1   前  言  
電石渣是在乙炔氣、聚氯乙烯、聚乙烯醇等工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，電石(CaC2)水解后產(chǎn)生的沉淀物（工業(yè)廢渣），主要成分為Ca(OH)2。 
CaC2(電石) + 2H2O —→ C2H2↑(乙炔氣) + Ca(OH)2↓(電石渣) 

每噸電石水解后約產(chǎn)生1.15噸電石渣。電石渣的堆放不僅占用大量的土地，而且因電石渣易于流失擴散，污染堆放場地附近的水資源、堿化土地；長時間堆放還可能因風干起灰，污染周邊環(huán)境。電石渣屬難以處置的工業(yè)廢棄物之一。 

上世紀七十年代，我國就開始將電石渣用作水泥熟料生產(chǎn)的原料之一。當時，電石渣配料主要采用濕法回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)水泥熟料，后來電石渣配料又發(fā)展了立窯、半濕法料餅入窯、立波爾窯、五級旋風預熱器窯等多種工藝生產(chǎn)水泥熟料，但這些生產(chǎn)工藝的技術經(jīng)濟指標相對落后，而且不符合國家的相關產(chǎn)業(yè)政策，不適宜廣泛推廣。技術相對較先進的電石渣配料、“濕磨干燒”新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝，其熟料燒成熱耗超過1000×4.18kJ/kg，對比同規(guī)模、采用通常原料配料新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝熱耗高出近30%，即每噸熟料多耗標準煤約30千克。以日產(chǎn)水泥熟料1000噸規(guī)模計算，全年多耗標準煤約9000噸。 
電石渣配料、“濕磨干燒”新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝的主要過程為：電石渣作為 

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原料之一與其它原料配料后一起入濕法生料磨，磨成綜合水分約為43%的生料漿，通過機械脫水裝置將生料漿脫水成為含水分約25%[ 1]的料餅，再將料餅送入利用窯尾廢氣余熱烘干的料餅烘干破碎機；破碎、烘干后的物料隨氣流進入窯尾旋風分離器、兩級旋風預熱器、在線分解爐，最后進入回轉(zhuǎn)窯煅燒成水泥熟料。實踐證明：電石渣配料、“濕磨干燒”新型干法水泥熟料生產(chǎn)工藝技術已較為先進、成熟。按該工藝建設的安徽皖維高新材料股份有限公司1000t/d熟料生產(chǎn)線（1＃線），自2000年10月投產(chǎn)以來，已運行五年多時間，主要缺點是：熟料燒成熱耗較高，達1030×4.18 kJ/kg。 

采用電石渣配料、“干磨干燒”新型干法水泥熟料生產(chǎn)新工藝，有利于進一步降低水泥熟料的燒成熱耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。其主要生產(chǎn)工藝過程為：電石渣經(jīng)過機械脫水成為含水分約35%的電石渣料餅，然后與其它原料經(jīng)配料一起入立式磨烘干、粉磨；出立式磨的生料粉經(jīng)生料均化庫均化后入窯尾四級旋風預熱器、半離線分解爐，最后進入回轉(zhuǎn)窯煅燒成水泥熟料。我院按該工藝設計完成的安徽皖維高新材料股份有限公司1000t/d熟料生產(chǎn)線（2＃線），自2003年1月投產(chǎn)以來，已運行三年多時間，熟料28天抗壓強度年平均為58.44 MPa，熟料燒成熱耗年平均為816×4.18kJ/Kg。主要缺點是：生料中電石渣的摻量僅13～15%（干基）[ 2]。 

在電石渣配料、“干磨干燒”新型干法水泥熟料的生產(chǎn)新工藝中，為了進一步提高電石渣替代石灰石的比例，我院開發(fā)出了國內(nèi)首條高摻電石渣(生料中電石渣摻量≥60%)、“干磨干燒” 1200t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用電石渣脫水、預烘干、生料立式磨、帶預分解回轉(zhuǎn)窯等一系列節(jié)能環(huán)保綜合技術和裝備，于2005年8月8日在淄博寶生環(huán)保建材有限公司一次點火成功并生產(chǎn)出合格熟料。目前，生料中電石渣摻量（干基）≥60%(電石渣替代石灰石量達70%以上)，熟料28天抗壓強度≥58MPa，熟料燒成熱耗 ≤760×4.18 kJ / kg。實現(xiàn)了持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，達到了國內(nèi)領先水平，為水泥工業(yè)采用電石渣替代石灰石生產(chǎn)新型干法水泥熟料提供了良好的示范，具有較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。本文介紹該生產(chǎn)線主要系統(tǒng)的開發(fā)與應用情況。 

2      生產(chǎn)線主要系統(tǒng)介紹 

2.1  電石渣漿處理系統(tǒng) 

電石渣的主要成分是Ca(OH)2，其CaO含量高達60%以上。淄博寶生環(huán)保建材有限公司采用的從乙炔生產(chǎn)中排出的電石渣液水分高達90%以上，經(jīng)沉降池濃縮后，水分仍有80%左右，正常流動時的水分在50%以上。 
淄博寶生環(huán)保建材有限公司采用的電石渣化學成分如下。

 
電石渣的個數(shù)平均粒徑：1.89μm；重量平均粒徑：9.19μm；面積平均粒徑：5.75μm；中位粒徑：8.29μm；比表面積：947.32m2/kg。電石渣的比表面積越高，吸水性亦越高，烘干難度越大。 
通過對電石渣的物理及化學性能分析可以看出：電石渣中的CaO含量很高，可以說是制造水泥熟料的優(yōu)質(zhì)鈣質(zhì)原料。其粒度很細，幾乎不需要粉磨就可以滿足水泥熟料生產(chǎn)的要求。需要解決的主要問題是：對電石渣漿進行有效脫水和準確配料。 

2.1.1   電石渣漿的脫水 

1. 電石渣液的濃縮 
電石渣液通過料漿泵送到2－Ф24m濃縮池中。濃縮池為混凝土結構，池底的傾角為8.5°，周邊輥輪傳動耙式濃縮機的耙架一端籍特殊的止推軸承放置在濃縮池的中央支柱上，另一端與傳動小車連接，電動機經(jīng)減速機帶動輥輪而使耙架繞池子的中心線回轉(zhuǎn)。 

電石渣液首先進入自由沉降區(qū)，水中的顆粒靠自重而迅速下沉，到達過渡區(qū)。一部分顆?？孔灾乩^續(xù)下沉，一部分顆粒卻又受到密集顆粒的阻礙而不能自由下沉。當下沉到壓縮區(qū)時，匯集成緊密接觸的絮團而繼續(xù)下沉到濃縮區(qū)。由于刮板的運轉(zhuǎn)，進一步被壓縮，擠出其中水分。最后由卸料口排出，澄清水從溢流堰流出，由渣漿泵送至化工廠沉淀池循環(huán)利用。 
電石渣液經(jīng)NG-24濃縮機濃縮后含水約75%。 

2. 電石渣漿的壓濾 

針對電石渣漿的性能和以往的經(jīng)驗，本系統(tǒng)選擇脫水能力較強、料餅水分較低的帶氣橡膠隔膜板框壓濾脫水方案。該壓濾系統(tǒng)的主要工作原理為：含水分約75%的電石渣漿經(jīng)渣漿泵注入帶氣橡膠隔膜的壓濾機各個濾室，當壓力升至設定值后，通過流體靜壓壓濾脫掉濾餅顆粒間的游離水分；接著再通入壓縮空氣保壓，通過橡膠隔膜的弧面產(chǎn)生變向剪切力，破壞濾餅的幾何結構，使濾餅水分進一步降低。 

為了進一步探索合理的工藝參數(shù)，給板框壓濾機的制造和使用提供借鑒，進行了不同濾室厚度、進漿濃度、過濾壓力下的正交試驗，試驗結果如下： 

 
通過試驗得知： 

（1）電石渣漿的濃度影響濾餅的最終水分。設置電石渣漿濃縮池進行濃縮是必要的，濃縮后含水量控制在小于75%為好。 

（2）電石渣漿的過濾壓力以0.8 MPa為宜。壓力過低則濾餅水分難以控制；壓力過大則對板框壓濾機的機械制造要求過高。 

（3）濾室的厚度以30mm為宜。濾餅過厚，水分難以控制；濾餅過薄，產(chǎn)能難以滿足要求。 
根據(jù)電石渣漿過濾性能試驗結果和生產(chǎn)中的物料平衡要求，選用七臺XMZ500型廂式全自動壓濾機（六用一備），每臺壓濾機過濾面積500m2，過濾總?cè)莘e10.16m3，濾室的厚度30mm，壓濾后濾餅水分設計值為32～36%。實際生產(chǎn)中，料餅的水分最好狀態(tài)為25%，一般能保證在35%左右。 

2.1.2   電石渣的預烘干 

電石渣漿采用機械脫水后水分一般在28～35%范圍內(nèi)波動，給電石渣的輸送、儲存和準確配料帶來困難，因此有必要對電石渣進行預烘干；由于電石渣屬于高濕含量的輕質(zhì)廢渣，烘干處理難度非常大，需要解決以下技術難題： 

（1）解決喂料及防堵問題。壓濾后的電石渣呈“牙膏”狀態(tài)，輸送過程中無法儲存和喂料計量，也不易送入烘干機內(nèi)，落入烘干機后易出現(xiàn)堆料和粘堵現(xiàn)象。 

（2）電石渣烘干時，需要克服蒸發(fā)速率低以及濕含量大的缺點。 

（3）利用電石氣燃燒作為烘干熱源難度大。電石氣是電石爐生產(chǎn)電石產(chǎn)生的廢氣，電石氣主要含CO、CH4等可燃氣體，易爆炸；電石氣本身有400～600℃溫度，含有200mg/Nm3灰塵，焦油含量大，不易輸送和使用。 

（4）電石渣烘干后廢氣中含塵濃度高，收塵設備易產(chǎn)生粘堵和腐蝕。 
電石渣含水15%時的物理性能檢測如下：松散容重為600g/l，緊密容重為750g/l；電石渣在生料中占63.5 %時所配生料的休止角為36°；在辦公室常溫條件下，敞開七天，吸濕率為4%，在10MPa壓力下不滲水。 

根據(jù)以上實驗結果，確定電石渣烘干終水分控制在15%左右為宜，以避免電石渣在輸送、儲存過程中發(fā)生粘堵，并實現(xiàn)準確配料。 

年產(chǎn)7.5萬噸電石的電石爐，每小時可以產(chǎn)生含熱2500×104kJ電石氣，折合標準煤855千克，經(jīng)理論計算能夠滿足電石渣烘干需要。這樣，不僅利用了電石氣的熱能，而且節(jié)省了一套電石氣處理系統(tǒng)，對電石廠來說可以節(jié)省大量的投資。在電石氣輸送工藝布置上，采用強力送風，并盡量縮短輸送路徑和時間，以防止管道結焦粘堵。 

壓濾后的電石渣其塑性、粘性均在表觀上大幅度降低，具有一種類似水泥漿體“假凝”現(xiàn)象的物理性質(zhì)，經(jīng)儲存風干和采用防堵措施后，解決了喂料及粘堵。供熱系統(tǒng)提供900～1100℃持續(xù)高溫煙氣，選擇長徑比較大的烘干機，安裝強化蒸發(fā)裝置，使電石渣在其有效烘干區(qū)域內(nèi)有充裕的干燥強度和時間；系統(tǒng)選用能處理高濃度粉塵、抗結露、防腐蝕袋式除塵器進行除塵，使其達標排放。 

實際生產(chǎn)中，2－3.0×25m回轉(zhuǎn)式烘干機系統(tǒng)運行穩(wěn)定，單機產(chǎn)量為26～30t/h。 

2.2   生料的烘干及粉磨 
生料采用石灰石、電石渣、粘土、硫酸渣、砂巖五組份配料，需要研磨的物料約占37.7%。根據(jù)入磨物料綜合水分為11～14%的特點和原料易磨性實驗結果，采用烘干能力強、熱交換和粉磨效率高的立式磨作為生料磨。 

通過對窯尾廢氣成分進行分析和熱力學計算，可以利用廢氣作為烘干熱源。系統(tǒng)參數(shù)設計為：進立式磨氣體溫度為340℃，立式磨產(chǎn)量為75～85t/h，出磨生料水份小于1%，出磨氣體與生料的溫度均為80℃。為了更好地滿足粉磨摻大量電石渣生料的要求，專門研制的HRM1900/2200立式磨，具有45～60t/h生料的研磨能力和80～90t/h生料的烘干能力。 

在磨輥的快速碾壓下，水分為10～12%的混合料被粉碎并且向磨盤邊沿風環(huán)處拋灑，并被70～90m/s的高速氣流帶起，產(chǎn)生強烈的熱交換。水分沒有來得及蒸發(fā)的大塊物料會再次沉落，反復帶起、沉落，充分進行熱交換。高速氣流在磨腔內(nèi)流速很快降低，形成強烈的紊流場，特別適合于電石渣微細顆粒的烘干。粉狀物料隨氣流一起上升通過磨機上殼體進入分離器的分級區(qū)，在分離器轉(zhuǎn)子葉片的作用下，其中的粗粉落回磨盤與新喂入的物料一起重新粉磨，合格的細粉隨氣流一起出磨，經(jīng)高效旋風收塵器收集后，與增濕塔和窯尾電收塵器收集的粉塵混合，由輸送設備送入生料均化庫內(nèi)進行均化、儲存。出磨的廢氣匯入窯尾電收塵器進行除塵后達標排放。 

HRM1900/2200生料立式磨，是在HRM1900基礎上專為烘干、粉磨含電石渣生料而研制的，利用窯尾廢氣作為熱源。該系統(tǒng)于2005年7月28日開始調(diào)試，當時對擋料圈高度、吐渣、系統(tǒng)參數(shù)等缺乏經(jīng)驗，為此進行了不斷的摸索發(fā)現(xiàn)：控制好入磨原料粒度、入磨原料綜合水分、喂料量、吐渣及系統(tǒng)用風等環(huán)節(jié)，調(diào)整好擋料圈的高度對立式磨的運行至關重要。在正常情況下，磨內(nèi)的料層厚度大約30～60mm，此時磨機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，磨音柔和，外循環(huán)料量基本保持不變；料層太薄，磨機震動大；料層太厚，磨機負荷大而粉磨效率降低，嚴重時也會造成劇烈震動。由于生產(chǎn)初期，硅質(zhì)原料全部用砂巖配料，造成立式磨運行半個月后就出現(xiàn)磨輥部分磨蝕，產(chǎn)量開始下降，在電石渣摻量為30%時，磨機產(chǎn)量只有60t/h(0.08mm篩余12～14%)，影響系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。 

原料易磨性測試結果見下表。其粉磨功指數(shù)為18.20KWh/t,說明砂巖非常難以研磨，用眼睛觀察，砂巖結晶度完好而且含量多，后改成粘土和砂巖共同配料，系統(tǒng)于2005年8月22日正常平穩(wěn)運行，產(chǎn)量穩(wěn)定在76t/h以上，生料系統(tǒng)平均電耗19kWh/t。

  
2.3   預分解系統(tǒng) 
針對電石渣替代石灰石生產(chǎn)水泥熟料的特殊性，我們用差熱分析法對電石渣的脫水做了試驗，結果如下： 

電石渣從室溫升溫到870℃時，儀器記錄了失重（TG）和差熱（DTA）的曲線，電石渣在190℃時有弱吸熱伴微失重峰，此峰值為吸附水脫出；350℃時弱吸熱伴微失重峰為水化鋁酸鈣結構水脫出，584℃時出現(xiàn)強吸熱伴快失重峰，Ca(OH)2脫水，失重為16.3%；830℃時為吸熱伴有失重，870℃的放熱峰無重量變化，前一峰值為水化硅酸鈣脫去結構水，后一峰值為水化硅酸鈣的晶型轉(zhuǎn)化。試驗過程中試樣總失重25.68%，按電石渣CaO全部結合為Ca(OH)2，69.36%CaO結合水為22.29%，其余失重應來自水化硅酸鈣結合水和電石渣中的碳粒。 

我們按JC/T735－88生料易燒性實驗方法進行了生料易燒性測試。 
原料的化學成分分析結果如下。 

在此原料配合比的情況下說明易燒性能很好，均能燒出較少的游離鈣，在1450℃的煅燒溫度時均出現(xiàn)融熔狀態(tài)。 
在溫度低于900℃ 以下時，電石渣配料與常規(guī)生料的差異如下： 

（1）電石渣中Ca(OH)2的分解溫度與石灰石中CaCO3不同。電石渣中含有較多毛細水和結晶水，分解溫度較低，電石渣中Ca(OH)2的分解溫度約580℃左右，低于石灰石中CaCO3的750℃分解溫度。 

（2）Ca(OH)2分解吸熱與CaCO3不同，前者分解吸熱為1160kJ/kg，而后者為1660kJ/kg。 

（3）電石渣顆粒較細，脫水較早，在溫度較高的旋風筒和分解爐錐部易產(chǎn)生堵塞，不利于連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。  

（4）熟料形成熱不同。電石渣在生料中所占比例達到63.5%時，該生料的熟料形成熱為1025kJ/kg，約為普通原料所配生料的熟料形成熱的3/5。 

因此，電石渣配料生產(chǎn)水泥熟料時，必須充分考慮預熱器、分解爐的結構[ 3]。電石渣的摻入量越大，對預熱器、分解爐的結構設計影響也越大。經(jīng)過對系統(tǒng)進行綜合分析和平衡計算，燒成熱耗確定為3100～3360kJ/kg，其中蒸發(fā)生料物理水的耗熱為35kJ/kg，熟料形成熱為1025kJ/kg；預熱器出口廢氣溫度按340℃考慮時，廢氣帶走熱700kJ/kg；入窯物料分解率按90～95%設計。研制開發(fā)出的預熱器為：低阻型、高分離效率、顯著防堵的新型低壓損S型結構、3R大包角形式蝸殼、偏錐新型五級旋風預熱器。分解爐采用旋流、噴騰、懸浮原理，使燃料有充分的燃燒時間，物料與燃料充分混合，在爐內(nèi)有較長的停留時間，燃料在較低溫度的SC室大量燃燒，分解爐系統(tǒng)沒有產(chǎn)生局部高溫的條件，因而系統(tǒng)結皮堵塞現(xiàn)象很少。預分解系統(tǒng)關鍵部位采用特殊的襯料，專門研制的預分解系統(tǒng)為RBH5/1300型。  

3    實際運行效果 
2005年7月18～28日，電石渣漿脫水、壓濾及預烘干、石灰石破碎、生料粉磨、煤粉制備等系統(tǒng)先后順利完成負荷試車。8月22日，生料粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定在76t/h，到9月份生料系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)定在85t/h以上，系統(tǒng)平均電耗18kWh/t。 
8月8日，燒成系統(tǒng)點火，8月12日生產(chǎn)出合格熟料。燒成系統(tǒng)運行初期，產(chǎn)量控制在1000t/d左右。隨著操作人員操作水平的提高，在設備運轉(zhuǎn)良好的條件下，產(chǎn)量逐漸增加，到9月份燒成系統(tǒng)熟料產(chǎn)量達到了1200t/d以上，熟料28天抗壓強度≥58MPa，熟料燒成熱耗760×4.18kJ/kg。 

2005年10月25日開始，生料中電石渣摻量超過50%（干基），電石渣替代石灰石量達60%以上。 
2005年12月15日開始，生料中電石渣摻量超過60%（干基），電石渣替代石灰石量達70%以上。 

4    結  語 
該生產(chǎn)線是國內(nèi)首條高摻電石渣、“干磨干燒”新型干法水泥生產(chǎn)線，每年可以消耗電石渣30萬噸（干基），全年可以節(jié)省約35萬噸優(yōu)質(zhì)石灰石資源和少向大氣中排放15萬噸CO2。與帶壓濾半濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)水泥熟料工藝相比，節(jié)煤46%，全年少耗標準煤約2萬噸，少向大氣中排放4.6萬噸CO2；與“濕磨干燒”新型干法工藝生產(chǎn)水泥熟料相比，節(jié)煤20%，全年少耗標準煤約1萬噸，少向大氣中排放2.3萬噸CO2。另外，與帶壓濾半濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝及“濕磨干燒”新型干法窯生產(chǎn)工藝相比，全年約少消耗水5.4萬立方米。 

電石渣替代石灰石配料、“干磨干燒”新型干法水泥生產(chǎn)線的順利投產(chǎn)，否定了“不能用預分解系統(tǒng)煅燒高摻電石渣生料”的觀點，是一次有益的嘗試，為我國建材行業(yè)和化工行業(yè)的節(jié)約能源、保護環(huán)境和資源綜合利用開辟了廣闊的前景，對建設節(jié)約型社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有重要的示范意義。