了大量土地，企业需支付大量的征地与管理费用，而且还会通过渗透污染填埋场周边的水源，使水源、土地碱化，对人类生存环境造成危害。由此可见，电石渣作为工业废料不仅占用大量耕地，而且严重污染环境。 电石渣产生的过程。 聚氯乙烯是一种用途非常广泛的化工产品，如用于生产PVC板材、管材、型材、薄膜等。中国国内现有聚氯乙烯生产企业70余家，2000年聚氯乙烯年产量达到240万吨，居世界第三位。化工厂采用电石法生产聚氯乙烯单体时，需要用碳化钙做原材料生产乙炔。碳化钙(CaCz)，俗名电石，是石灰石经化学加工而制得的一种重要化工原料。1892年法国人H.迈桑和美国人TL.威尔森同时开发了电炉还原制碳化钙法。目前电炉还原法是工业上生产碳化钙的唯一方法，将氧化钙与焦碳在2000-2200下进行还原反应: CaO+3C一CaCZ+ CO一480644.64J (1. 1)碳化钙(CaCz)与水或水蒸气发生反应，生成乙炔并放出大量的热: CaC2+2Hz0一C2Hz+Ca (OH)，+125185.32J(1.2)之后乙炔与氯化氢在转化器内通过触媒HgClz转化生成氯乙烯单体，继而再生成聚氯乙烯。 碳化钙(CaCz)与水反应产生乙炔的同时，也产生了电石渣废水，其主要化学成份为Ca (OH) z，含有少量杂质。经过对其化学成分分析，电石渣的化学成分与消解的石灰膏极其相似。其中的氢氧化钙( Ca(OH)_)即为俗称的电石灰，外观呈灰白色。经由乙炔发生器排放到沉淀池的电石灰含水量相当人，经加速沉淀后，含水量降至100%-150%，但仍具流动性。堆放一段时间后，电石灰含水量基本保持在90%左右，长时间堆放的电石灰其含水量也可达50%以上。从现场抽样测试情况看，放置较长时间的电石灰堆，其表层30cm己经碳化，在不同程度上形成一层硬壳:在不同堆放时间、堆放部位的电石灰，其含水量、氧化钙镁含量见下表4. 1 .电石渣的基本性能研究从样品表观分析，电石渣呈灰白色，有一种刺鼻异味，含水量较大，大约在60%一80%，呈膏状，含水量降低时，呈块状、粉状。干燥后其细度较高，成匀质粉末状。 电石渣是在生产乙炔的过程中产生的，其化学反应式为: CaCz+2Hz0一C,Hz+Ca (OH) z+ 125185.32)(2.I)其中的氢氧化钙(Ca (OH) 1)即为俗称的电石渣，经由乙炔发生器排放到沉淀池的电石渣含水量相当大。堆放一段时间后，电石渣含水量基本保持在70%一90%左右，长时间堆放的电石渣其含水量也可达50%以上。从施工现场看，放置较长时间的电石渣堆，其表层形成一层硬壳，抑制了内部水分的蒸发。电石渣颗粒均匀，活性物质主要为氢氧化钙(Ca (OH) z)，在堆放状态下，随着水份的减少，电石渣中氢氧化钙(Ca (OH) z)失去了外围水膜的保护，空气中的二氧化碳(Col)更容易与之反应形成碳酸钙(CaCO:,)，使其活性降低。 1电石渣的化学成分 电石渣是在水解电石制取乙炔时大量排放的工业废渣，其主要成分为Ca (OH) l，有少量杂质。它的化学成分如表1所示: 表1电石渣化学成分 CaO Mg0 FeIO., A120、 烧失量 各项和 62.14 0.65 0.15 2.23 25.49 90.6667.67 0.09 0.11 2.62 24.75 95.242 电石渣在自然环境下化学成分随时间的变化 电石渣自然环境下7天内化学成份的变化如表2所示表2电石渣自然环境下一周化学成分变化表样品存放时间(天) 检测结果(%)CaO MgO Fe.,O; A110、烧失量 各项和 0 62.14 0. 65 0.15 2.23 25.49 90.661 57.35 0. 74 0. 15 2.18 25.79 86.212 58.74 0 .7 0.19 2. 08 26.77 88.483 57.35 1 .3 0.25 2. 62 25.64 87.164 57.95 1 .04 0 .25 2.48 25.78 87.55 56. 23 0 .79 0. 2 2.46 26.61 86. 296 53.03 1.1 0.26 2.73 27.04 84.167 53.04 1.43 0.22 2.16 26.66 83.51均值56.98 0.97 0. 21 2 .37 26.22电石渣自然环境下4周成分变化如表3所示表3电石渣自然环境下4周成分变化检测结果(%)样品检测时间 CaO I MgO I Fe,O:, I A120:, 烧失量 各项和0 59. 42 0.61 019 2.34 25. 65 88.211 31.69 1.45 0.22 2.41 28.38 64.152 32.86 1.24 0.23 2.23 27.97 64.533 36. 07 1.15 0.25 2.34 28.54 68.354 45.78 1.08 0.27 2.08 29.37 78.58表4沧州市化工厂电石灰氧化钙镁含量及含水量放置时间 取样部位 含水量(%)活性Ca0%Mg0% CaO+ Mg0%放料沉淀池 105. 7 60. 95 0. 3Z 61. 27排放堆 98. 4 60. 43 0. 6 0 61. 03放置半年表层24.3 34.19 0.66 34.8630cm以内 8 3. 5 57. 56 0. 56 58. 12放置2年表层 12. 7 32. 7 0. 4 2 33. 1630cm以内 75. 8 55. 32 0. 38 55. 70由上表可见，电石灰在排放后，从沉淀池到自然沥干这一过程含水量卜降较多，但在白然堆放后，其内部的水份并不随时间而蒸发太多，而是在其表面结成一层硬壳，它既阻r.了水份的蒸发，也保护了内部的氢氧化钙(Ca (OH) 2 )不易受大气中二氧化碳( C02)的作用而碳化。电石灰在堆放一定时间后，表层的氢氧化钙( Ca (OH) 2)逐渐被碳化，活性氧化钙和氧化镁(Ca0十Mg0)含量比新鲜料卜降了很多，放置三年后，表层电石灰基本不具备活性，但内部的氧化钙和氧化镁(Ca0+Mg0)含量只是略有卜降。从上图表可以看出，在白然风干散放状态卜，电石灰随含水量的降低钙镁含量卜降很快，因此，在夏季施时，散铺电石灰后应注意及时施I几。电石灰颗粒较细，且活性物质主要为氢氧化钙(Ca (OH) . )，从一点来看电石灰和消解过量的石灰性质相似，在散放状态下，随着水份的减少，电i灰中氢氧化钙 ( Ca (OH)失去了外围水膜的保护，空气中的二氧化碳(C0)更容易与之反应形成碳酸钙(CaCO:, ，使其活性降低。这也是电石灰不同于消解适度的高钙消石灰的一点，因此，在施一I几时本着电石灰的这一特点来安排施_!_操作程序。3 电石灰松散密度表表4. 4电石灰松散密度表Table 4.4 The relax density in calcium carbide dust含水量% 0 26. 6 38. 2 55. 6 72. 8 86 95. 4 106. 7松容重kg/m 648 681 730 748 774 831 1000 1172 试验用电石渣和各化工厂电石渣成分稍有差异的原因，据分析应该是存放时间和运输时掺入杂质而影响所致，但从数据上看，CaO含量均在60%以上，其余成分相差无几。此数据说明电石渣化学成分的稳定性，相当于甚至优于同级的消石灰。 由表中数据可知，周时间在空气中自然堆放的电石渣的Ca0含量会有将近10%的损失，而其他成分的含量则没有明显变化。在存放电石渣的过程中，需要尽量将空气与之隔绝，以减少有效成分的损失;在施工过程中，尽量减少电石渣在野外的存放时间。 由表中可知，在第一周的时间内，电石渣的有效成分迅速降低，在两个周之后有效成分则没有明显变化，说明电石渣表面的活性钙成分与空气中的C02反应生成稳定的CaCO:,，从而形成一层，阻滞了反应的继续发生。据此可知，施工过程中电石渣应尽量减少摊铺晾