氯堿行業循環經濟發展模式在綠色發展中的應用案例

池建忠，李 進，熊新陽

（新疆天業（集團）有限公司，新疆 石河子83200）

PVC 是氯堿行業的主要下游產品，國內80%以上PVC 通過電石法工藝生產，目前國內電石生產量約2 600 萬t/a，其中81%用于PVC 生產，每年會產生鈣基廢渣2 527 萬t，若得不到妥善利用，長期堆放， 不僅占用了寶貴的土地資源， 而且對土地、空氣、水源造成很大污染，不利于環境友好。 目前，國內部分企業用鈣基廢渣生產水泥，但是投資和操作強度大，產品市場十分飽和，附加值低，經濟效益并不樂觀[1]。 另外，在用電石生產及后續轉化過程中，會產生大量的含碳爐氣，帶來較大的環境負荷[2]。

從循環經濟的角度考慮，鈣基廢渣和含碳爐氣都是非常有價值的二次能源[3]，兼之具有成本低、來源廣等特點，有利于實現廢料的資源化、保護環境。鈣基廢渣、含碳爐氣的高附加值研究不僅可以解決兩者的環境污染問題，同時還能帶來很好的經濟效益和社會效益。

1 鈣基廢渣生產碳酸鈣項目介紹

1.1 碳酸鈣的生產工藝流程

新疆天業（集團）有限公司（以下簡稱“天業集團”）鈣基廢渣生產碳酸鈣裝置以天業集團氯堿化工及其配套產業生產過程中產生的鈣基廢渣和排放的二氧化碳工業尾氣為生產原料， 經石灰消化、熟石灰乳液除雜、碳化、壓濾、干燥、破碎分級、包裝等，得到最終滿足客戶需要的各類產品。 其工藝流程示意圖見圖1。

首先對含氧化鈣的鈣基廢渣進行消化，并將得到的懸乳狀氫氧化鈣（粗石灰乳）在高剪力作用下粉碎，經多級懸液分離除去顆粒及雜質，得到一定濃度的氫氧化鈣懸乳液（精石灰乳）。 將該氫氧化鈣乳液打入碳化塔中， 通入二氧化碳進行碳化反應，碳化至終點，得到目標晶型的碳酸鈣乳液，對該碳酸鈣乳液進行脫水、干燥、破碎選粉，最終得到符合客戶要求的碳酸鈣產品。

1.2 碳酸鈣的合成反應機理

1.2.1 消化反應

消化是將鈣基廢渣與水發生化學反應，得到氫氧化鈣，化學反應方程式為：

儲存在倉中的鈣基廢渣經皮帶秤按一定的質量加入消化反應器中， 在消化器中與按一定灰水比加入一定溫度的熱水進行消化反應， 得到粗的Ca（OH）2乳液，經振動篩和懸液除渣器過濾等處理后得到精制合格的Ca（OH）2乳液，經陳化后由泵送至下一工序碳化工段進行碳化反應。

1.2.2 碳化反應

碳化的目的是將精制合格的Ca（OH）2溶液與二氧化碳氣體發生化學反應，得到所需要的碳酸鈣乳液。 其化學反應方程式如下：

碳化反應是碳酸鈣生產的核心反應，通過控制該方程式中各反應物的溫度、濃度、流量、壓力等因素，得到不同晶型、不同粒徑的碳酸鈣乳液。

1.2.3 脫水、干燥、選粉、包裝

碳化反應結束后產品基本指標已經確定，將碳酸鈣乳液通過泵打入壓濾機進行壓濾脫水得到碳酸鈣濾餅，將濾餅破碎后通過皮帶機依次輸進入槳葉干燥機、滾筒干燥機進行兩級干燥，得到水分合格的碳酸鈣，此時的碳酸鈣有球狀顆粒，也有粉末，為確保粒徑統一均勻， 保證下游客戶生產平穩，還需對干燥后的碳酸鈣進行破碎、分級篩選，符合粒徑要求的碳酸鈣將會進入包裝系統，進行包裝碼托盤入庫待售。

1.3 優勢分析

天業集團鈣基廢渣生產碳酸鈣裝置利用工業產生的鈣基廢渣和二氧化碳工業尾氣為原料進行碳酸鈣的制備具有多方面的優越性。

工藝方面：同傳統碳酸鈣生產工藝相比，直接使用氧化鈣廢渣為原料，而不是石灰石為原料，減少了石灰石煅燒工段和窯氣的凈化工段，降低了投資和勞動強度，優化了工藝。

成本方面：以工業產生的氧化鈣廢渣和高純二氧化碳工業尾氣為原料， 減少了石灰石的開采、運輸、煅燒，降低了生產成本，且優勢十分明顯。

節能減耗方面：減少了石灰窯等大型耗能設備，以廢渣廢氣為原料，減少了能源消耗和節約了寶貴的資源。

環保方面：該項目為廢棄物綜合利用項目，以工業產生的廢渣和廢氣為原料，生產過程實際就是變廢為寶的過程，減少了廢渣和廢氣的排放，解決了環境污染問題， 對環境保護有著積極的推進作用。達到以廢治廢的目的，每年可減排大量二氧化碳氣體和固體廢棄物。

2 存在問題分析

2.1 消化除渣除雜難問題

因鈣基廢渣中的成分復雜，含有炭、硅酸鹽、砂石礫、鐵、鎂等多種雜質、雜質粒徑分布廣，很難一次性去除，對產品的白度、pH 值、主含量、篩余物等指標影響很大，嚴重影響產品質量。 因此在石灰末消化前后的除雜是決定產品品質的關鍵。

2.2 碳化反應過程中晶型控制難問題

傳統碳酸鈣行業的二氧化碳主要來源于石灰窯煅燒的窯尾氣，需凈化處理，得到的二氧化碳濃度在30%左右；而天業集團碳酸鈣項目的二氧化碳為高純二氧化碳，濃度可以達到99%，過高的濃度造成碳化反應過于劇烈，難以控制，不利于碳酸鈣晶核的成型和晶型的控制，因此碳化過程要控制碳化反應的二氧化碳濃度。

3 工藝優化及實施效果

3.1 消化除渣除雜的優化

天業集團碳酸鈣項目采用振動篩加懸液除渣器的組合方式進行除雜，共設置5 組串聯，分別設置在消化機、粗漿池、精漿池、一級陳化池及二級陳化池、三級陳化池中間。 每組設備由1 臺懸液除渣器和1 臺振動篩組成，氫氧化鈣乳液先經過懸液除渣器， 利用固體和液體離心力不同進行固液分離，然后通過振動篩的篩網，將乳液中的細微雜質進行逐步篩除；懸液除渣器出口尺寸和振動篩篩網孔徑逐漸變小，將不同粒徑的雜質由粗到細進行分級篩除，通過這5 道除雜系統，將渣子和雜質按照由大到小的順序，徹底排出生產系統。 排出的廢渣和雜質， 統一收集后送至水泥產業繼續用于水泥生產，沒有新的固廢產生。 消化除渣除雜后產品質量對比值見表1。

表1 消化除渣除雜后產品質量對比值

由表1 得知，通過對工藝及設備的優化，在增加了大量除渣除雜設備進行工藝改造后，通過各檢測指標對比可以看出，影響產品pH 值、白度、有效成分主含量、篩余物的雜質被有效去除，優化效果明顯。

3.2 碳化反應過程中晶型控制的優化

碳化反應是一個復雜的反應體系，反應過程中的任何一個因素都有可能會對碳化反應造成巨大影響，如二氧化碳氣體的流量、濃度、溫度、壓力及氫氧化鈣漿液濃度、初始溫度、反應溫度、反應時間等等，只有做到對以上各因素的嚴格控制，方可對碳酸鈣的粒徑和晶型有效控制，這是影響碳酸鈣產品在下游應用企業后加工應用中表現優良的關鍵所在。 首先通過在線式氣體流量計控制二氧化碳的流量，通過控制空氣和二氧化碳的配比來調整碳化塔入塔氣體的濃度；其次對二氧化碳在碳化塔塔底的進氣口進行改造，在原有氣體分布管的基礎上增加氣體分布傘帽，將氣體進行多次切割分散，使碳化反應更加均勻、溫和、可控；最后在碳化反應中段增加特殊的晶型控制劑， 來引導碳酸鈣晶核的成型。 晶型控制優化前后對比圖見圖2。

圖2 晶型控制優化前后對比圖

由圖2 得知，優化前碳酸鈣顆粒有球狀、立方體和紡錘體等多種顆粒形態， 雜亂且粒徑不均勻，嚴重影響產品流動性能；通過工藝調整優化，得到顆粒形態統一的紡錘體，且粒徑均勻，經下游應用客戶反饋流動性極好，優化效果顯著。

4 結語

循環經濟是企業實現本質綠色發展的關鍵，技術創新是循環經濟高質量發展的核心。 天業集團在循環經濟理念的指導下， 通過自主研發技術創新，實現了石灰石原礦替代、溫室氣體減排、廢渣和二氧化碳循環利用，開發出的關鍵技術資源循環利用環境效益突出。 項目技術的成功應用將有力地促進中國氯堿行業產品升級，有效延伸氯堿行業循環經濟產業鏈；對石河子市及周邊地區的環境質量有著積極的改善作用，對相關領域的節能減排目標具有重要的推動作用，為中國氯堿行業循環經濟綠色發展提供了良好的示范。