甘肅省金昌市氯堿化工產(chǎn)業(yè)鏈項(xiàng)目主要由金泥集團(tuán)公司40萬噸電石、16萬噸干法乙炔，金川集團(tuán)公司40萬噸離子膜燒堿、30萬噸聚氯乙烯(PVC)等項(xiàng)目組成。
金昌水泥(集團(tuán))有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠是金泥集團(tuán)下屬的水泥分廠之一，位于金昌市新材料工業(yè)園區(qū)。2009年5月投產(chǎn)，年可生產(chǎn)各類水泥100萬噸以上，占到集團(tuán)公司水泥銷售的70%。
金泥集團(tuán)干法二廠是甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上的重要節(jié)點(diǎn)項(xiàng)目，將金川集團(tuán)公司、甘肅金泥化工公司和甘肅金泥干法乙炔公司等金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)進(jìn)行有效鏈接，完全利用其排放的電石渣作為石灰質(zhì)原料用于生產(chǎn)，并將生產(chǎn)的水泥用于金川公司礦山井下填充，形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈。
一、電石渣固體廢物綜合利用項(xiàng)目
金泥集團(tuán)公司多年來致力于打造資源節(jié)約型、環(huán)境友好型企業(yè)，秉持固體廢物綜合利用的原則，將甘肅金昌市金川地區(qū)氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)排出的電石渣等固體廢物“吃干榨凈”，做到變廢為寶，徹底消除因電石渣等廢渣排放對環(huán)境的污染。同時也達(dá)到調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，適應(yīng)市場對高性能、高質(zhì)量水泥需求的目的，完全符合國家的產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)保政策。
電石渣是氯堿化工生產(chǎn)PVC的過程中電石與水在發(fā)生器中發(fā)生反應(yīng)，生成乙炔氣體時產(chǎn)生的廢棄物。利用電石渣生產(chǎn)水泥，可實(shí)現(xiàn)大摻量、無害化利用電石渣，是電石渣最有效的處理途徑。但利用全部電石渣代替石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥，和傳統(tǒng)天然石灰質(zhì)原料生產(chǎn)水泥的煅燒控制參數(shù)有很大差別。
1.電石渣的特性
1.1電石渣的物理性能
干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣，水分在4%—12%，根據(jù)其中所含硅、鐵等雜質(zhì)的不同，其密度在1.5—2.0kg/m3，容積密度為0.5—1.0kg/ m3，細(xì)度篩余(0.08mm方孔篩)為9%—18%，呈白色細(xì)粉狀，比表面積為260—350m2/kg。隨著電石渣顆粒變小，其比表面積呈正比例關(guān)系。由于電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2，水分含量低時呈現(xiàn)吸濕性，含水電石渣具有粘性和保水性，在常溫下晾曬會產(chǎn)生殼狀保護(hù)層，水分不易蒸發(fā)。
1.2電石渣的化學(xué)成分
干法制備乙炔產(chǎn)生的電石渣化學(xué)成分如表1。電石渣的主要化學(xué)成分為CaO，其含量為68%—74%。
表1：電石渣主要化學(xué)成分
2.電石渣的危害
電石渣的有效成分和主要成分都為氫氧化鈣(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.1%)，同時還含有氧化硅(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%)，氧化鋁(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%)，及少量的碳酸鈣、三氧化二鐵、氧化鎂、二氧化鈦、碳渣、硫化鈣等雜質(zhì)。電石渣呈灰色，并伴有刺鼻的氣味。電石渣呈強(qiáng)堿性，數(shù)量龐大，運(yùn)輸成本高，且會造成二次污染;如果就地堆放，常給對周邊的環(huán)境造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，比如占用大量的土地堆放、污染堆放場地附近的水資源、容易風(fēng)干起飛灰、形成粉塵對大氣造成污染等，是我國清潔生產(chǎn)和資源循環(huán)利用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
3.電石渣與石灰石煅燒水泥的區(qū)別
3.1分解爐溫度的控制
天然石灰石的主要化學(xué)成分為CaCO3，分解溫度在700℃以上，急劇分解溫度在850℃以上。為了提高物料的分解率，保證入窯物料的易燒性，控制以石灰石作為石灰質(zhì)原料的預(yù)分解系統(tǒng)中分解爐的正常煅燒溫度為850—900℃。
電石渣的主要化學(xué)成分為Ca(OH)2，在預(yù)熱器中的反應(yīng)是Ca(OH)2脫去結(jié)合水生成CaO的過程。Ca(OH)2的分解溫度在500℃以上就可以分解，在650℃以上可以實(shí)現(xiàn)大量分解。
電石渣中的CaO含量在68%以上，遠(yuǎn)高于石灰石中氧化鈣的含量，屬于生產(chǎn)水泥的優(yōu)質(zhì)石灰質(zhì)原料，具備生產(chǎn)高等級電石渣水泥熟料的能力。電石渣和石灰石在窯尾預(yù)熱器和分解爐的反應(yīng)過程不同，相關(guān)研究人員的熱分析結(jié)果顯示，電石渣中Ca(OH)2和石灰石中CaCO3分解熱耗分別為72.253kJ/mol和142.933kJ/mol，熱力學(xué)計(jì)算氫氧化鈣和碳酸鈣的理論分解熱耗分別為101.625kJ/mol和166.232kJ/mol。以上兩種結(jié)果顯示，單位質(zhì)量的電石渣的分解熱即電石渣中Ca(OH)2分解生成CaO的熱耗，遠(yuǎn)低于單位質(zhì)量的石灰石中的CaCO3分解生成CaO的熱耗，電石渣在預(yù)分解系統(tǒng)實(shí)際熱耗為1350—1450kJ/kg。
這就為金泥集團(tuán)公司干法二廠的燒成煅燒帶來了困難，如何保證石灰石反應(yīng)充分而電石渣又不反應(yīng)過量，分解爐溫度控制成為困擾窯系統(tǒng)穩(wěn)定煅燒的一大難題。如何解決系統(tǒng)內(nèi)供熱和需熱的平衡問題。經(jīng)過該廠的不斷摸索，預(yù)分解系統(tǒng)與窯頭的用煤比例由以前純石灰石的頭煤35%，尾煤65%，逐漸調(diào)整為現(xiàn)在的頭煤45%，尾煤55%，減少了預(yù)熱器的供熱，增加了窯內(nèi)供熱，平衡了系統(tǒng)內(nèi)供熱和需熱的問題，穩(wěn)定了系統(tǒng)煅燒。
4.電石渣制水泥較石灰石制水泥的優(yōu)勢分析
由于電石渣的化學(xué)成分與石灰石基本相同，理論上完全可以利用電石渣生產(chǎn)水泥。利用電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥這一工藝具有明顯的增產(chǎn)節(jié)能效果。
4.1 CaO含量高達(dá)70%左右，改善了生料的易燒性;
4.2 電石渣中的Ca(OH)2分解溫度比石灰石中的CaCO3分解溫度低很多，燒成熱耗較低;
4.3 利用電石渣減少石灰石用量，不僅節(jié)約了不可再生資源石灰石的用量，滿足了水泥生產(chǎn)的原料需求，而且還解決了多年來因廢渣污染無法處理帶來的難題，使廢物資源得到利用，并且改善了生態(tài)環(huán)境;
4.4 傳統(tǒng)水泥工業(yè)不僅資源和能源消耗巨大,而且對環(huán)境也造成了嚴(yán)重污染。水泥生產(chǎn)對環(huán)境產(chǎn)生破壞的根本原因在于,必須采用石灰石、燃料等不可再生資源和能源,經(jīng)歷破碎、粉磨、煅燒、再破碎和再粉磨等過程,因而在上述過程中不可避免會消耗資源、能源、排出廢氣、產(chǎn)生粉塵等污染物。傳統(tǒng)水泥企業(yè)排放污染物主要為粉塵和煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，而使用電石渣作為主要原料生產(chǎn)水泥后，各項(xiàng)污染物排放值明顯下降;
4.5電石渣制水泥相比石灰石制水泥能耗降低、成本減少。就我廠目前使用的原燃材料價格情況，如表2所示：
3.5.1 電石渣的用量每增加1.0%，石灰石用量降低0.85%，砂巖用量增加0.15%，每月我廠生產(chǎn)生料按10萬噸計(jì)算，可節(jié)約成本42萬左右;
3.5.2 當(dāng)電石渣用量<20%時，原煤(頭煤+尾煤)用量未發(fā)生變化;當(dāng)電石渣用量在20%—30%之間時，頭煤用量從6.2降低至5.8，尾煤用量從8.2降低至7.6;
3.5.3 使用石灰石為原料制水泥時，噸熟料實(shí)物煤耗達(dá)到133公斤/噸;使用量在20%—30%之間的電石渣時，噸熟料實(shí)物煤耗達(dá)到119公斤/噸，每噸熟料可節(jié)約原煤14公斤，每月可節(jié)約原煤成本50萬左右。
綜上所述，利用電石渣煅燒水泥熟料，我廠根據(jù)電石渣的化學(xué)、物理性能先期在小磨實(shí)驗(yàn)中嘗試成功后才投入到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，投入到生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)原煤、和石灰石都有不同程度的降低，不僅變廢為寶，節(jié)約了大量不可再生的原煤、石灰石資源，降低了水泥生產(chǎn)成本，減少了溫室氣體排放，根據(jù)目前的生產(chǎn)情況來看每年可節(jié)約生產(chǎn)成本10000元左右。而且電石渣水泥熟料形成熱較低，容易粉磨，有利于降低熟料煅燒過程中的熱耗、電耗，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與環(huán)境效益。
5.電石渣水泥熟料
以電石渣為主要原料煅燒所得熟料化學(xué)成分見表3，礦物組成見表4，熟料物理性能見表5。
水泥各項(xiàng)指標(biāo)滿足GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，重金屬等指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 30760-2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物技術(shù)規(guī)范》。
二、 實(shí)際生產(chǎn)中遇到的困難及解決辦法
1.電石渣使用給生產(chǎn)、設(shè)備帶來的困難
1.1在電石渣使用過程中，使用量低于20%對預(yù)熱器系統(tǒng)及窯內(nèi)煅燒影響不大，使用量超過20%后窯尾系統(tǒng)、預(yù)熱器內(nèi)物料有發(fā)粘現(xiàn)象，容易造成設(shè)備故障，并且出磨生料質(zhì)量波動大，影響熟料煅燒質(zhì)量。
1.2 由于上游企業(yè)電石渣供應(yīng)量不斷加大，生料原入磨斜槽輸送能力有限，只能滿足20%左右的輸送量，給生產(chǎn)帶來了困難。
1.3 由于電石渣是輕質(zhì)物料，在生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)分離現(xiàn)象。
2.解決辦法
2.1 在生產(chǎn)中通過反復(fù)的試驗(yàn)，并根據(jù)上游企業(yè)的電石渣供量，電石渣使用量從10%逐步提高到30%，在相關(guān)人員的摸索和探討中逐步調(diào)整頭尾煤的使用量及配料方案，并結(jié)合我廠工藝設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的運(yùn)行情況，經(jīng)過一段時間的摸索發(fā)現(xiàn)，電石渣使用量達(dá)到20%-30%時，系統(tǒng)需要的熱量明顯降低，在頭煤用量不變的情況下，尾煤用量明顯降低，頭、尾煤用量比例可控制在45%、55%，完全緩解窯尾系統(tǒng)、各級預(yù)熱器結(jié)皮嚴(yán)重的情況，保證熟料的正常煅燒和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
2.2 為解決電石渣供應(yīng)量加大，我廠設(shè)備不能滿足生產(chǎn)需求的問題，廠部積極組織人員對生料入磨斜槽進(jìn)行了改造，將原有φ300mm*22m的斜槽改為φ400mm*22m的斜槽，增大輸送能力完全達(dá)到生產(chǎn)需要。
2.3為緩解生料分層現(xiàn)象，對均化庫位進(jìn)行了調(diào)整，盡量保證低庫位運(yùn)行，給入庫生料粉的均勻布料提供合理空間，有效的保證了生料磨的運(yùn)轉(zhuǎn)率。
三、結(jié)語
水泥行業(yè)是電石渣無害化、大摻量、無殘留、資源化處理的最好途徑，電石渣生產(chǎn)水泥是電石渣清潔處理的最佳途徑。由于電石渣的分解熱遠(yuǎn)低于石灰石的分解熱，煤耗大幅降低，生產(chǎn)成本降低。而且電石渣分解排放的是水，而石灰石分解排放的產(chǎn)物為CO2，會產(chǎn)生溫室氣體。因此采用電石渣生產(chǎn)水泥，可實(shí)現(xiàn)低碳排放、低熱耗。同時，高氧化鈣含量的電石渣為生產(chǎn)高等級水泥提供了可靠保障。
金泥集團(tuán)公司干法二廠作為甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈的末端企業(yè)，完全消化上游企業(yè)排出的電石渣等固體廢物，實(shí)現(xiàn)了廢物的再次整合利用，為甘肅省金昌市氯堿產(chǎn)業(yè)鏈作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
文/甘肅金昌水泥 薛希海 阮黎明
