電石渣與石灰參配用于綠液苛化的探討

葉潤華,楊曉麗,紀 軍,劉寶珠

(新疆美克化工有限責任公司 化驗室,新疆 庫爾勒 841000)

1 概述

電石渣是電石制乙炔裝置產生的廢渣,其主要成份是Ca(OH)2,其來源為電石與水反應生成乙炔和氫氧化鈣：CaC2+H2O→C2H2+Ca(OH)2,含有氫氧化鈣的渣漿即為電石渣。因電石中有鎂、鐵、磷、硫等雜質,電石渣中一般也含有MgO、Fe2O3、H3P 等微量雜質；通常電石渣水含量在40～60%左右[1],渣場的電石渣水分在20%左右。如今國內對電石渣主要用途有：用于燒制水泥、取代石灰參與相關反應的進程、對酸性廢水的處理等[2]；將電石渣回收再利用,可極大節約生產成本,同時減少電石渣對環境的污染。

造紙行業長期以來,堿回收工段苛化都是以購買石灰石用于苛化,綠液苛化是堿回收的重要環節,其反應式為：Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3↓。傳統苛化用生石灰(CaO)[3]與綠液反應。有關資料表明[4],苛化法制燒堿,生產中Na2CO3溶液濃度以10%～12%為宜,這種情況下理論轉化率可達99%,但實際轉化率只有95%左右；苛化池出來的澄清堿液一般含NaOH 8%左右。有文獻報道[1]電石渣與石灰石按50%參配,過量灰1.4 時苛化度為86.6%,本文參考以上文獻,將電石渣與石灰參配后與綠液苛化反應生成NaOH 溶液和CaCO3沉淀[5]。通過實驗室小試,找出電石渣與石灰參配與綠液苛化反應的最佳苛化率時的反應參數,為工藝生產提供參考依據。

2 試驗部分

2.1 試驗試劑和儀器

試劑：綠液,取自紙廠苛化工段,總堿117g/L,Na2CO3109.7g/L,NaOH 7g/L；石灰,CaO 87.6%,MgO 2.3%；電石渣,取自渣場,水分17.8%,CaO 56.1%,MgO 2.8%；

儀器：WIGGENS WH-200D 電磁加熱攪拌器、DHG-9123A 型鼓風干燥箱、固定鐵架臺,磁力轉子,BS224S 電子天平、溫度計、三角瓶、直型回流冷凝管。

2.2 試驗方法

2.2.1 苛化反應

吸取綠液100mL 于250mL 磨口三角瓶中,放置電磁加熱攪拌器上回流、攪拌、加溫至85℃,分別加入不同配比的生石灰、電石渣進行苛化反應試驗,加熱至沸騰,攪拌反應90min,靜置澄清后分析上清液。測定上清液中NaOH 和Na2CO3含量,計算出苛化度。苛化度=[反應后NaOH 含量/(NaOH+Na2CO3)]*100%。

表1 石灰與電石渣參配苛化反應苛化度對比

表2 電石渣完全替代石灰苛化反應苛化度對比

2.2.2 反應時間

吸取綠液100mL 于250mL 磨口三角瓶中,放置電磁加熱攪拌器上回流、攪拌、加溫至85℃,分別加入不同配比的生石灰、電石渣進行苛化反應試驗,加熱至沸騰,攪拌反應不同的時間,靜置澄清后分析上清液。測定上清液中NaOH 和Na2CO3含量,計算出苛化度。苛化度=[反應后NaOH 含量/(NaOH+Na2CO3)]*100%。

2.2.3 苛化乳液沉降速率對比試驗

將反應后的苛化乳液充分搖勻,取50mL 加入到50mL 量筒中,秒表計時,靜置,觀察在不同時間內白泥的體積。(單位用mL 表示)

2.2.4 過水速率對比試驗

將反應完的苛化乳液全部倒入100mL 的布氏漏斗中,抽濾,用200mL 脫鹽水洗滌兩遍,再將100mL 脫鹽水倒入漏斗中抽濾開始計時,直至水全部抽干為止,記下時間。濾餅轉移至稱量瓶中烘干稱重。

3 結果與討論

(1)將電石渣與石灰按不同質量比進行參配,過量灰中活性CaO 與綠液中Na2CO3以不同摩爾比進行苛化反應,苛化度見表1 所示。

由表1 可知,當過量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比相同時,電石渣與石灰參配比越大,苛化度越小；當電石渣與石灰參配比一致時,過量灰活性CaO 與綠液 Na2CO3摩爾比越大,苛化度有所增加,主要是電石渣中氧化鈣含量56.1%遠低于石灰中氧化鈣含量87.6%所致。從電石渣利用及節約生產成本方面考慮,當電石渣與石灰參配比為50%,過量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比1.20 時,苛化度達85.0%,已接近文獻參考值86.6%,與過量灰1.30時苛化度85.7%相比增幅不大,故選擇過量灰為1.20 時苛化度為85.0%作為工藝參考數據。

將電石渣完全替代石灰用于綠液苛化時,過量灰中活性CaO 與綠液中Na2CO3不同摩爾比進行的苛化反應,苛化度見表2 所示。

由表2 可以看出,當電石渣完全替代石灰時,過量灰活性CaO 與綠液中Na2CO3以摩爾比為1.5 時苛化度為85.3%,但與過量灰為1.3 時的苛化度84.9%相比增幅不大,故當電石渣完全替代石灰時選擇過量灰為1.3 時的苛化度為84.9%作為工藝參考數據。

(2)當電石渣完全取代石灰用于綠液苛化,根據表2苛化度數據,選取過量灰1.3 時苛化度為84.9%的反應參數,試驗當反應時間不同時對苛化度的影響,如表3 所示。

表3 電石渣完全替代石灰苛化反應時間對苛化度影響

根據表3 數據可以看出,電石渣完全替代石灰與綠液進行苛化反應時,當過量灰為1.3,反應時間為90min時所得苛化率數據最佳84.9%；反應時間太短60min,苛化率84.1%偏低,反應時間太長120min,苛化率幾乎不再增加。

(3)根據表1 苛化度數據選取電石渣與石灰質量參比為50%時,對過量灰活性CaO 與綠液 Na2CO3不同摩爾比的苛化乳液試驗其沉降時間和白泥體積,如表3 所示。

由表4 可知,電石渣參與石灰質量比為50%時,過量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比越大,其反應后的乳液沉降速度也加快,有利于工藝生產操作和調整。

表4 苛化試驗白泥沉降試驗比較

表5 過水速率對比試驗結果

(4)將電石渣與石灰質量參配比50%,過量灰活性CaO 與綠液Na2CO3不同摩爾比的乳液的過水速率與純石灰的過水速率相比較,結果見表5。

由表5 數據可知,電石渣與石灰質量參配比為50%,過量灰活性CaO 與綠液Na2CO3不同摩爾比的過水速率略快于純石灰的過水速率,有利用工藝生產操作。

4 結論

電石渣屬于工業廢料,若不能有效利用,既占用土地堆放還嚴重破壞環境,是企業急需解決的問題。利用電石渣中有效成份為Ca(OH)2,部分代替或完全代替石灰用于造紙工業綠液苛化工段,是電石渣有效利用的途徑之一。本文通過電石渣與石灰不同比例參配,探究過量灰活活性CaO 與綠液 Na2CO3不同摩爾比的反應苛化率,反應時間對苛化率的影響,反應后乳液的沉降比和過水速率,形成如下結論：

(1)電石渣與石灰按不同比例參配,或電石渣完全替代純石灰用于造紙工業綠液苛化反應是完全可行的,既可降低綠液苛化外購石灰的成本,又減少電石渣堆放對環境造成的污染,為企業節能降耗、改善環境提供新的解決途徑。

(2)電石渣與石灰質量比參配50%,過量灰活性CaO與綠液Na2CO3摩爾比1.20,反應時間90min,反應后綠液中Na2CO3的苛化率85.0%。

(3)電石渣完全替代石灰,過量灰活性CaO 與綠液Na2CO3摩爾比1.3,反應時間90min,反應后綠液中Na2CO3的苛化率84.9%。

(4)其他條件不變,苛化率隨苛化反應時間增加而增加,當苛化反應時間為90min 時,反應所得苛化率最佳。

(5)苛化后乳液的沉降速率較純石灰快,過水速率也略快于純石灰,有利用工藝生產操作。