電石渣部分代替石灰石在新型干法水泥熟料生產中的應用

張 燁， 張海濤

1 河南建筑職業技術學院土木系（450064） 2 天瑞集團鄭州水泥有限公司（450131）

電石渣是電石生產乙炔時產生的廢渣,主要成分除Ca(OH)2外，還含有 Fe2O3、SiO2、Al2O3等氧化物、氫氧化物及少量有機物。每消耗1t電石約產生1.2t電石渣，大量廢棄的電石渣不僅占用土地，還對附近土壤和水體造成污染。因此，電石渣的治理是解決乙炔生產企業環境污染的一項重要工作。采用電石渣部分取代石灰石生產水泥熟料，可以達到:①利用新型干法的規模優勢，大量處理電石渣;②節約石灰石資源；③降低水泥生產過程中CO2排出量，保護環境。

本文通過在新型干法水泥生產當中利用電石渣部分替代石灰石，電石渣的顆粒級配、電石渣不同摻量對生料易燒性的影響進行了研究,并在生產中實際應用，結果表明將電石渣部分替代石灰石技術應用于新型干法水泥熟料生產過程中，熟料的綜合電耗和煤耗均有所降低，熟料質量顯著提高，具有一定的經濟效益和環保效益。

1 試驗

1.1 原材料

電石渣，河南神馬氯堿化工股份有限公司，經壓濾后水分為42.8%。

標準砂:中國ISO標準砂，廈門。

石灰石、砂巖、硫酸渣、粉煤灰和電石渣原料化學成分見表1。

表1 原材料化學成分

1.2 試驗方法

使用歐美克激光粒度分析儀（LS-C型，歐美克科技有限公司）對電石渣的顆粒級配進行分析；生料易燒性試驗按照JC/T735-2005水泥生料易燒性試驗方法進行。

2 結果分析與討論

2.1 電石渣的顆粒級配

由圖1可以看出，電石渣中細顆粒較多，其中粒徑小于8μm的微細顆粒占80.16%，基本無大于80μm顆粒，比表面積984m2/kg。由于電石渣顆粒較小，可以有效降低生料粉磨能耗，提高熟料煅燒過程的傳熱和反應。但由于電石渣經壓濾后水分在40%以上,制約其在新型干法水泥生產中的應用。

2.2 電石渣摻量對生料易燒性的影響

圖1 電石渣顆粒級配微分和累積分布圖

生料易燒性試驗采用電爐高溫煅燒,無煤灰的加入,而實際生產中煤燃盡后的煤灰成為生料的原料之一,為與實際生產一致,按照表2的配比加入適量煤灰,控制熟料的率值:KH＝0.90±0.02、SM＝2.60±0.10、IM＝1.60±0.10。

表2 生料易磨性試驗試樣配比、化學分析及率值

圖2 電石渣替代石灰石對生料易燒性的影響

由圖2可以看出，在1350℃、1400℃和1450℃條件下，隨著電石渣替代石灰石量的增加，熟料的f-CaO顯著降低,生料的易燒性顯著提高,特別是電石渣替代量在5%～40%范圍內，熟料f-CaO降低顯著。當電石渣替代石灰石量大于40%時，電石渣對易燒性的影響趨于緩和。電石渣改善生料易燒性的分析:1）電石渣中Ca(OH)2分解溫度約為580℃，低于石灰石中CaCO3分解溫度750℃；2）電石渣中 Ca(OH)2分解吸熱約為1160kJ/kg,低于石灰石中CaCO3分解所需熱量1660kJ/kg，熟料的形成熱降低；3）電石渣的微細顆粒和較高的比表面積更有利于傳熱和傳質,加速固體顆粒之間的反應。

2.3 電石渣配料對熟料煅燒及性能的影響

電石渣含水量較高，制約其在水泥行業的應用，目前利用電石渣生產水泥熟料一般采用兩種方式:1）濕法工藝生產。電石渣代替石灰石與其他原料配料后入生料磨，制成水分約為50%的生料漿，然后直接入窯、機械脫水或烘干后入窯燒成熟料，但由于濕法生產工藝落后，能耗較高，已屬于國家關停項目。2）干法工藝生產。將電石渣烘干后用于生料配料，入窯燒成熟料能耗較低，應用較為廣泛，但需要對現有生產線進行改造，增加電石渣烘干設備。新建項目也可根據電石渣的特點，設計特殊的新型干法生產線。

試驗是將壓濾后的電石渣替代部分石灰石直接配料,在日產5000t/d和2500t/d新型干法水泥生產線進行，表4和表5分別為電石渣使用前（2008年1月～9月）與電石渣使用后（2008年10月～12月）生料配料與熟料化學物理性能的統計對比。

表3 電石渣使用前后生料配料統計對比

2008年10 月在天瑞集團汝州水泥有限公司2500t/d和5000t/d新型干法水泥生產線進行工業性試驗,自該技術實際應用后，完全消化了周邊的電石渣廢渣資源，生產系統運行良好，其中2500t/d生產線日產量穩定在2850t以上，5000t/d生產線穩定在5800t以上。使用電石渣后噸熟料綜合電耗由67.8kWh/t降低至66.4kWh/t，噸熟料標準煤耗由119.6kg降低至118.8kg，節能效果顯著。熟料28天強度由原來的54.7MPa提高至56.2MPa，熟料質量有所提高。2008年10月～12月共生產熟料69.6萬噸，消耗電石渣18.2萬噸,節約石灰石17.87萬噸,節約557.28噸標煤,約合722.4噸實物煤，降低生產成本43.3萬元，熟料燒成用電節約97.5萬kWh，降低生產成本50.7萬元。

表4 電石渣使用前后熟料化學分析及率值統計對比

表5 電石渣使用前后熟料礦物組成及力學性能對比

2.4 電石渣應用中采取的措施

1）經壓濾后的電石渣水分一般在40%左右，應對進廠電石渣水分進行監控，杜絕水分超過45%的電石渣進廠。

2）電石渣易在喂料稱上部的料倉中堵倉，在配料倉側壁鋪設了高分子聚乙烯樹脂板，可有效降低堵倉次數。

3）設置了自動清堵系統，將傳感器與空氣炮相連，當出現斷料時，空氣炮自動動作，達到清堵的目的，無需設置專人進行看護。

4）隨著電石渣的加入，原料中水分含量增加，為控制出磨溫度在60～80℃,應根據電石渣摻量調整立磨噴水量，在電石渣摻量為18%左右時，磨內不噴水的情況下，出磨溫度基本維持在60～80℃，當電石渣摻量大于20%時，應提高立磨進口溫度（立磨進口溫度提高導致噸熟料余熱發電量降低），否則出磨溫度低于控制溫度，導致出磨生料水分大于0.5%。

3 結論

1）電石渣顆粒較細，其中粒徑小于8μm的微細顆粒占80.16%，基本無大于80μm顆粒，比表面積984m2/kg。

2）電石渣中Ca(OH)2分解溫度和分解時消耗的熱量均低于石灰石中CaCO3,以及顆粒特征有利于傳熱和傳質,電石渣加入可以顯著提高生料的易燒性。

3）采用經壓濾后的電石渣代替石灰石生產水泥熟料,綜合電耗和煤耗均有所降低，熟料質量顯著提高，且節約了石灰石礦山資源，具有一定的經濟和環保效益。

4）使用電石渣應對喂料倉進行改造，避免因電石渣堵倉而引起斷料，導致生料質量波動，同時應適當降低立磨噴水量。