利用电石工业废渣与风积沙生产生态水泥
水泥 2007-06-01
我公司是电石生产及深加工的大型企业，拥有国内最大的电石氮化炉生产线。公司每年需排放工业废渣超过10万t，不但给周边地区造成污染，而且每年还要付出上百万元治污费。如何使这些废渣无害化和资源化，以保证企业的可持续发展，一直是公司急需解决的课题。在大量研究国内外资料后我们认为:用水泥回转窑处理我厂废渣是最理想的方案。首先是回转窑焚烧温度高，气体及物料停留时间长，窑内高温气体湍流强烈，使废弃物焚烧更彻底，没有二次污染；其次是这些废渣可用作水泥原料，碳质部分可替代部分燃煤。2000年底，公司年产20万t生态水泥生产线建成投产，使我公司化工废渣实现“零”排放。投产1年多，经济效益、社会效益十分显著。2001年，该项目获自治区科技进步二等奖，最近被评为国家重点环境保护实用技术。
1 我公司工业废渣种类及特点
1)废石灰石。我公司有3座竖式连续混烧石灰窑，每天煅烧石灰石数百吨。凡是直径小于80mm的碎石或CaCO3含量小于94%的石灰石都被剔除，称之为废石灰石。
2)废白灰。烧熟的白灰到达窑底后通过开启窑底转盘和中间仓落到链板机上(上有吸尘装置)，将个别生烧、过烧块选出，其余顺皮带机进入滚齿破碎机被轧成45mm以下的碎块。并进入灰仓上部滚动筛，筛出粉状灰。符合粒度的进入电石白灰仓，筛下部分贮于粉状仓。
3)氰胺渣。其形成过程见图1。氰胺渣呈黑色，细粉状，主要成分是CaCO3，还含有10%左右碳及少量氰胺残留物。它是公司排放量最大，污染最严重的废渣。但氰胺类产品与剧毒的氰化物结构及性质完全不同，如氰胺化钙是一种碱性氮肥。
图1 氰胺渣形成过程
由此看出，上述工业废渣成分主要是CaCO3、CaO等含钙物质。在整个生产过程中除使用了焦碳、氮气及少量萤石作催化剂外，没有任何重金属元素及放射性物质混入。因此，用其作水泥原料是安全、可行的。废渣化学成分见表1。
| 名称 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | C | 氰胺 |
| 废石灰石 | 41.0～ 43.0 | 2.0～ 8.0 | 0.1～ 0.7 | 0.2～ 0.6 | 49.0～ 52.5 | 0.5～ 1.5 | ||
| 废白灰 | 23.55 | 3.24 | 1.75 | 0.72 | 68.73 | 1.32 | ||
| 氰胺渣 | 45.29 | 5.29 | 1.41 | 0.96 | 43.80 | 0.08 | 9.7～ 10.2 | 0.13～ 0.20 |
2 原料配比及生产工艺特点
2.1 原料配比
用本厂废渣作钙质原料，用厂区附近的风积沙(是邻近沙漠刮来)作硅质原料，铁铝不足部分用煤矸石、燃煤灰和铁粉补充调整。其化学成分见表2。
| 名称 | Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 风积沙 | 2.79 | 76.78 | 10.82 | 3.49 | 0.98 | 1.30 |
| 铁粉 | 2.88 | 28.19 | 4.62 | 59.20 | 2.22 | 1.52 |
| 燃煤灰 | 45.60 | 38.20 | 8.86 | 2.80 | 1.43 | |
| 煤矸石 | 6.32 | 46.47 | 39.96 | 1.43 | 2.17 | 0.98 |
通过试验，确定了熟料的率值:KH 0.90±0.02；n 2.1～2.4；P 1.2～1.4。
原料的配比方案:白生料浆与氰胺渣的干基比为65.04∶34.96，其中白生料浆的组成见表3。
| 废石灰石 | 废白灰 | 风积沙 | 铁粉 | 煤矸石 |
|---|---|---|---|---|
| 68.70 | 10.25 | 15.88 | 3.27 | 1.90 |
2.2 生产工艺特点
在工艺方案的设计和选取上我们坚持和突出4条原则:
1)原燃材料尽量多地使用本厂废渣和厂外废弃物，争取使本厂废渣实现“零”排放。
2)在处置使用废渣、废弃物中不产生二次污染。
3)整个生产工艺，尤其是本厂废渣的使用必须是完全循环回收，尽量采用封闭系统。
4)保证所产水泥质量，使其能用于各类工程。
图2是我厂电石产品深加工联产20万t生态水泥工艺流程示意图，可以看出，石灰石、煤矸石经粗碎后同风积沙、铁粉分别进入原料仓。废白灰从粉状仓直接配料进磨，避免了露天堆放和作业扬灰问题。氰胺渣不用细磨，只须在淘砂池淘去滤砂，经管道泵打入料浆库即可。滤砂是一种特制的石灰石质砂，粒度在0.2～4mm之间，用它过滤，可以保证氰胺的纯度。淘出粗砂再经原料磨细磨，作为水泥原料。回转窑尾安装了1台电除尘器用于窑尾烟尘治理。采用轻度富氧气氛烧成，减少了CO的生成，使有害物分解更完全。
3 熟料及水泥的物化性能
熟料的化学成分、率值及矿物组成见表4；水泥及熟料物理性能见表5。
| 化学成分/% | 率值 | 矿物组成/% | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Loss | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | KH | n | P | C3S | C2S | C3A | C4AF |
| 0.35 | 21.67 | 5.28 | 4.17 | 65.98 | 1.14 | 0.92 | 2.29 | 1.27 | 56.65 | 19.40 | 6.92 | 12.68 |
| 样品名称 | 细度/% | 比表面积/(m2/kg) | 初凝/min | 终凝/min | SO3/% | fCaO/% | 安定性 | 3d强度/MPa | 28d强度/MPa | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 抗折 | 抗压 | 抗折 | 抗压 | ||||||||
| 熟料 | 1.2 | 342 | 98 | 183 | 2.29 | 0.89 | 合格 | 5.6 | 34.0 | 8.8 | 65.2 |
| 水泥 | 2.0 | 338 | 169 | 246 | 2.12 | 合格 | 5.3 | 27.6 | 8.0 | 54.3 | |
4 污染物检测
4.1 对水泥产品检测
在高温、富氧烧制过程中，氰胺渣内残余碳及氰胺类物质均已燃烧或分解。自治区环保局、建材质检站、化工产品质检站以及国家建筑材料工业放射性监督检验测试中心都对大荣牌生态水泥进行了检测，结果是:
1)水泥中没有重金属及氰胺化物检出。
2)所送样品检验结果符合GB6763-2000<建筑材料产品及建材用工业废渣放射性物质控制要求>的要求。其使用范围不受限制。
4.2 烟囱排放废气监测
石嘴山市环保监测站对烟囱排放的废气进行了检测，各项指标符合国家有关标准，结果见表6。
| 粉尘/(mg/m3) | NH3/(mg/m3) | SO2/(mg/m3) | 氰胺/(mg/m3) | CO2/% | CO/% |
|---|---|---|---|---|---|
| 85.6 | 2.0 | 18.0 | 未检出 | 17.8 | 1.2 |
5 结论
利用电石工业废渣和风积沙、煤矸石等废弃物生产生态水泥在经济上是合理的，在技术上是可行的。它成功地解决了困扰企业发展的污染问题。既变废为宝，充分利用了资源，又有效地保护了环境，保证了企业的可持续发展。
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