利用電石渣生產(chǎn)碳化磚的工藝與技術

1、利用電石渣生產(chǎn)碳化磚的工藝與技術利用電.tb-=查生產(chǎn)碳化磚的工藝-u技術梁嘉琪(貴州省建材科研設計院,貴州貴陽550007)【摘要】碳化磚以電石渣(也稱電石泥),粉煤灰,爐渣和石粉等工業(yè)廢渣為主要原料,經(jīng)過配料,壓制成型和碳化以后,得到強度等級為mu10qviu20的碳化制品.碳化磚與其他非燒結磚相比,具有強度高,后期強度隨時間增長而增長的優(yōu)點,碳化磚的抗凍性和抗風化性能優(yōu)異,不會產(chǎn)生硅酸鹽磚常見的收縮問題,成為消納工業(yè)廢渣,利廢節(jié)能的好產(chǎn)品.文章詳細論述了碳化磚的愿料,碳化原理,生產(chǎn)工藝流程,主要的生產(chǎn)設備以及生產(chǎn)中應當注意的問題.同時對新建碳化磚生產(chǎn)線的投資估算及經(jīng)濟效益進行了分析.【a

2、bstractthecarbonbrickismadeofindustrialwastes,suchas,carbideslag,flyash,slagandrockpowder.comparingwithotherunfiredbrick,thecarbidebrickhashigherstrength徹u10一mu20)whichincreaseswithtime,goodfrostresistanceandweatherproofwhichensuresnoshrinkage.thepaperdetailstherawmaterialforproducingcarbonbrick,car

3、bonizingtheory,procesmainequipmentandproblemsoccuedinproduction.finally,analyzestheestimatedinvestandeconomicbenefitforconstructingacarbonbrickproductionline.中圖分類號:tu522.09文獻標識碼:a文章編號:1001-6945(2006io50020041先從磚說起在磚的系列中,有燒結磚和非燒結磚兩大系列,顧名思義,前者是經(jīng)過高溫燒結而獲得強度的,所以稱為燒結磚,后者沒有經(jīng)過高溫燒結,而是采用其他養(yǎng)護方法獲得強度,故稱之為非燒結磚.非燒

4、結磚獲得強度有三大途徑:水化生成硅酸鹽礦物;生成石膏(caso4?2h20);生成碳酸鈣(cacos).例如水泥磚,水泥輕質砌塊等制品在自然養(yǎng)護條件下,以及灰砂磚,粉煤灰磚和加氣混凝土等制品在蒸壓養(yǎng)護等條件下,經(jīng)過水化反應獲得強度,它們屬于硅酸鹽制品;石膏砌塊,石膏板,石膏裝飾板等制品是利用炒制過的半水石膏(caso3-0.5h20)加水拌和后,在于燥過程中重新生成caso?2h:0,并迅速凝結產(chǎn)生強度,所以它們屬于石膏制品;碳化磚利用氫氧化鈣ca(oh)z經(jīng)過碳化還原生成碳酸鈣caco,(石灰石的主要成分)從而得到強度,這就是本文以下要介紹的碳化制品.對硅酸鹽制品和石膏制品來說大家比較熟悉,

5、而對采用碳化工藝生產(chǎn)的碳化制品,了解的人知之甚少.其實,碳化磚(carbonatedlimebrick)在我國已經(jīng)有40多年的歷史,我國于20世紀50年代就開始試制碳化制品,先后研制出碳化磚實心磚,碳化空心條板,碳化中型砌塊,碳化裝飾薄板,碳化珍珠巖輕質保溫材料等,并廣泛應用于工業(yè)與民用建筑的外墻,隔墻,外裝飾及保溫隔熱等部位.北京,河北,湖北,寧夏,貴州等省先后建有碳化磚和碳化制品生產(chǎn)廠.其中貴州水20wwu*.brick-tile.cos晶集團(原貴州第九有機化工廠)碳化磚分廠于20世紀7o年代建廠,利用該廠排放的電石渣和電石爐廢氣生產(chǎn)碳化實心磚和碳化空心磚,至今已有3o多年的歷史仍然在正

6、常生產(chǎn),做到了資源循環(huán)再生利用,節(jié)能利廢和保護環(huán)境,創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益.碳化磚以電石渣(也稱電石泥),粉煤灰,爐渣和石粉等工業(yè)廢渣為主要原料,經(jīng)過配料,壓制成型和碳化以后,得到強度等級為mu10.一mu20的碳化制品,工藝過程比較簡單.與其他非燒結磚相比,碳化磚具有強度高,后期強度隨時間增長而增加的優(yōu)點,碳化磚的抗凍性和抗風化性能優(yōu)異,不會產(chǎn)生硅酸鹽磚常見的收縮問題,成為消納工業(yè)廢渣,利廢節(jié)能的好產(chǎn)品.在當前國家大力倡導發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,創(chuàng)建節(jié)約型社會的今天,碳化磚再次受到了人們的重視.2生產(chǎn)碳化磚的原料生產(chǎn)碳化磚的主要原料有三種:骨料(也稱集料),填充料,膠結料(如生石灰)等,這些原

7、料在稱呼上與生產(chǎn)硅酸鹽磚的原料基本相同.但不同的是,碳化磚原料中的石灰基本上不參與集料的化學反應,而是自身在碳化的作用下,還原成碳酸鈣,從而獲得強度;而硅酸鹽磚中的石灰,是作為堿激發(fā)料激活集料中的硅鋁酸鹽礦物,產(chǎn)生水化反應生成新的硅酸鹽礦物產(chǎn)生強度的.由于強度礦物產(chǎn)生的途徑不一樣,因而對原料的要求也不相同.能夠作骨料的有:爐渣,建筑砂石,煤矸石,礦渣以及2006-磷渣等工業(yè)廢渣,作填充料的有粉煤灰,尾礦粉,石粉和各種粉狀的工業(yè)廢渣.膠結料主要是生石灰,這是生產(chǎn)碳化磚最重要的原料,當前,電石渣(英文名為:calciumcal.bidesludge)成為替代生石灰的重要膠結料,被廣泛地用于碳化磚的

8、生產(chǎn).電石渣是化工廠乙炔發(fā)生站消解電石以后排出的廢渣,呈淤泥狀,主要的化學成分是氫氧化鈣ca(on)2l,因而是石灰最好的替代品.電石渣的化學成分范圍一般為:sio22%一5%,.al2031.5%-4%,fe2030.2%-一0.14%,cao65%-71%,mgo0.22%一l_68%,燒失量22%一26%.電石渣在排出時含水率非常高,達到85%-90%,在灰壩沉淀堆積以后,水分可以降到50%以下,干燥后呈灰白色,顆粒細小且均勻,粒度在0.050.0lmm范圍內,體積密度小而結構松散(見圖1).圖1經(jīng)過脫水的電石渣(含水率40%)用電石渣替代生石灰生產(chǎn)碳化磚,有著十分重要的意義,不僅僅是單

9、純上的替代作用,而是實現(xiàn)了真正意義上的資源循環(huán)再生利用,對化害為利,消除污染和變廢為寶等方面有著十分積極的作用,因此,利用電石渣生產(chǎn)的碳化磚,屬于典型的綠色建材產(chǎn)品.3碳化的原理與生產(chǎn)硅酸鹽制品(磚)的復雜水化反應相比,碳化磚的碳化原理太簡單了:生石灰(ca0)加水消解以后生成氫氧化鈣ca(oh):,電石渣中正好富含ca(oh),在含有co:的廢氣的碳化作用下,ca(0h)還原成碳酸鈣(cac03),碳酸鈣是自然界中石灰石,大理石和方解石的主要成分,強度就是這樣形成的.這一反應過程如下:石灰石caco,cao+cot(石灰石煅燒)cao+hz0阻ca(oh)2(生石灰消解)ca(0h)+c0:

10、量caco,+h20(制品碳化)碳化生成的caco,(碳酸鈣)經(jīng)過結晶和膠結骨料,使制品產(chǎn)生了強度.不言而喻,碳化的過程就是把混合料中2006的ca(oh還原成caco3的過程.同時還可以看出,其他集料并沒有參與上述過程,雖然實際生產(chǎn)中,集料中的sio:,a1203等元素有可能參與了水化反應,但在自然養(yǎng)護的條件下,這種反應是微乎其微的,完全可以忽略不計,即便有也沒有害處(其實還有好處).所以,碳化磚對集料沒有太多的特殊要求,這是生產(chǎn)碳化磚最有利的條件之一.4碳化磚的生產(chǎn)工藝4.1工藝流程十分巧合的是,碳化磚與硅酸鹽磚相比,除了強度礦物的生成機理不同和碳化方式與養(yǎng)護方式不同以外,碳化磚與硅酸鹽磚

11、的生產(chǎn)工藝過程基本相同,連設備的選擇也差不多,有太多的共同之處.所以,熟悉了硅酸鹽磚生產(chǎn)工藝,將毫不費勁地就可以掌握碳化磚的生產(chǎn)方法.以我院設計的年產(chǎn)300o萬塊碳化磚生產(chǎn)線為例,工藝流程如下(見圖2).塑壑li一一陳化庫(消解庫)圓盤壓磚機碳化磚坯(半成品)圖2碳化磚生產(chǎn)工藝流程囤4_2工藝流程簡述電石渣,粉煤灰和爐渣分別用電子皮帶秤計量,進入強制式攪拌機混合攪拌,攪拌后的混合料送入3個消解庫中陳化8h以上,讓游離氧化鈣充分消解(見圖3).之后采用120t8孑l圓盤壓磚機壓制成型,成型后的磚坯由人工碼到小平車上(見圖4),再由傳輸設備將其轉運至碳化室里進行碳化.圖3簡易陳化庫gtlt#w.b

12、rick-tile.coin21圖4碳化磚的壓制成型碳化室也很像燒結磚廠的隧道式干燥室(見圖5),含二氧化碳的廢氣由引風機送至碳化室的底部,并均勻地吹入碳化室內,磚坯經(jīng)過812h以上的碳化養(yǎng)護,即可以達到mu7.5(約75khi)以上的強度,時間越長強度越高.碳化合格的成品經(jīng)過榆驗之后,可銷售出廠.圖5剛出碳化室的碳化磚4.3生產(chǎn)配方原料不一樣,其配也不相同,項目建設之前應當對準備采用的原材料進行系統(tǒng)的化驗分析,特別是電石渣中的cao含量尤其重要,由此決定其他物料摻入的比例,以下介紹一?個基本的配方見表l.表1碳化磚基本配方表5主要生產(chǎn)設備生產(chǎn)碳化磚的設備大多數(shù)與生產(chǎn)硅酸鹽磚的設備相同,這些設

13、備都可以在國內配套解決,來源廣泛且通用性強.我們還是以年產(chǎn)3000萬塊碳化磚生產(chǎn)線為例,主要生產(chǎn)設備見表2.22謄00暖弱重鼬圈-表2主要生產(chǎn)設備表6投資估算及經(jīng)濟效益6.1建設條件碳化磚生產(chǎn)線對場地的要求比較簡單,年產(chǎn)3000萬塊的規(guī)模一般需要占地面積2萬hi(30畝)左右,即可靈活布置生產(chǎn)車間,又保證足夠的成品堆場(見圖6),廠址應當靠近廢氣的氣源點和廢渣排放地為宜,避免過長距離的運輸而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)成本.生產(chǎn)線每天耗水量約2030m,年耗電量約6o7o萬kwh.由于生產(chǎn)碳化磚不需要像燒結制品那樣的窯爐或鍋爐,也不用燃料,所以沒有廢氣產(chǎn)生.而經(jīng)過利用的含co:廢氣,在經(jīng)過利用之后得到凈化,

14、達到潔凈排放,完全是綠色化生產(chǎn),環(huán)保效益非常好.圖6碳化磚的成品堆場6.2建筑及結構住南方地區(qū),廠房能夠遮風避雨即可,沒有特殊的要求.而在北l方地區(qū),應當考慮到冬季生產(chǎn)的需要,生產(chǎn)車間也應當考慮采暖的措施.一般情況下,年產(chǎn)量3000萬塊規(guī)模生產(chǎn)線建筑部分的費用為6080萬元(不包括采暖設施),全部為單層工業(yè)廠房.63投資估算項目的總投資按照年生產(chǎn)能力3000萬塊規(guī)模進2oo6iglgl,.bric一fie.c口trl行測算,并且把設計費,建設期管理費和基本預備費(不可預見費)等費用依照規(guī)定都計算在內,以真實地反映項目實際投入和分布情況,便于決策者參考.測算結果匯總于表3.表3總投資估算表單位:

15、萬元費用名稱建筑工程費設備費安裝及運雜費其他費合h6.4經(jīng)濟效益由于生產(chǎn)碳化磚的原料基本上都是工業(yè)廢料,并且可以享受國家有關免稅的各項優(yōu)惠條件,所以生產(chǎn)成本低廉.在貴州省,碳化磚的生產(chǎn)成本一般為700-800元/每萬塊磚,而市場銷售價格為14001600元/每萬塊磚,以年產(chǎn)3000萬塊計算,年銷售收入為420480萬元,利潤達到210-240萬元,項目的投資回收期僅僅為2.271.98年(不包括建設期),經(jīng)濟效益還是十分可觀的.以上計算還只是項目本身的效益,尚未把減少占地,減少廢渣處置費和環(huán)境治理費等費用計算在內.7應當注意的問題7.1石渣的cao含量很重要cao含量越高,ca(0就越多,碳化

16、后生成caco3越多,當然碳化磚的強度就越高.如果電石渣中的cao不足60%h,可以考慮補充生石灰來解決,以提高cao的含量.7.2廢氣中的co2濃度很關鍵co:(二氧化碳)濃度是決定碳化磚碳化周期的重要工藝參數(shù),co:濃度越低,碳化周期越長,反之,則可以縮短碳化周期.生產(chǎn)石灰和電石的煅燒爐廢氣中coz濃度最高,是理想的碳化氣體來源,其他窯爐產(chǎn)生的廢氣co:濃度耍低得多,不宜利用,否則碳化周期太長.7.3碳化室的設計要重視目前,碳化室有室式和隧道式兩種,前者是問歇式生產(chǎn)的,后者是連續(xù)式生產(chǎn)的,也是目前采用最多的碳化室.除此之外還有負壓碳化室和正壓碳化室之分,各有優(yōu)缺點.與燒結磚廠的干燥室一樣,

17、碳化室設計是否合理,對碳化效果影響很大,必須引起高度的重視.7.4坯體密度,成型水分一樣不能少這幾個工藝參數(shù),不僅對碳化磚的質量產(chǎn)生影響,而且直接關系到碳化程度,碳化時間和碳化效果,不同的原料有不同的工藝參數(shù),要依據(jù)自己的原料性質合理地制定適宜的工藝參數(shù).7.5產(chǎn)品的品種本文只介紹了碳化實心磚的生產(chǎn)技術,其實碳化制品遠遠不止這些,還有碳化空心磚,碳化砌塊,碳化樓板等產(chǎn)品(見圖7),在生產(chǎn)中除了成型方法不一樣外,其碳化機理都是一致的,可以根據(jù)當?shù)氐脑咸攸c和市場情況選擇產(chǎn)品的種類.圖7部分碳化磚制品8結束語經(jīng)過以上介紹,我們對碳化磚的生產(chǎn)技術有了一個初步的了解,顯而易見,碳化磚的優(yōu)點是很多的,首先,碳化磚可以全部利用工業(yè)廢渣作原料,并且利用窯爐廢氣作為氣源,產(chǎn)品不需要