谈电石渣特性及其建材资源化途径
综 述
谈电石渣特性及其建材资源化途径
Talking about the Properties of
C arbide Slag and its Reutilization Way in Building -material
杨 娟, 钱觉时
(重庆大学材料科学与工程学院)
摘 要:分析了电石渣的物理性质及化学性质, 讨论了电石渣在建材方面的利用途径。
关键词:电石渣; 物化性质; 建材资源化
中图分类号:X71/799 文献标识码:B 文章编号:1005-8249(2007) 03-0054-03
电石渣是碳化钙水解生成乙炔后排出的废渣。据统计, 2003年国内生产电石530万t, 按消耗1t 电石产生1. 2t 电石渣计, 全国产生的电石渣超过600万t 。堆放电石渣不仅占用大量土地, 而且还可能因风干起灰, 污染周边环境。因此, 研究电石渣特性, 开展电石渣的综合利用, 具有重要的社会经济效益。1 电石渣特性
从乙炔发生装置中排出的电石渣水分高达90%以上, 经沉降浓缩后, 仍有75%~80%, 正常流动时水分在50%以上[1]。对经过浓缩池沉降后的电石渣上清液进行化学分析, 其组成见表1。
表1 电石渣上清液化学组成 /mg/L [2]
pH 12~14
SS 500
COD
S 2-P
C 2H 2
Ca(OH) 2
50L m 颗粒在80%以上。用BT -9300激光粒度分析仪, 测定结果:电石渣的个数平均粒径为1. 89L m; 质量平均粒径为9. 19L m; 面积平均粒径为5. 75L m ; 中位粒径为8. 29L m 。比表面积为947. 32m 2/kg 。电石渣的密度为2. 21~2. 26g/cm 3, 堆积密度为0. 648~0. 653g/cm 3[1]。脱水处理的电石渣化学成分如表2。从表2看出电石渣的主要化学成分是Ca(OH ) 2, 其CaO 的质量分数高达60%以上。还含有少量的硅、铁、铝、钙、镁、碳等成分, 但不含K 2O 、Na 2O, 这是因为焦炭和石灰石在1800~2300e 下反应, 石灰和焦炭中的许多微量元素均变为气态逸出, 其中的炭不溶于酸或碱, 因为在高温下反应, 没有燃烧完全的炭转化成了
石墨型的碳[4]。
表2 电石渣化学成分分析[3]
SiO 2
2.69~7. 13
/%
C
Loss
200~400100~4000. 1~1. 0150~200900~1700
Al 2O 3
2. 22~3. 36
Fe 2O 3
0. 48~3.36
CaO
65. 4~65. 85
M gO f -CaO
0. 2
从表1可看出, 电石渣浆废水呈强碱性, 含有高悬浮物和硫化物等有毒有害物质, 多项指标超过国家排放标准。废水直接排放, 悬浮物在输送过程中会产生沉淀, 造成管道堵塞, 河床淤塞。因此尽管废水中硫化物超过国家排放标准几倍, 仍很稳定。但当环境水体pH 值发生变化, 呈微酸性时, 会造成大量H 2S 外逸。此外硫化物排入河道后在细菌参与下和河水中溶解氧反应会生成硫酸盐, 并耗去水中大量的溶解氧, 从而导致水生动物大量死亡, 水体发黑发臭。经处理, 脱水后的干电石渣为灰色细粉, 渣中细颗粒较多, 10L m ~
收稿日期:2006-09-04
39~61. 22. 1513.7~22. 48
由于电石渣颗粒非常细, 具有较强的保水性, 即使是长期堆放的陈渣, 渣浆含水量也在40%以上, 而且呈强碱性, 长期堆积对土地侵蚀严重, 污染环境, 在运输途中也易渗漏污染路面。2 电石渣的建材资源化途径
目前, 对电石渣浆的研究主要分为渣浆的前期分离处理和电石渣的后期加工回用。前期分离处理是指对电石渣浆进行固液分离, 有自然沉降法和机械分离法。分离后的电石渣废水主要是经过二次处理后循环
用于乙炔生产, 或用于中和酸性废水等。分离后的电
综 述
石渣综合利用主要有制成建筑材料与作为路基原料, 用于废气与废水处理, 以及生产普通化工原料等三个方面。本文主要讨论电石渣在建材方面的应用。2. 1 用电石渣配料制造水泥
电石渣中含有大量的Ca(OH ) 2, 是制造水泥熟料的优质钙质原料; 其粒度很细, 几乎不需要粉磨即可满足水泥熟料生产要求[1]。用其部分或全部代替石灰石生产水泥也是目前电石渣综合利用中最为彻底的方法。根据电石渣的排放量和化学成分, 配制其他硅质、铁质等原料烧制水泥, 合理确定建设规模, 可将电石渣全部利用[5]。用电石渣配料生产水泥熟料, 不仅能减少对石灰石资源的消耗, 而且可以减少CO 2气体的排放。目前全国已有近20家企业将电石渣用作钙质原料生产水泥, 如:吉林化工厂、天津化工厂、贵州有机化工总厂等都建有一条水泥生产线消化总厂所排电石渣。但是, 用电石渣配料生产水泥与通常的原料配料生产水泥有很大区别, 需考虑预热器与分解炉的结构[6]。主要原因在于:(1) 电石渣中的Ca(OH ) 2分解温度不同于石灰石中的CaCO 3分解温度。电石渣中含有较多的毛细水和结晶水, Ca(OH ) 2的分解温度约为580e , 而石灰石中的CaCO 3分解温度约为750e 。(2) 电石渣中的Ca (OH ) 2分解吸热与石灰石中的CaCO 3不同, 前者约为1160kJ/kg, 后者约为1660kJ/kg 。(3) 电石渣较细, 脱水较早, 在温度较高的旋风筒和分解炉的锥部易于堵塞[7], 不利于连续稳定生产。因此, 用电石渣配料生产水泥熟料时首先应解决此问题。
2. 2 改性电石渣作水泥缓凝剂
电石渣的主要化学成分是Ca(OH ) 2, 经工业废酸硫酸化后, 可得到一种含有三氧化硫的电石渣。毛锡双等人认为改性后的电石渣不仅化学成分与天然石膏接近, 而且矿物组成也很相近, 可以代替天然石膏作为水泥的缓凝剂。邱树恒等对掺用改性电石渣作缓凝剂的水泥的性能所作的研究表明水泥安定性合格, 凝结时间正常; 强度比掺用天然石膏的水泥强度高; 改性电石渣的最佳掺量为6. 5%。
2. 3 电石渣制防水涂料的主要填料
电石渣晶格节点上排列着Ca 2+和OH -, 它们都是亲水性很强的离子。用两种可以分别同Ca
-2+
憎水性物质。用这种改性的电石渣作涂料的主要填料, 能制成抗水性优良的防水涂料。王清成用脂肪皂和一种含硅醇的表面活性剂对电石渣进行表面处理后所得干燥粉, 具有良好的抗水性, 放入水中30天, 没有因被水润湿而下沉的现象, 用作涂料的主要填料, 配以其他原料制成涂料不仅抗水性好, 且对纸张、水泥、铁管的附着力较强。
2. 4 电石渣制砖
电石渣中含有大量Ca (OH ) 2, 可使用于制碳化砖, 还可以用来与其他燃煤灰渣、工业废渣混合生产免烧砖、蒸压砖及加气混凝土砌块。
利用电石渣制碳化砖 电石渣制碳化砖是用电石渣的碳化机理来处理电石渣。电石渣的碳化, 实质是粒状Ca(OH ) 2在适宜水分下吸收二氧化碳气体生成碳酸钙, 进而形成结晶体(主要是方解石) 。这些晶体在发展时所具有的凝聚力, 赋予碳酸钙以很大的强度, 因此用电石渣制碳化砖是完全可行的。
利用电石渣-流化床燃煤灰渣制砖 电石渣与流化床灰渣制砖是利用电石渣中的Ca(OH ) 2激发灰渣的活性。流化床灰渣中含有一定量的活性A l 2O 3与活性SiO 2, 它们本身不会水化硬化或者硬化后强度比较低, 与氧化钙含量较高的电石渣拌和后会发生火山灰反应, 生成具有胶凝性的水化产物, 主要是水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶, 具有较高的水硬性。但是只有当流化床灰渣中活性Al 2O 3和SiO 2与有效CaO 的量相适应时, 砖才能发挥最好的强度。如果电石渣用量过多, 剩余的Ca(OH ) 2遇水溶出, 增加砖的孔隙率及孔径, 砖的强度及软化系数将降低; 如果电石渣用量过少, 砖的水化反应不充分, 反应产物减少, 砖的强度降低
[9]
[8]
。表3给出了Ca (OH ) 2与二水石膏或者
Na 2SO 4复合激发流化床灰渣活性的测试结果(试件采用20M Pa 压力, 压制成型为540mm @60m m, ) 。从表3中看出, 当外掺16%Ca(OH ) 2与1%Na 2SO 4时, 试制品抗压强度能达到10. 7MPa 。
表3 复掺激发剂对流化床燃煤灰渣抗压强度影响
激发剂种类/掺量/%Ca(OH) 2/5%+二水石膏/2%Ca(OH) 2/8%+二水石膏/2%Ca(OH) 2/12%+二水石膏/2%Ca(OH) 2/16%+二水石膏/2%Ca(OH ) 2/16%+Na 2S O 4/1%
80e 蒸养后即测抗压强度/M Pa
00. 51. 43. 210. 7
和
OH 产生键合作用的表面活性剂或偶联剂处理, 能使电石渣表面包覆一层永久性抗水薄膜, 使电石渣变为
#
综 述
自然沉降法处理的电石渣含水量为70%~80%, 流化床燃煤灰渣表面疏松多孔, 标准稠度用水量高达50%~60%。从表3看出, 掺入16%Ca(OH ) 2时能够达到最好的激发效果, 按16%的掺量计算, 激发500g 的流化床燃煤灰渣需要80g 的Ca(OH ) 2, 而按电石渣中含80%的Ca(OH ) 2计算, 就需掺入100g 干电石渣, 电石渣含水量为70%~80%, 那么需掺入330g~400g 电石渣, 除去干电石渣的量, 相当于掺入230g ~300g 水, 500g 的流化床燃煤灰渣需要250g ~300g 的水, 因此自然沉降后的电石渣所含Ca(OH ) 2与水的比例与激发流化床燃煤灰渣的活性时所需的Ca(OH ) 2与水的比例相近。
我国目前正大力推广流化床燃煤固硫技术, 每年流化床燃煤固硫灰渣排放量在2000万t 左右, 随着一些新建流化床锅炉的电厂建成投产和国家对燃煤SO 2排放控制力度的加强以及我国电力高速发展, 固硫灰渣的排放量近期将很快突破3000万t 。若用电石渣-流化床燃煤灰渣制砖, 按500g 流化床燃煤灰渣消耗100g 的干电石渣计算, 需要消耗电石渣600万t, 几乎能消耗全部的电石渣。两种固体废弃物同时利用, 不仅能获得良好的环境效益, 而且具有一定的经济效益。3 结 语
(1) 电石渣含水率很高, 呈强碱性, 长期堆积不仅浪费大量的土地资源, 而且对土地侵蚀严重, 污染环
境。(2) 电石渣在建材方面主要包括代替石灰石配料烧制水泥熟料, 制作水泥的缓凝剂, 生产成碳化砖, 与流化床燃煤灰渣、工业废渣混合生产免烧砖、蒸压砖及加气混凝土砌块, 以及作防水涂料的主要填料。(3) 利用电石渣-流化床燃煤灰渣制砖可同时利用两种固体废弃物, 具有良好的经济和社会效益。
参 考 文 献
[1] 丁奇声、施存有、韩国民. 电石渣生产水泥熟料新工艺的开发及应
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27~28
[9] 王敏. 电石渣煤渣制免烧砖[J]. 点击新型墙材. 2003, (10) :22~
23
简讯:
石家庄市墙改办2007年工作安排
1、粉煤灰综合利用量240万吨; 市区新型墙体材料应用率\95%; 全市新型墙体材料生产比例达到55%; 组织开展全市粉煤灰分类应用课题研究; 组织新型墙体材料及节能产品生产企业的执法检查。
2、积极推进县(市) 区执行建筑节能标准工作, 力争扩权县(市) 和县级市建筑节能50%的标准的执行率平均达到80%以上; 粘土实心砖产量在上年基础上减少总量的10%; 完成国家确定的第二批限时/禁实0目标; 对各地/禁实0、/限粘0工作落实情况与建筑节能开展情况进行专项检查。
3、加大施工现场监督管理力度, 强化建筑节能闭合管理, 继续开展建筑节能围护结构节能检测; 严格执法, 新开工工程稽查覆盖率达到100%; 组织全市墙改与建筑节能专项检查(两次) ; 配合建设局做好既有建筑节能改造试点工作; 加强墙改与建筑节能审批窗口管理工作。
4、开展墙改与建筑宣传活动, 编写建筑节能知识问答手册; 组织墙改与建筑节能培训; 组织召开新型墙材与建筑节能新技术、新产品展示会。