电石渣代替石灰用于氧化铝生产的研究

电石渣代替石灰用于氧化铝生产的研究

孔小原

国家电投集团山西铝业有限公司    山西省    忻州市    034000

摘要：氧化铝是一种重要的工业原料，在许多领域都有广泛的应用，如陶瓷、金属、电子等。在氧化铝生产过程中，石灰一直被用作主要的原料之一，起到提供热量和反应介质的作用。然而，石灰的开采和加工过程中存在着许多问题，如资源浪费、环境污染等。因此，电石渣是一种可替代石灰的环保型原料成为了氧化铝生产的研究热点。

关键词：电石渣；氧化铝；生产工艺

1.电石渣和石灰的化学性质对比

1.1 电石渣和石灰的成分分析

1.1.1石灰成分分析

石灰是一种以氧化钙为主要成分的矿物质，其含量通常在90%以上。其余的成分包括硅、铝、镁、铁等氧化物以及一些有机质。这些成分在石灰中扮演着不同的角色。

氧化钙是石灰的主要成分，具有高碱性，可以中和酸性物质并提高土壤的pH值。此外，氧化钙还能提供植物生长所需的钙元素，促进植物生长。硅、铝、镁、铁等氧化物虽然在石灰中的含量较低，但它们对于植物生长和土壤改良也是非常重要的。例如，硅可以提高作物的抗病性和耐旱性，铝可以改善土壤结构，镁可以促进光合作用，而铁则有助于提高作物的抗逆性。

1.1.2电石渣成分分析

电石渣是电石（碳化钙）在制备乙炔气时产生的废渣，主要成分包括氧化钙、二氧化硅、铝硅酸盐、氧化镁、三氧化二铁等。其中，氧化钙的含量最高，通常在60%以上。

这些成分在电石渣中的作用也各不相同。氧化钙提供了碱性环境，有助于中和酸性物质和提高土壤的pH值。二氧化硅和铝硅酸盐可以提高土壤的硬度，改善土壤结构。氧化镁可以提供植物生长所需的镁元素，促进植物的光合作用。

1.2 电石渣和石灰的化学反应特性比较

电石渣和石灰的化学反应特性存在明显的差异。首先，从化学成分来看，电石渣主要成分是Ca(OH)2，而石灰石的主要成分是CaCO3；其次，两者的分解特性也不同。加热至550℃时，电石渣中的Ca(OH)2开始分解，而石灰石在加热至750℃时才开始分解。而且，电石渣在加热过程中，部分Ca(OH)2会吸收气体中的CO2形成CaCO3。在900℃以上时，上述两部分生成的CaCO3又会重新分解；最后，反应过程中的热量变化也有所不同。

2.电石渣代替石灰在氧化铝生产中的应用可行性分析

2.1 电石渣和石灰在氧化铝生产中的传统用途

在氧化铝生产中，石灰和电石渣都有一定的应用。石灰主要作为熔剂，在拜耳法或碱法处理矿石时，与矿石中的硅酸盐矿物反应，形成低硅的拜耳石或霞石，从而实现与铝土矿的分离。而电石渣则主要用于替代部分石灰，作为拜耳法中熔剂的一部分。

然而，电石渣代替石灰用于氧化铝生产的研究仍具有一定的挑战性。首先，电石渣中的氧化钙含量虽然较高，但含有部分杂质，如硅、铝、铁等氧化物。这些杂质可能会对氧化铝的生产过程产生不利影响，如降低拜耳石或霞石的纯度，增加除杂的难度和成本。其次，电石渣的分解特性与石灰存在差异。电石渣在加热过程中会吸收CO2形成CaCO3，这可能会对熟料烧成热耗产生影响。此外，电石渣分解后形成的Ca(OH)2可能与矿石中的硅酸盐矿物反应不完全，导致拜耳石或霞石的纯度降低。

2.2 电石渣代替石灰的潜在优势和挑战

2.2.1潜在优势

使用电石渣代替石灰进行氧化铝生产具有一些潜在的优势。首先，电石渣是一种工业废弃物，来源广泛且成本较低，因此可以降低氧化铝生产的原料成本。其次，电石渣中的氧化钙含量较高，可以替代部分石灰，减少石灰的使用量，降低生产过程中的能耗。

2.2.2挑战与对策

将一些杂质可能会对生产过程产生不利影响。针对这一问题，可以采取一些预处理方法，如对电石渣进行提纯或去除其中的杂质，以提高其纯度。其次，电石渣的分解特性与石灰存在差异，这可能会对生产过程中的热耗产生影响。对此，可以调整生产工艺参数，优化电石渣的分解条件。此外，拜耳法或碱法处理矿石时，还需要对矿石的粒度和矿物组成进行调整，以适应电石渣作为原料时的反应条件。

3.电石渣代替石灰进行氧化铝生产的工艺研究

3.1 实验材料与方法

本实验采用电石渣和某地铝土矿为原料，进行氧化铝生产工艺研究。实验方法包括原料预处理、配料、烧成、水浸、除杂、拜耳法分离等步骤。预处理过程包括将电石渣磨细至一定粒度，铝土矿破碎、筛分，去除其中的杂质。配料时，将电石渣、石灰石和铝土矿按一定比例混合，加入适量的纯碱。烧成过程采用回转窑进行，控制窑内温度和气氛。水浸过程是将烧成后的熟料用水浸泡，使可溶性氧化铝进入溶液，再经过除杂、拜耳法分离得到氧化铝产品。

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 电石渣的成分分析

实验所用电石渣的主要成分包括Ca(OH)2、SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3等。其中，Ca(OH)2含量较高，达到60%以上，具有中和酸性物质和提高土壤pH值的作用。SiO2、Al2O3、MgO、Fe2O3等成分虽然含量较低，但在植物生长和土壤改良中具有重要作用。

3.2.2 氧化铝生产过程中的热效应

在氧化铝生产过程中，电石渣代替石灰后，由于其分解吸热，会使窑内温度降低约10℃～20℃。这有利于降低熟料烧成热耗，但也可能影响矿石中硅酸盐矿物的分解和反应速度。因此，在实验过程中，通过调整窑内气氛和烧成时间等方法，优化氧化铝生产的工艺参数。

3.2.3 拜耳法分离效果

在拜耳法分离过程中，电石渣作为熔剂使用后，经过水浸和除杂处理，拜耳石或霞石的纯度可以达到90%以上。这与传统石灰作为熔剂的分离效果相当，但降低了石灰的使用量。此外，通过调整电石渣的成分和比例，可以进一步优化拜耳石或霞石的纯度和产量。

3.2.4 经济效益分析

采用电石渣代替石灰进行氧化铝生产，可以降低原料成本和生产能耗。根据实验数据计算，使用电石渣后可降低成本约10%左右。同时，电石渣作为工业废弃物可以得到充分利用，减少废弃物的排放和对环境的污染。

3.3电石渣代替石灰后的新工艺流程设计

针对电石渣代替石灰用于氧化铝生产过程中可能遇到的问题，可以设计新的工艺流程，以提高生产效率和氧化铝产品的纯度。以下是新工艺流程的设计：

①配料阶段：将电石渣、石灰石和铝土矿按照一定比例混合，加入适量的纯碱。在此阶段，需要对电石渣进行必要的预处理，如除杂、破碎等，以提高其反应活性。

②烧成阶段：将配料放入回转窑中，控制窑内温度和气氛。在此阶段，可以通过调整电石渣的分解条件，如气氛、温度等，优化拜耳石或霞石的形成过程。

③水浸阶段：将烧成后的熟料用水浸泡，使可溶性氧化铝进入溶液。在此阶段，需要控制水浸的时间和温度，以最大限度地提取氧化铝。

④除杂阶段：通过化学或物理方法去除水浸液中的杂质，以提高拜耳石或霞石的纯度。

⑤拜耳法分离阶段：在除杂后的溶液中加入适量的石灰乳和纯碱，经过搅拌、静置等过程，实现拜耳石或霞石与铝土矿的分离。

⑥产品处理阶段：将拜耳石或霞石进行洗涤、干燥等处理，得到高纯度的氧化铝产品。

结语

总而言之，在氧化铝生产过程中，电石渣的利用是一项技术创新，具有较大的潜力。虽然存在一些挑战和问题，但通过不断的研究和改进，电石渣代替石灰的氧化铝生产工艺将会更加成熟和高效。这种新工艺的应用将会带来显著的经济效益和环境效益，推动氧化铝生产的可持续发展。

参考文献

[1]赵加平,陈映,李俊福等.电石渣代替石灰用于氧化铝生产的研究[J].云南冶金,2022,51(04):85-90.

[2]夏杰,潘军,王亚莉等.电石渣代替石灰在氧化铝生产中的研究[J].资源信息与工程,2017,32(01):84-85+89.

[3].电石渣替代石灰用于氧化铝生产项目将动工[J].氯碱工业,2013,49(09):48.