電石渣理化性質(zhì)的研究

電石渣是電石水解后獲得乙二醇的廢水。它非常細(xì)。由于含有少量碳和硫酸鹽，它是灰綠色和略帶味道的。主要成分是ca（h）2，殘?jiān)荡笥?2，給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。我國(guó)每年堆放的電石渣就有數(shù)百萬(wàn)噸,如處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重制約企業(yè)的發(fā)展。目前電石渣的回收利用主要有以下幾個(gè)方面:作為建材和路基原料、廢氣與廢水的處理、生產(chǎn)普通化工產(chǎn)品等。在一定程度取得了電石渣資源化利用的效果,緩解了電石渣對(duì)環(huán)境的污染。然而,電石渣作為建材與路基材料雖然是處理電石渣的有效途徑,既可節(jié)約成本又處理了廢渣,但仍然存在一些問(wèn)題。比如,用電石渣制備的墻體材料,容重比傳統(tǒng)燒結(jié)粘土磚大;以電石渣為原料,采用窯外分解法生產(chǎn)水泥熟料時(shí),摻量不高(不超過(guò)15%)。電石渣用于環(huán)保領(lǐng)域,可達(dá)到以廢治廢的目的,但用量有限。利用電石渣制備一般化工產(chǎn)品,其預(yù)處理過(guò)程復(fù)雜。所以,大部分廠家仍將電石渣棄置,既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。因此,需尋找一種新的電石渣資源化利用途徑,并將其轉(zhuǎn)化成高附加值的產(chǎn)品。筆者首次提出以電石渣作為鈣質(zhì)原料制備超輕硬硅鈣石型硅酸鈣保溫隔熱材料,并對(duì)電石渣的理化性質(zhì)進(jìn)行分析與表征,從而為電石渣制備超輕硬硅鈣石型硅酸鈣保溫隔熱材料以及制備其它產(chǎn)品提供理論依據(jù)。1樹(shù)體顆粒小、深灰灰色,一般為灰黑,一種灰黑色,則利用其包裝、堆堆時(shí)間長(zhǎng),我國(guó)年5月10日月日月食電石渣A:取自貴州省A廠,顆粒細(xì)微,有微臭味,顏色為深灰色,露天堆放時(shí)間短。電石渣B:取自貴州省B廠,顆粒細(xì)微,顏色為灰白色,露天堆放時(shí)間長(zhǎng)。石灰:市購(gòu),化學(xué)成分見(jiàn)表1。2測(cè)定電石渣組成(1)電石渣的化學(xué)成分測(cè)定:按照GB176-87《水泥化學(xué)分析方法》執(zhí)行。(2)電石渣粒徑分布:將電石渣于(105±1)℃烘干至恒重,采用篩析法測(cè)定電石渣粒徑分布。(3)電石渣微量元素測(cè)定:采用高頻電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-AES)測(cè)定電石渣中的微量元素。(4)電石渣放射性檢測(cè):按照GB6566-2001《建筑材料放射性核素限量》執(zhí)行。(5)采用D/Max-2200型X射線衍射儀(XRD)分析電石渣的礦物組成。(6)采用KYKY-1000B型掃描電子顯微鏡(SEM)分析電石渣的微觀形貌。(7)采用NETZSCHSTA449C型同步差熱分析儀(DSC/TG)分析電石渣的熱性能。3結(jié)果與分析3.1活性原料的配比對(duì)硬硅鈣石材料活性的影響電石渣A、B化學(xué)成分見(jiàn)表2。從表2數(shù)據(jù)可見(jiàn),所選取兩種電石渣的化學(xué)成分基本相同,主要成分是CaO,其次是Al2O3、SiO2及一定量的Fe2O3和MgO等。目前,制備硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料所需鈣質(zhì)原料一般為石灰,而石灰的純度在合成硬硅鈣石活性料漿中起著重要的作用?；钚訡aO含量越高越好,一般要求活性CaO含量>80%。與石灰的化學(xué)成分(見(jiàn)表1)比較,電石渣中CaO、MgO含量較石灰中的小,兩者的Fe2O3含量大致相同,但電石渣中Al2O3含量較石灰中的要高。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,原料中Al2O3過(guò)高,會(huì)抑制硬硅鈣石晶體的生長(zhǎng)。若以電石渣為鈣質(zhì)原料制備硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料,應(yīng)充分考慮含量相對(duì)較高的Al2O3的影響。此外,由于電石渣中主要成分是Ca(OH)2,化學(xué)結(jié)合水比重大,故實(shí)驗(yàn)以CaO計(jì)量電石渣中鈣質(zhì)含量時(shí),電石渣的燒失量就顯得比較大。3.2粒徑大小對(duì)電石渣粒徑的影響電石渣A、B的粒徑分布如表3和圖1所示。從表3數(shù)據(jù)可知,粒徑<48μm的電石渣A、B分別占3.32%、4.79%;在48~75μm的粒徑范圍電石渣A、B分別占9.09%、14.56%;在75~96μm的粒徑范圍電石渣A、B分別占8.99%、15.53%;在96~120μm的粒徑范圍電石渣A、B分別占5.88%、10.06%;在120~150μm的粒徑范圍電石渣A、B分別占5.20%、8.02%;在150~250μm的粒徑范圍電石渣A、B分別占8.23%、5.83%;在250~550μm的粒徑范圍電石渣A、B分別占16.99%、6.64%;>550μm的粒徑電石渣A、B分別占41.41%、34.57%。從圖1中看出,電石渣B中粒徑<150μm的顆粒含量較電石渣A中的要多,而電石渣A中粒徑>150μm的顆粒含量較電石渣B中的要多,表明電石渣B的平均粒徑較電石渣A的小。這主要是由于電石渣A是新鮮的電石渣,堆放時(shí)間短,含水量大,受水分子表面張力的作用使顆粒團(tuán)聚較嚴(yán)重,而電石渣B堆放時(shí)間長(zhǎng),由于水分的蒸發(fā)顆粒間作用力減弱使顆粒得到較好的分散。制備硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料時(shí),一般以生石灰、消石灰作為鈣質(zhì)原料,石灰細(xì)度越小,其活性就越大。而生石灰、消石灰的制備通常采用煅燒石灰石的方法制得。為便于煅燒,一般需對(duì)石灰石進(jìn)行煅燒之前的破碎處理。電石渣是電石水解獲取乙炔氣后的沉淀產(chǎn)物,由于受化學(xué)分散的作用,其顆粒細(xì)小,若用電石渣制備石灰,煅燒前就無(wú)需經(jīng)過(guò)破碎處理。3.3有害物允許含量電石渣A、B的微量元素測(cè)定結(jié)果如表4所示。由表4數(shù)據(jù)可見(jiàn),電石渣A和B中所含的微量元素均未超過(guò)GB4284-84《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的有害物允許含量。但電石渣中鎳、鉛、鉻、鋅、銅含量較高,其次是鎘、硼、砷等元素,如果電石渣任意的長(zhǎng)期堆放,這些微量元素有可能富集,從而超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn),對(duì)周圍的土壤造成破壞。因此,如何行之有效地處理電石渣是化工企業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。3.4可作為建筑物領(lǐng)域元素用量的電石渣用于中小型建筑電石渣A、B的放射性檢測(cè)結(jié)果如表5所示。由表5數(shù)據(jù)可見(jiàn),兩種電石渣放射性檢測(cè)結(jié)果都符合GB6566-2001《建筑材料放射性核元素限量》中的相關(guān)指標(biāo)要求。因此,電石渣可廣泛用于制備建筑物主體工程所使用的建筑材料,如建筑保溫材料、水泥、磚等。同時(shí)也可用于生產(chǎn)建筑物室內(nèi)、外飾面用的建筑、保溫隔熱材料,如保溫涂料、填料等。3.5電石渣b中caco3的晶體結(jié)構(gòu)電石渣A、B的XRD檢測(cè)圖譜如圖2所示。從圖2中可以看出,電石渣A與B都是以Ca(OH)2為主晶相,并含有少量的CaCO3晶相。其中,電石渣B中CaCO3的三強(qiáng)線衍射峰較電石渣A的強(qiáng),說(shuō)明電石渣B中的CaCO3晶體發(fā)育相對(duì)較好。這主要是由于電石渣B露天堆放時(shí)間長(zhǎng),亦即電石渣中的Ca(OH)2與空氣中的CO2接觸時(shí)間長(zhǎng),導(dǎo)致生成的CaCO3的量多,晶體發(fā)育相對(duì)較好。相反,由于電石渣A露天堆放時(shí)間短,生成CaCO3的量相對(duì)較少,晶體發(fā)育相對(duì)較差。因此,電石渣綜合利用時(shí),要考慮其礦物組成不同所造成的性質(zhì)差異。3.6硬硅鈣石材料的xrd結(jié)果與分析電石渣A、B的掃描電鏡(SEM)照片如圖3所示。從圖3中看出,電石渣由許多分布零亂,大小不均的塊狀顆粒組成,表面結(jié)構(gòu)疏松,顆粒間不規(guī)則分布著許多尺寸差別較大的孔隙。圖3(a)中,通過(guò)電鏡進(jìn)一步放大,可以知道電石渣A的顆粒形狀近球形,顆粒之間緊密團(tuán)聚;而圖3(b)中,電石渣B除了球形顆粒外,還存在一定的方解石形狀的塊體,球形顆粒鑲嵌在其中。結(jié)合圖2電石渣的XRD分析結(jié)果可知,球形顆粒為Ca(OH)2晶體,方解石形狀的塊體為CaCO3晶體。在利用動(dòng)態(tài)水熱合成法制備硬硅鈣石型硅酸鈣材料的過(guò)程中,原料顆粒的分散均勻有利于水熱合成反應(yīng)傳質(zhì)傳熱。通過(guò)圖3(a)中可以看出,電石渣顆粒緊密團(tuán)聚,以之為原料制備硬硅鈣石型硅酸鈣材料時(shí),若不加以分散改性,勢(shì)必影響合成反應(yīng)。在利用電石渣中的Ca(OH)2作為鈣質(zhì)原料制備硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料時(shí),由于CaCO3不參與水熱合成反應(yīng),故應(yīng)充分考慮CaCO3的存在所帶來(lái)的各種影響因素。CaCO3含量大的電石渣,其有效鈣的含量就低,而要完全生成硬硅鈣石,鈣硅比必須為1:1。這樣,如果不考慮CaCO3的存在,勢(shì)必影響配料精度。3.7現(xiàn)行電石渣膜脫結(jié)晶水所致cao電石渣A、B的DSC/TG差熱分析圖譜如圖4所示。從圖4中可知,電石渣A和B的第一個(gè)吸熱峰峰值分別是133.0℃和135.0℃,并且發(fā)生了微量的質(zhì)量變化,這是由于電石渣脫結(jié)晶水所致;電石渣A和B的第二個(gè)吸熱峰峰值分別是460.8℃和463.8℃,并且失重17.7%和16.53%,這是由于電石渣中Ca(OH)2分解成CaO所致;電石渣A和B的第三個(gè)吸熱峰峰值分別是652.2℃和727.4℃,并且失重2.1%和7.27%,結(jié)合XRD和SEM分析結(jié)果可知,這是由于電石渣中CaCO3分解成CaO所致。電石渣B中CaCO3的分解溫度較電石渣A的高,進(jìn)一步印證了電石渣B中的CaCO3晶體發(fā)育較電石渣A的好。4電石渣的粒徑(1)電石渣A、B的化學(xué)成分各含量大致相同,均是以CaO為主要成分,其次是Al2O3、SiO2及一定量的Fe2O3和MgO等。與石灰的化學(xué)成分比較,Al2O3含量相對(duì)較高,若以電石渣為鈣質(zhì)原料制備硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料,應(yīng)充分考慮含量相對(duì)較高的Al2O3的影響。(2)電石渣A、B的顆粒都很細(xì)微,均在微米級(jí)范圍內(nèi)。由于電石渣B露天堆放時(shí)間長(zhǎng),含水量小,顆粒分散性好,而電石渣A露天堆放時(shí)間短,含水量大,顆粒易團(tuán)聚而使得顆粒平均粒徑較電石渣B的大。又因電石渣顆粒細(xì)小,煅燒前無(wú)需破碎處理即可制得石灰。(3)電石渣的微量元素均未超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)、并且放射性檢測(cè)并符合GB6566-2001《建筑材料放射性核元素限量》中的技術(shù)要求,可廣泛應(yīng)用于建筑主體材料和室內(nèi)、外飾面材料,以及用于制備其它各種化工產(chǎn)品。(4)在利用電石渣制備