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电石渣是化工行业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,综合利用电石渣生产水泥是国家大力推广的产业政策。干排电石主要矿物为Ca(OH)2,为了高效、低能耗利用电石渣,需要研究探索电石渣在预热预分解系统中的分解动力学特征及相关化学反应过程。
通过扫描电镜和化学分析方法测定电石渣的颗粒形貌及化学成分。通过采用激光粒度分析仪得到电石渣颗粒分布曲线,得出干排电石渣的颗粒级配,干排电石渣粉末通过筛分除去200μm以上大颗粒以后,80μm以上的颗粒仅占10%左右,不需再进行粉磨。
干排电石渣的其热分解特性以及分解动力学过程与石灰石不同。因此新型干法水泥生产线在使用干排电石渣前应进行干排电石渣的热分解特性以及分解动力学过程研究,以指导预热预分解系统的设计及参数的选择。用热分析曲线比较电石渣和石灰石两者分解特性。通过热分析得到电石渣中氢氧化钙和石灰石中碳酸钙分解热耗分别为72.25 KJ/mol和142.93 KJ/mol;热力学计算氢氧化钙和碳酸钙理论分解热耗分别为97.93 KJ/mol和165.33KJ/mol,热分析结果比热力学计算值低。采用Melak法求得电石渣中氢氧化钙分解的活化能Ea=124.01KJ/mol,反应机理函数微分形式为f(α)=(1-α)2/3,动力学因子A=20.92。电石渣的分解热耗比石灰石低,为低能耗的利用干排电石渣生产水泥提供可能。
为了研究干排电石渣在预热预分解系统中的化学反应过程,采用可调节气氛的高温炉作为实验装置。通过调节气氛炉内的CO2浓度,温度和反应时间,分析低温段和高温段的反应产物得到气氛浓度、温度和时间对干排电石渣化学反应过程的影响。分析反应后的产物得到:350~650℃低温段内,CO2气氛条件下存在电石渣的碳化;在800℃下,CO2气氛条件下电石渣分解得到的产物为CaO。电石渣碳化过程的存在导致现有预热预分解系统无法高效、低能耗的利用电石渣,提出在高温段分解电石渣,避免了电石渣的碳化再分解。
根据干排电石渣化学物理性能的研究结果,分析干排电石渣直接运用于现有新型干法水泥生产线存在的问题,提出将进厂干排电石渣通过选粉机选粉后,粗颗粒进入生料磨系统,细颗粒单独库存。将低钙生料入五级旋风预热器的C2-C1出风管,干排电石渣单独入窑尾分解炉的窑尾工艺系统。