电石渣在综合利用过程中对环境的影响

张冠军，李 涛

（天瑞集团水泥有限公司，河南 汝州 467500）

电石渣是化工厂利用电石水解生产乙炔气后排出的以氢氧化钙为主要成分的工业废渣。乙炔气是十分重要的化工原料，特别是PVC行业，每年消耗乙炔的量高达600～650万t。工业上制取乙炔气体的方法主要有电石水解法、甲烷部分氧化裂解和烃裂解法川。我国煤炭资源、石灰石资源十分丰富，石油及天然气资源相对短缺，由于采用电石水解法制取乙炔的成本较低，同时，采用电石水解生产乙炔的装置简单，产生的乙炔气体纯度高，因此，国内PVC生产厂家采用的原料乙炔气中约有70%是利用电石水解法生产的。

电石水解发生的主要化学反应为：CaC2+H2O→C2H2+Ca（OH）2

电石渣的主要成分是Ca（OH）2，其化学成分CaO含量高达70%，还含有CaCO3、SiO2、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等无机物以及少量有机物。从乙炔发生器中排出的电石渣浆水分高达90%以上，经沉降池浓缩后，水分仍有75%～80%，现场刚生产出的湿电石渣气味较大，含有硫化氢、磷化氢等有害气体，对在现场工作的人体健康不利，且不易改善。

这些年来随着各方面研究的深入，电石渣在化工、环保、建材等各行业得到了广泛利用。目前在建材、化工领域作为原料生产水泥以及回收氧化钙等成为综合利用电石渣的主要途径。在这些领域使用电石渣的过程中，电石渣的处理、运输、储存、煅烧等过程，会对周边的水质、空气、人居环境、设备等造成污染或腐蚀，因此电石渣在综合利用生产过程中对环境影响的研究就非常有必要，现在以电石渣为原料在水泥生产过程中对环境的影响进行分析研究。

1 电石渣的物理化学性能的研究

1.1 电石渣微量元素含量

利用荧光分析仪测试电石渣所含元素，结果见表1。

从结果看出，电石渣的主要化学成分是CaO，含量高达68.267%，还含有SiO2、Al2O3、SO3、镁和铁等金属的氧化物，其中重金属元素为Sr和Pb，会对环境造成危害，但含量很少。

1.2 矿物组成

本试验利用X射线衍射对试样的矿物相组成进行分析。电石渣的XRD的测试结果见图1。

图1 电石渣的XRD的测试结果

电石渣的主要矿物相组成为Ca（OH）2，少量Fe2O3。

1.3 放射性物质含量

参照标准GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》，主要检测226Ra、232Th、40K的比活度，经检测，检验结果符合GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》标准的要求，结果见表2。

表1 X射线荧光衍射分析电石渣化学成分（%）

表2 样品检验结果

1.4 脱水温度

利用差热热重分析仪研究电石渣的脱水温度及加热过程中的热失重变化。温度范围：50℃～1 440℃；升温速度：10℃/min；气氛：空气，见图2。

电石渣有三个失重阶段。第一个失重阶段是从50℃～300℃左右，并在148℃时有一个较弱的吸热峰，失重约为试样总重的3.04%。第二个失重阶段是从300℃～600℃左右，并在492℃时有一个较强的吸热峰，失重约为试样总重的13.01%。第三个失重阶段是从600℃～850℃左右，并在794℃时有一个较强的吸热峰，失重约为试样总重的14.28%。结合电石渣矿物相组成分析结果，可知，第一个失重阶段是因为电石渣脱去吸附水；第二个失重阶段是因为Ca（OH）2分解所致，即Ca（OH）2→CaO+H2O↑；第三个失重阶段是因为CaCO3分解所致，即CaCO3→CaO+CO2↑。

2 电石渣在干燥处置时分离出的废液性质研究

图2 电石渣脱水热重分析图

采用合适有限的分离措施，对分离出的废液进行化学分析、微量元素等性能的分析，看是否符合废水排放标准。

将分离的废液经行ICP原子发射光谱分析，检测废液中的重金属的含量，主要检测Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量，经检测，未检出Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的含量见表3。

表3 检测废液中重金属含量（ppm）

3 用电石渣配料对环境及设备的影响

进行相关实验室模拟煅烧，分析电石渣烘干过程中和配制的生料在烧成过程中的气体成份研究，看是否有有害气体或腐蚀性气体放出，废气是否会造成环境的危害及对相关设备的腐蚀。

3.1 配比

原料的化学成分见表4。

表4 原料化学成分（%）

熟料率值选择KH=0.90，SM=2.60，IM=1.4，生料的配合比见表5。

表5 生料配合比

3.2 电石渣配料煅烧过程中逸出气体分析

采用逸出气体分析仪分析电石渣和电石渣配制的生料在煅烧过程中释放出气体的温度和气体成分。

（1）电石渣的逸出气体分析。

温度范围：35℃～100℃；升温速度：5℃/min；并在100℃停留10min。主要是研究电石渣在烘干的过程中是否释放有害的气体。

电石渣的热重曲线见图3。从图3可以看出，电石渣试样从35℃升到100℃的过程中有明显的失重现象，这是由于电石渣在烘干过程中产生失去自由水反应所致。在失重曲线中选取若干失重点，对该失重点下试样逸出气体的成分进行分析。

图3 电石渣热重曲线图

同时对逸出气体进行红外光谱分析，红外谱图见图4，从结果看出，电石渣在100℃烘干时，主要释放水，少量CO2，并未检测到有害气体或腐蚀性气体放出。

图4 逸出气体红外谱图

图5 t=6.868min时所测得的逸出气体的红外光谱

图6 t=13.207min时所测得的逸出气体的红外光谱

取不同的测试时间的红外光谱分析结果，对逸出气体的成分做进一步的推测分析。

当时间t=6.868min时，所测得的逸出气体的红外光谱见图5。通过实验所测得的红外光谱图谱与标准图谱比对可以看出，在t=6.868min时，逸出气体有H2O、CO2。

当时间t=13.207min时，所测得的逸出气体的红外光谱见图6，通过实验所测得的红外光谱图谱与标准图谱比对可以看出，在t=13.207min时，逸出气体有H2O、CO2。

当时间t=22.188min时，所测得的逸出气体的红外光谱见图7，通过实验所测得的红外光谱图谱与标准图谱比对可以看出，在t=22.188min时，逸出气体有H2O、CO2。

（2）电石渣配制的生料的逸出气体分析。

温度范围：23℃～1000℃；升温速度：10℃/min；生料的热重曲线见图8。

从图8可以看出，电石渣试样从23℃升到1000℃的过程中有明显的失重现象，这是由于生料在烧成过程中产生物理化学反应所致。

图7 t=22.188min时所测得的逸出气体的红外光谱

图8 生料的热重曲线图

图9 逸出气体红外光图

生料在升温过程中经历三个失重阶段。第一个失重阶段是从100℃～400℃左右，并在132℃时有一个较弱的吸热峰，失重约为试样总重的3.75%。第二个失重阶段是从400℃～510℃左右，并在458℃时有一个较强的吸热峰，失重约为试样总重的12.29%。第三个失重阶段是从510℃～850℃左右，并在702℃时有一个较强的吸热峰，失重约为试样总重的6.01%。结合电石渣矿物相组成分析结果，可知，第一个失重阶段是因为电石渣脱去吸附水；第二个失重阶段是因为Ca（OH）2分解所致，即Ca（OH）2→CaO+H2O↑；第三个失重阶段是因为CaCO3分解所致，即CaCO3→CaO+O2↑。

同时对逸出气体进行红外光谱分析，红外谱图见图9，从结果看出，电石渣配制的生料在煅烧过程中，主要释放水，CO2，并未检测到有害气体或腐蚀性气体放出，逸出气体推测分析见图10。

通过进行相关实验室模拟煅烧，分析电石渣烘干过程中和配制的生料在烧成过程中的气体成分研究，结果没有检测到有害气体或腐蚀性气体放出，试验过程中检测所排放的废气主要是CO2和水蒸气。

4 电石渣输送、储存过程中对相关接触人员的危害研究

根据对电石渣经行的相关测试，看出电石渣的主要成分是Ca（OH）2，还含有CaCO3、SiO2、硫化物、镁和铁等金属的氧化物、氢氧化物等无机物以及少量有机物。现场刚生产出的湿电石渣气味较大，含有硫化氢、磷化氢等有害气体，对在现场工作的人体健康不利，且不易改善。因此刚排放出的电石渣对环境和接触工人的危害还是较大的，但水泥厂所用的电石渣已经经过初次的沉降以及压等措施，因此有害气体和含水量大量降低。

图10 逸出气体产物分析图

5 结束语

（1）通过对电石渣进行相关实验室模拟煅烧，分析电石渣烘干过程中和配制的生料在烧成过程中的气体成分，结果没有检测到有害气体或腐蚀性气体放出，废气主要是CO2和水蒸气。

（2）由于电石渣输送、储存过程中仍有少量含有硫化氢、磷化氢等有害气体，因此不但要对工作场所有害气体的浓度进行有效控制，还要加强企业工人的个体防护和卫生保健，将电石渣作为资源综合利用、变废为宝的方式可持续发展下去，使废物综合利用在经济效益和职工健康方面获得双赢。