一種電石渣與焦粉共成型制備電石的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是使用有機(jī)粘結(jié)劑將電石渣和焦粉混合共成型制備電石的化工生產(chǎn)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電石是生產(chǎn)乙炔的重要化工原料，隨著的PVC行業(yè)的發(fā)展，電石基PVC占總產(chǎn)量70%左右，近年來(lái)電石產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)，2013年其產(chǎn)量達(dá)2234萬(wàn)噸。目前工業(yè)上制備電石的主要方法是電熱法:以塊狀氧化鈣和塊狀焦炭為原料，利用電熱爐加熱混合原料至2000-2200°C，經(jīng)數(shù)小時(shí)生成熔融態(tài)電石，其反應(yīng)式3C+CaO = CaC2+CO。此工藝存在以下缺點(diǎn):1、原料塊狀生石灰制備需要煅燒大量?jī)?yōu)質(zhì)石灰石(高純度CaCO3) ;2、焦炭?jī)r(jià)格貴，且在焦炭制塊過(guò)程中產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的無(wú)法直接使用的焦炭粉(蘭炭粉)，原料成本高；3、此電石制備過(guò)程是固相吸熱反應(yīng)，兩反應(yīng)物均為塊狀，反應(yīng)面積小，使得原料傳質(zhì)、傳熱效率低，導(dǎo)致能耗較高。
[0003]每使用I噸電石，產(chǎn)生干基電石渣1.2噸，我國(guó)每年電石渣產(chǎn)量超過(guò)1800萬(wàn)噸，其主要成分為氫氧化鈣(Ca(OH)2)。大量電石渣的堆放，不僅占用土地，而且還污染環(huán)境。目前電石渣主要用于生產(chǎn)水泥等建筑材料，以及用于生產(chǎn)生石灰等普通化工產(chǎn)品和制備納米碳酸1?等尚端廣品。
[0004]本發(fā)明提出了一種添加有機(jī)物粘結(jié)劑強(qiáng)化電石渣與焦粉共成型制備電石的方法，根據(jù)電石爐對(duì)塊料的要求，尤其是塊料純度、活性和熱強(qiáng)度的要求。本發(fā)明重點(diǎn)解決了電石渣與焦粉共成型制備電石的純度，活性和熱強(qiáng)度，通過(guò)添加有機(jī)粘結(jié)劑及煅燒工藝，減少了無(wú)機(jī)粘結(jié)劑帶來(lái)的純度和后續(xù)能耗問(wèn)題，提高了成型后塊料的純度、活性和熱強(qiáng)度。通過(guò)電石渣和焦粉的利用，實(shí)現(xiàn)了電石渣大量消納和CaO的大量循環(huán)利用。其中同時(shí)提高塊料的熱強(qiáng)度和活性是本發(fā)明的特色和創(chuàng)新點(diǎn)。
[0005]北京神霧能源環(huán)境科技有限公司開(kāi)發(fā)了一系列利用煤粉與CaO共熱解制備含CaO的焦炭，[201310728118.1]發(fā)明提出了將混合物料進(jìn)行成型處理，獲得塊狀半焦，同時(shí)獲得高熱值合成氣體、焦油和熱解固體產(chǎn)物，其中，所述熱解固體產(chǎn)物含有焦炭、半焦和生石灰，同時(shí)熱解固體產(chǎn)物在溫度不低于450°C時(shí)輸入至電弧爐中，以便在電弧爐中進(jìn)行冶煉處理，并且獲得電石。由于煤粉的使用，特別是為了要制備出焦油，導(dǎo)致含CaO焦炭的熱強(qiáng)度完全消失。而本發(fā)明克服了塊料強(qiáng)度不足的問(wèn)題，同時(shí)保持了熟料在常溫下的強(qiáng)度，進(jìn)而保持了熟球在高溫下的熱強(qiáng)度，利用有機(jī)粘結(jié)劑和焦粉的特有的潤(rùn)濕性能，及高溫固化后的熱強(qiáng)度，大幅度提高了熟球的熱強(qiáng)度和入爐率。
[0006]另外，重慶建筑工程學(xué)院發(fā)明了一種CaO與碳質(zhì)材料混合、制備電石的方法[88100821.4]，為了提高熟球的強(qiáng)度，其燒成溫度較高，在1200°C左右，雖然熟球熱強(qiáng)度有一定提高，但是由于CaO高溫?zé)Y(jié)至其活性迅速下降。而本發(fā)明為了提高熟球熱強(qiáng)度，不影響熟球活性，提出了利用提純后電石渣與蘭炭粉共成型的方法，制備高熱強(qiáng)度和高活性的含碳CaO球團(tuán)，燒結(jié)溫度更低，熟球活性更高，其原因在于電石渣煅燒后形成水蒸汽，水蒸汽一方面活化了焦粉，一方面抑制了 CaO的燒結(jié)。[93112800.5]發(fā)明了一種電石渣制備碳化焦球的方法，為了增加CaO與焦粉的成型后的強(qiáng)度，雖然該方法在含碳CaO球團(tuán)礦上包覆生成了一層CaCO3，但是在2000°C左右的電石生產(chǎn)溫度下，其熱強(qiáng)度仍然迅速下降，因?yàn)樘妓徕}的分解溫度為850度，因此該碳化焦球的熱強(qiáng)度仍然無(wú)法保證，另外碳酸鈣進(jìn)入電石爐還會(huì)消耗一部分電爐的熱。[2009103110608.3]發(fā)明了一種熟石灰與焦粉制備電石用塊料的方法，雖然該方法也有成型和烘干工藝，但是其入爐前塊料的強(qiáng)度仍然無(wú)法滿足電石爐的要求，尤其是在500°C下烘干工藝，實(shí)際上是將熟石灰轉(zhuǎn)變?yōu)镃aO，而該專利沒(méi)有提及CaO和焦粉的強(qiáng)度，申請(qǐng)人前期實(shí)驗(yàn)表明CaO在空氣中容易水化，導(dǎo)致含碳CaO球團(tuán)強(qiáng)度消失。因此與上面提及的幾個(gè)發(fā)明專利相比，本發(fā)明具有鮮明的特點(diǎn):(I)利用有機(jī)粘結(jié)劑提高熟球的冷熱強(qiáng)度，通過(guò)煅燒后進(jìn)一步提高有機(jī)粘結(jié)劑在高溫下的熱強(qiáng)度。(2)利用電石渣和焦粉，充分利用電石企業(yè)現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減少固廢的排放。(3)通過(guò)低溫煅燒可以活化焦粉和CaO，提高焦粉活性，并防止CaO的燒結(jié)導(dǎo)致活性下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電石渣(Ca(OH)2)和焦粉(生物焦、蘭炭)共成型制備電石的方法，是將提純并改性的電石渣粉和焦粉用有機(jī)粘結(jié)劑共成型制備含碳電石渣(生球)，再經(jīng)煅燒脫水固化制備含碳?jí)K狀CaO (熟球)，該氧化鈣含碳球團(tuán)在1000°C下的熱強(qiáng)度大于3MPa，在1800_1900°C電爐內(nèi)制備出電石。
[0008]本發(fā)明技術(shù)解決方案:對(duì)提純的電石渣粉進(jìn)行改性，并將改性后的電石渣粉、焦粉與有機(jī)粘結(jié)劑和水充分混合攪拌，然后加壓成球團(tuán)塊制備出含碳電石渣一生球；生球首先經(jīng)過(guò)氧化干燥控制，再進(jìn)行煅燒控制獲得CaO含碳球團(tuán)-熟球，將煅燒后熟球替代傳統(tǒng)塊料，用于生產(chǎn)電石。
[0009]用于電石渣粉的改性劑采用酸或酸式鹽；所述酸選自由鹽酸、硝酸、磷酸、乙酸、硫酸中的一種或兩種，所述酸式鹽選自由 NaHSO4、NaH2PO4、NaHSO3、Ca(H2PO4)2、Na2HPO4、CaHPO4、Ca3 (PO4)2中的一種或兩種。
[0010]所述酸或酸式鹽的用量為電石渣粉總質(zhì)量的0.5?3%。
[0011]所述電石渣粉體和焦粉需要磨碎和過(guò)篩，其粒度小于3mm，優(yōu)選小于1mm。
[0012]所述有機(jī)粘結(jié)劑選為淀粉、纖維素、煤焦油、重質(zhì)油、裂解油、焦煤、瀝青類、橡膠類、酚醛樹(shù)脂類和有機(jī)酸類中的兩種或兩種以上構(gòu)成的組合，粘結(jié)劑中各組分的質(zhì)量比均為 1:1。
[0013]所述改性電石渣粉、焦粉、機(jī)粘結(jié)劑和水的質(zhì)量百分比例:改性電石渣:焦粉:有機(jī)粘結(jié)劑:水=10: (2.5-5): (1-3): (0.5-2.5)，有機(jī)粘結(jié)劑的添加量為電石渣粉和焦粉總重的5% -30%，優(yōu)化為10% -15% ;水的添加量為電石渣粉和焦粉總重的3% -20%，優(yōu)選為 5% -15%。
[0014]所述加壓壓力20?50MPa，優(yōu)選為35?50MPa。
[0015]所述干燥控制是:在氧氣氣氛下，以20°C /min升溫速率加熱到80?180°C，恒溫干燥120分鐘，溫度優(yōu)選為100-150 °C。
[0016]所述煅燒控制為:將干燥后的生球在500-700°C范圍恒溫煅燒30分鐘，再升溫至800?1000°C下恒溫煅燒30分鐘，且煅燒氣氛為隊(duì)或CO 2或Ar。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，所用原料電石渣、焦粉均為電石、化工或冶金企業(yè)的工業(yè)副產(chǎn)品，既變廢為寶，又節(jié)約了生產(chǎn)成本。因?yàn)榉蹱钤祥g的混合、冷壓，增加了原料間的反應(yīng)接觸面，利于傳質(zhì)、傳熱，降低了反應(yīng)溫度；由于不同有機(jī)物粘結(jié)劑和不同工藝煅燒制度下所制得的氧化鈣含碳球團(tuán)具備的高溫(ιοοο?下)熱強(qiáng)度，大幅度提高熟球入電爐比例，強(qiáng)化電石生成動(dòng)力學(xué)條件，在1800-1900°C即可生成電石，實(shí)現(xiàn)電石生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的流程示意圖；
[0019]圖2為電石渣與焦粉成型后制備出的生球；
[0020]圖3為粘結(jié)劑和工藝對(duì)含碳氧化鈣球團(tuán)1000°C下熱強(qiáng)度的影響；
[0021]圖4為利用含碳氧化鈣球團(tuán)制備的電石XRD分析。
【具體實(shí)施方式】
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[0022]本發(fā)明提供了一種利用電石渣與焦粉共成型制備電石的方法。該方法首先是將提純后的電石渣進(jìn)行改性，然后將改性后的電石渣粉、焦粉、適當(dāng)比例的有機(jī)粘結(jié)劑和少量水混合均勻、并在常溫下加壓成型，再經(jīng)過(guò)低溫氧化干燥，獲得干燥的含碳電石渣球團(tuán)，然后將其煅燒制得氧化鈣含碳球團(tuán)。最后將氧化鈣含碳球團(tuán)至于電爐中制備出電石，其電石制備流程見(jiàn)圖1。圖2是制備過(guò)程中獲得的電石渣含碳球團(tuán)。圖3為不同粘結(jié)劑和不同工藝煅燒制度下所制得的氧化鈣含碳球團(tuán)的高溫(ΙΟΟΟ?下)熱強(qiáng)度。圖4為其中一種1000°C下的熱強(qiáng)度大于3MPa的氧化鈣含碳球團(tuán)在1700°C時(shí)制備出的電石的XRD分析。
[0023]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容，不僅僅限于本實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1
[0025]將物理除雜后的電石渣化&(0!1)2純度大于95%)粉碎、篩分，用篩子對(duì)焦粉篩分，使兩原料的粒度均為0.2mm。
[0026]向上述粒度的電石渣粉中添加1.5%的乙酸，充分?jǐn)嚢?，然后和焦粉按?:1的質(zhì)量比進(jìn)行配料，再添加分別占混合物料重量比的20%的改性淀粉和6%的水，充分?jǐn)嚢杈鶆颉?br>[0027]將混勻的物料放在嵌樣機(jī)中冷壓成型(成型壓力為45MPa)，得30g的圓柱生球，生球的冷強(qiáng)度大于lOMPa。將此生球放在通有氧氣的干燥箱內(nèi)，以20°C /min升溫速率加熱到100 °C，恒溫干燥120分鐘。
[0028]將干燥后的生球放在馬弗爐內(nèi)升溫至550°C恒溫煅燒30分鐘，再升溫至950°C下恒溫煅燒30分鐘，且煅燒氣氛為隊(duì)或CO 2或Ar。
[0029]將煅燒后的球團(tuán)塊(熟球)在N2氣氛下、并在1000°C恒溫5分鐘，測(cè)得高