CN103288116B - 一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，涉及大宗工业固废回收利用领域。步骤为：将电石渣与水配成一定固含量电石渣浆液；投于高速分散机中分散；将充分分散的电石渣浆液过筛；加入搅拌罐中充分搅拌；泵入旋流分离系统对电石渣进行除杂分离；分别收集溢流、底流产物。优点在于，能同时除去多种杂质、纯度高、收率高、成本低、处理量大、处理过程无挥发物等二次污染物产生。在高效的消纳处理大宗工业固废的同时得到具有高附加值的产品，具有较高的社会效益和经济效益。

Description

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法

技术领域

本发明涉及大宗工业固废循环利用技术领域，具体涉及一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法。

背景技术

电石渣是在电石法PVC制取乙炔过程中排放出的一种以Ca(OH)₂为主要成分且难以消纳处理工业废渣，每生产1t电石约产生1.2t电石渣。以我国目前的电石生产能力，每年产生的电石渣就达1800万吨。而且电石渣呈强碱性，其渣液pH值达12以上，不仅占用大量的土地资源，还污染附近的土壤和水体，运输转移过程操作困难易引起二次污染。电石渣综合利用和环境治理已成为电石法PVC企业可持续发展的关键所在。

电石渣的利用途径主要包括建材生产、环境治理、普通钙化工产品。但目前普遍存在着应用范围小，过程预处理复杂、附加值低等问题，使得大部分厂家仍将电石渣废弃，全国电石渣利用率不到10%。电石渣中氢氧化钙含量可以达到80-90%，具有很大潜在资源再利用价值，可以分离提纯得到精制的氢氧化钙，可广泛应用于化工生产领域，若再成型烧结生产氧化钙，又可作为电石生产原料回用，形成电石-电石渣-电石的资源化利用的产业循环，既有效解决电石法PVC生产过程中的环境污染问题又降低原材料投入成本，变废为宝，有极大经济效应。但是电石渣实现上述高附加值资源化利用的技术瓶颈在于电石渣中的Si,Al,Fe,Mg,C等杂质的低成本高效分离去除。

针对这些电石渣中的特定杂质有少量文献提出相应的分离除杂方法，制备具有一定附加值的钙化工产品。CN1923700公布了一种利用工业废弃物电石渣生产氯化钙的方法，通过将含有氢氧化钙的电石渣与盐酸进行反应得到氯化钙。CN101817651A公布了一种电石渣的资源化处理方法，用电石渣依次与纯碱、盐酸、双氧水、碳酸钠和硫酸溶液反应，得到相应副产品。CN102092756A公布了一种利用沉淀剂草酸铵从电石渣中提取高纯度氧化钙的方法。专利CN200810068715.5、CN200910041209.1公开了电石渣制备超细碳酸钙的方法，但这些技术中，碳酸钙生产过程复杂、成本高，未能实现工业化过程。上述化学法多采用酸浸出钙，回避杂质的分离去除，这种方法虽然能得到高纯产品，但是生产成本高，而且化学法除杂应用范围小，酸浸出电石渣的产品为Ca²⁺，并非成品氢氧化钙，以氯化铵浸出Ca²⁺用于碳化制备纳米碳酸钙又进一步提高了生产成本。故难以满足电石渣低成本高效率大宗消纳处理的产业现状。而相对于化学法，物理方法除杂提纯有明显的成本和效率的优势，CN101891229A，CN101817651A公布的电石渣资源化利用方法中前期预处理方法都涉及将电石渣粉碎、过筛、烘干等物理手段。但目前存在如下两方面的问题，其一，现有除杂提纯方法多停留在水洗涤，粗筛，过滤，干燥等一些预处理手段上；其二，综合除杂能力较弱，应用范围小，一般只针对单个杂质进行除杂分离，如CN102351232A公布了一种去除电石渣浆中硅铁颗粒的工艺，对电石渣中硅铁杂质采用磁选法进行分选，有效的减少了电石渣脱硫制取脱硫石膏中的黑色杂质。

很多相关专利公开的电石渣资源化利用方式中多是利用电石渣制备高纯氧化钙，纳米碳酸钙等化工产品。较少提到用电石渣制备高纯氢氧化钙。CN101157471公开了一种用电石渣生产石灰的方法及装置：通过自然沉淀，空气吹扫等方法，得到氢氧化钙晶体。但过程工艺复杂，处理量有限。CN101508453公开了一种利用电石渣制备氢氧化钙的生产工艺，首先对电石渣物料进行筛分除杂、脱水，然后经过一级干燥和二级干燥制备氢氧化钙，但这种方法能耗较高，得到的产品纯度有限。

综上所述，目前电石渣的利用情况不符合大宗量、高附加值综合利用工业废弃物矿渣的产业政策和要求分离产品纯度高。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，该方法的分离除杂过程成本低，能源消耗量小，应用范围广，对电石渣中的杂质进行了高效大宗量综合去除分离，尤其适用于杂质含量高，杂质种类多，杂质粒度分布范围宽，碳化严重的电石渣的提纯分离。

本发明技术解决方案：一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，包括以下步骤：

（1）调浆：将电石渣与水配成固含量5-30%电石渣浆液。

（2）分散：将所述步骤（1）中的电石渣浆在高速分散机中以500-1500r/min的转速高速分散10-90min使电石渣中团聚颗粒充分分散。

（3）过筛：将所述步骤（2）中的分散的电石渣浆液通过40-60目级筛，滤去粒径大于250-380μm的杂质。

（4）搅拌：将所述步骤（3）中的经过筛处理的电石渣浆液加入搅拌罐中开始搅拌10-30min，使电石渣浆液进一步均化并减小沉降效应。

（5）旋流分离：针对不同成分、不同粒度分布的电石渣选择设计相应的旋流分离系统，调整底流口直径进行分离除杂。具体实施技术方案如下：

将所述步骤（4）中的搅拌均匀的电石渣浆液泵入以Φ25mm（旋流分离器筒体直径）并联，或Φ50mm并联，或Φ75mm并联，或Φ25mm-Φ50mm串联，或Φ25mm-Φ75mm串联，或Φ25mm-Φ150mm串联，或Φ50mm-Φ75mm串联,或Φ50mm-Φ150mm串联，或Φ75mm-Φ150mm串联，或Φ25mm-Φ50mm-Φ75mm串联，或Φ25mm-Φ50mm-Φ150mm串联，或Φ25mm-Φ75mm-Φ150mm串联，或Φ50mm-Φ75mm-Φ150mm串联为最小循环单元的旋流分离系统。

依次调节影响分离效果的核心因素底流口尺寸，对单支并联的旋流分离系统底流口进行参数调整，如Φ25mm，或Φ50mm，或Φ75mm并联旋流分离系统，针对不同粒度范围的电石渣选择使用Φ2mm，Φ4mm，Φ6mm，Φ8mm口径的底流口尺寸中的一种；对两支串联如图为最小循环单元的分离系统依次选用Φ2mm，Φ4mm，Φ6mm，Φ8mm口径的底流尺寸中的两种，例如：对Φ50mm-Φ75mm串联为最小循环单元的分离系统选择底流口径Φ2mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ6mm，或Φ4mm-Φ2mm，或Φ4mm-Φ4mm，或Φ4mm-Φ8mm，或Φ6mm-Φ4mm，或Φ6mm-Φ8mm等情况中的一组。对三支串联为最小循环单元的分离系统依次选用Φ2mm，Φ4mm，Φ6mm，Φ8mm口径的底流尺寸中的三种，例如：对Φ25mm-Φ50mm-Φ150mm串联为最小循环单元的分离系统选择底流口径Φ2mm-Φ2mm-Φ2mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ2mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ6mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ8mm，或Φ2mm-Φ6mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ6mm-Φ8mm，或Φ2mm-Φ8mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ8mm-Φ6mm，或Φ2mm-Φ8mm-Φ8mm等情况中的一种。

（6）产物收集：将所述步骤（5）中的溢流、底流产物分别收集，沉降过滤收集。

本发明与现有电石渣分离工艺相比有如下优点：

（1）分离产品纯度高

本发明的分离产品Ca(OH)₂含量达到92-98%,与电石渣原渣Ca(OH)₂含量75-80%相比有很大幅度提升，对电石渣中Si,Fe,Al,Mg,C杂质进行了有效去除。

（2）处理成本低

原料价格低廉，整个处理过程主要以电石渣和工业水为原料，以物理法除杂，未引入价格较高的化学辅料；能耗小，水力旋流器构造简单，占地面积小，造价低，材料消耗少。

（3）应用范围广

本发明的分离产品为高纯Ca(OH)₂成品而非Ca²⁺，可以直接使用，烧结后又可作为电石的生产原料。电石渣为主要原材料且使用粒度范围广。大量消纳处理了大宗固废电石渣，减轻了固体废弃物对环境的污染。

（4）除杂效率高，综合性强

本发明采用水力旋流方法除杂过程中并不针对个别杂质设计相应的除杂工艺，而是通过调节核心参数使杂质高效综合去除。

（5）处理量大

单位容积的生产能力较大，单只串联分离系统生产能力达到5-15t/h，若在生产过程中并联多支，生产能力将得到进一步提升。

附图说明

图1为本发明利用电石渣制备高纯氢氧化钙工艺流程图；

图2为本发明中旋流分离系统串联方案1（最小串联单元）；

图3为本发明中旋流分离系统串联方案2（最小串联单元）；

图4为本发明中旋流分离系统并联方案1；

图5本发明中旋流分离系统并联方案2；

图6本发明中旋流分离系统串联方案3（最小串联单元）；

图7本发明中旋流分离系统串联方案4（最小串联单元）；

图8本发明中旋流分离系统并联方案3。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。而且本发明通过下面实施例，本领域技术人员是能够完全实现本发明权利要求记载的所有内容的。

实施例1

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，包括以下步骤：

（1）调浆：将电石渣与自来水配成10%电石渣浆液。

（2）高速分散：电石渣浆液置于高速分散机下以500r/min的转速下高速分散15min使电石渣中假团聚大颗粒充分破碎。

（3）过筛：将充分分散的电石渣浆液通过级筛，滤去粒径大于1mm的大颗粒杂质。

（4）搅拌：过筛处理完电石渣浆液加入搅拌罐中开始充分搅拌10min使电石渣浆液均匀并降低沉降效应。

（5）旋流分离：将搅拌均匀的电石渣浆液泵入采用二级一段筛选方案的Φ25mm-Φ50mm串联旋流分离系统，分别使用底流口直径为Φ2mm，Φ4mm进行除杂分离。

（6）产物收集：分别收集溢流、底流产物，沉降过滤收集。

本发明的分离产物Ca(OH)₂含量达到97.8%,与电石渣原渣Ca(OH)₂含量80.53%相比有很大幅度提升，产率为76.22%。杂质成分与电石渣原渣相比较，杂质SiO₂百分含量由10.43%下降至2.35%，Al₂O₃百分含量由3.71%下降至0.42%，Fe₂O₃百分含量由2.78%下降至0.60%，MgO百分含量由1.5%下降至0.08%，C百分含量由3.42%下降至0.6%。

实施例2

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，包括以下步骤：

（1）调浆：将电石渣与自来水配成15%电石渣浆液。

（2）高速分散：电石渣浆液置于高速分散机下以800r/min的转速下高速分散30min使电石渣中假团聚大颗粒充分破碎。

（3）过筛：将充分分散的电石渣浆液通过级筛，滤去粒径大于1mm的大颗粒杂质。

（4）搅拌：过筛处理完电石渣浆液加入搅拌罐中开始充分搅拌20min使电石渣浆液均匀并降低沉降效应。

（5）旋流分离：将搅拌均匀的电石渣浆液泵入采用一级二段筛选方案的Φ75mm-Φ150mm串联旋流分离系统，分别使用底流口直径为Φ4mm，Φ6mm进行除杂分离。

（6）产物收集：分别收集溢流、底流产物，沉降过滤收集。

本发明的分离产物Ca(OH)₂含量达到96.32%,与电石渣原渣Ca(OH)₂含量80.53%相比有很大幅度提升，产率为79.36%。杂质成分与电石渣原渣相比较，杂质SiO₂百分含量由10.43%下降至1.87%，Al₂O₃百分含量由3.71%下降至0.53%，Fe₂O₃百分含量由2.78%下降至0.60%，MgO百分含量由1.5%下降至0.12%，C百分含量由3.42%下降至0.71%。

实施例3

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，包括以下步骤：

（1）调浆：将电石渣与自来水配成20%电石渣浆液。

（2）高速分散：电石渣浆液置于高速分散机下以1000r/min的转速下高速分散45min使电石渣中假团聚大颗粒充分破碎。

（3）过筛：将充分分散的电石渣浆液通过级筛，滤去粒径大于1mm的大颗粒杂质。

（4）搅拌：过筛处理完电石渣浆液加入搅拌罐中开始充分搅拌30min使电石渣浆液均匀并降低沉降效应。

（5）旋流分离：将搅拌均匀的电石渣浆液泵入采用溢流回流的一级三段方案的Φ25mm-Φ75mm-Φ150mm串联旋流分离系统，分别使用底流口直径为Φ2mm，Φ4mm，Φ8mm进行除杂分离。

（6）产物收集：分别收集溢流、底流产物，沉降过滤收集。本发明的分离产物Ca(OH)₂含量达到96.14%,与电石渣原渣Ca(OH)₂含量80.53%相比有很大幅度提升，产率为83.7%。杂质成分与电石渣原渣相比较，杂质SiO₂百分含量由10.43%下降至2.45%，Al₂O₃百分含量由3.71%下降至0.54%，Fe₂O₃百分含量由2.78%下降至0.73%，MgO百分含量由1.5%下降至0.10%，C百分含量由3.42%下降至0.84%。

实施例4

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，包括以下步骤：

（1）调浆：将电石渣与自来水配成25%电石渣浆液。

（2）高速分散：电石渣浆液置于高速分散机下以1300r/min的转速下高速分散60min使电石渣中假团聚大颗粒充分破碎。

（3）过筛：将充分分散的电石渣浆液通过级筛，滤去粒径大于1mm的大颗粒杂质。

（4）搅拌：过筛处理完电石渣浆液加入搅拌罐中开始充分搅拌40min使电石渣浆液均匀并降低沉降效应。

（5）旋流分离：将搅拌均匀的电石渣浆液泵入采用一级三段混合分离方案的Φ50mm-Φ75mm-Φ150mm串联旋流分离系统，分别使用底流口直径为Φ2mm，Φ2mm，Φ4mm进行除杂分离。

（6）产物收集：分别收集溢流、底流产物，沉降过滤收集。

本发明的分离产物Ca(OH)₂含量达到95.80%,与电石渣原渣Ca(OH)2含量80.53%相比有大幅度提升，产率为85.2%。杂质成分与电石渣原渣相比较，杂质SiO₂百分含量由10.43%下降至2.17%，Al₂O₃百分含量由3.71%下降至0.31%，Fe₂O₃百分含量由2.78%下降至0.14%，MgO百分含量由1.5%下降至0.09%，C百分含量由3.42%下降至0.97%。

实施例5

一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，包括以下步骤：

（1）调浆：将电石渣与自来水配成30%电石渣浆液。

（2）高速分散：电石渣浆液置于高速分散机下以1500r/min的转速下高速分散75min使电石渣中假团聚大颗粒充分破碎。

（3）过筛：将充分分散的电石渣浆液通过级筛，滤去粒径大于1mm的大颗粒杂质。

（4）搅拌：过筛处理完电石渣浆液加入搅拌罐中开始充分搅拌50min使电石渣浆液均匀并降低沉降效应。

（5）旋流分离：将搅拌均匀的电石渣浆液泵入采用单支串并联综合方案的Φ25mm并联旋流分离系统，分别使用底流口直径为Φ2mm进行除杂分离。

（6）产物收集：分别收集溢流、底流产物，沉降过滤收集。本发明的分离产物Ca(OH)₂含量达到95.8%,与电石渣原渣Ca(OH)₂含量80.53%相比有很大幅度提升，产率为67.31%。杂质成分与电石渣原渣相比较，杂质SiO₂百分含量由10.43%下降至1.35%，Al₂O₃百分含量由3.71%下降至1.32%，Fe₂O₃百分含量由2.78%下降至0.65%，MgO百分含量由1.5%下降至0.17%，C百分含量由3.42%下降至1.06%。

如图2所示，二级一段筛选方案：通过旋流分离器A，溢流产物中仍含有大颗粒重介质杂质颗粒导致产物纯度较低，需将溢流产物泵入下一级旋流分离器B进一步分离提纯，直到溢流产物纯度达标。A,B旋流分离器规格选型依据入料电石渣粉体粒度分布范围。示意图为最小串联单元，可以具体情况扩展。

如图3所示，一级二段筛选方案：通过旋流分离器A，底流产物中含有细颗粒轻介质杂质颗粒导致溢流出料产率较低，需将底流产物泵入下一级旋流分离器B进一步分离提纯，直到溢流产物产率达标。A,B旋流分离器规格选型依据入料电石渣粉体粒度分布范围。示意图为最小串联单元，可依据具体情况扩展。

如图4所示，单支同参数规格并联方案：通过单支固定规格参数旋流分流器即可达到纯度要求的情况，同规格参数旋流分离器多支并联可显著提高分离产率。

如图5所示，两支串并联综合方案：通过采用图2，图3两种串联方案之一才能达到纯度要求的情况，先串联再并联同规格参数的多支旋流分离器可显著提高分离产率。

如图6所示，溢流回流的一级三段方案：经过旋流分离器B，底流产物中仍存在轻介质颗粒低溢流产率，需将底流产物泵入下一级旋流分离器A进一步分离提纯,在旋流分离器C中，溢流回流再次泵入旋流分离器A中，旋流分离器A与C形成物料循环，旋流分离器A中溢流产物再次回流进入旋流分离器B.示意图为最小串联单元，可依据具体情况扩展。

如图7所示，一级三段混合分离方案：经过旋流分离器A，底流产物中仍纯在轻介质颗粒降低溢流产率，需将底流产物泵入下一级旋流分离器C进一步分离提纯,在旋流分离器C中，合格产物进入溢流收集，底流再次泵入旋流分离器B中，旋流分离器B与C形成物料循环，有效提升溢流产率。示意图为最小串联单元，可依据具体情况扩展。

如图8所示，三支串并联综合方案：通过采用图7，图8两种串联方案之一才能达到纯度要求的情况，先串联再并联同规格参数的多支旋流分离器可显著提高分离产率。

需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种利用电石渣制备高纯氢氧化钙的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)调浆：将电石渣与水配成固含量5-30％电石渣浆液；

(2)分散：将所述步骤(1)中的电石渣浆在高速分散机中以500-1500r/min的转速高速分散10-90min使电石渣中团聚颗粒充分分散；

(3)过筛：将所述步骤(2)中的分散的电石渣浆液通过40-60目级筛，滤去粒径大的杂质；

(4)搅拌：将所述步骤(3)中的经过筛处理的电石渣浆液加入搅拌罐中开始搅拌10-30min，使电石渣浆液进一步均化并减小沉降效应；

(5)旋流分离：针对不同成分、不同粒度分布的电石渣选择设计相应的旋流分离系统，调整底流口直径进行分离除杂，具体实施技术方案如下：

将所述步骤(4)中的搅拌均匀的电石渣浆液泵入以筒体直径为Φ25mm的旋流分离器并联的旋流分离系统，或Φ50mm并联，或Φ75mm并联，或Φ25mm-Φ50mm串联，或Φ25mm-Φ75mm串联，或Φ25mm-Φ150mm串联，或Φ50mm-Φ75mm串联,或Φ50mm-Φ150mm串联，或Φ75mm-Φ150mm串联，或Φ25mm-Φ50mm-Φ75mm串联，或Φ25mm-Φ50mm-Φ150mm串联，或Φ25mm-Φ75mm-Φ150mm串联，或Φ50mm-Φ75mm-Φ150mm串联为最小循环单元的旋流分离系统；

依次调节影响分离效果的核心因素底流口尺寸，对单支并联的旋流分离系统底流口进行参数调整，包括Φ25mm，或Φ50mm，或Φ75mm并联旋流分离系统，针对不同粒度范围的电石渣选择使用Φ2mm，Φ4mm，Φ6mm，Φ8mm口径的底流口尺寸中的一种；对两支串联为最小循环单元的分离系统依次选用Φ2mm，Φ4mm，Φ6mm，Φ8mm口径的底流尺寸中的两种，包括对Φ50mm-Φ75mm串联为最小循环单元的分离系统选择底流口径Φ2mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ6mm，或Φ4mm-Φ2mm，或Φ4mm-Φ4mm，或Φ4mm-Φ8mm，或Φ6mm-Φ4mm，或Φ6mm-Φ8mm情况中的一组，对三支串联为最小循环单元的分离系统依次选用Φ2mm，Φ4mm，Φ6mm，Φ8mm口径的底流尺寸中的三种，包括对Φ25mm-Φ50mm-Φ150mm串联为最小循环单元的分离系统选择底流口径Φ2mm-Φ2mm-Φ2mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ2mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ6mm，或Φ2mm-Φ4mm-Φ8mm，或Φ2mm-Φ6mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ6mm-Φ8mm，或Φ2mm-Φ8mm-Φ4mm，或Φ2mm-Φ8mm-Φ6mm，或Φ2mm-Φ8mm-Φ8mm情况中的一种；

(6)产物收集：将所述步骤(5)中的溢流、底流产物分别收集，沉降过滤收集。