--以西部镁业有限公司为例
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摘要：实验以新疆和西宁盐湖所产生的电石废渣和石灰-氨联合法生产镁系产品产生的含氨母液为研究对象，对比了这两种电石渣及目前采用的石灰（乌兰昕源）的化灰性能及蒸氨废液产生量，并且对比了在相同条件下这种两种电石渣与石灰相对母液中氨的回收效果。得出结论电石渣代替石灰用于含氨母液蒸氨具有一定的可行性，但后续存在的问题还需深入研究。
关键字：电石废渣 含氨母液 石灰
青海西部镁业有限公司以盐湖镁资源采用石灰-氨联合法生产高纯氢氧化镁，并以生产的高纯氢氧化镁为原料采用轻烧-细磨-压球-电熔炉高温熔炼集成工艺生一系列镁产品。
生产过程中对于氨的回收利用采用索尔维法，将过滤后的母液与石灰乳混合在蒸氨塔中蒸出氨气送到反应釜中加以回收利用[1]。本公司采用的石灰主要来自青海大柴旦昕源和乌兰鼎诚。昕源石灰厂的石灰中氧化钙含量较少但是价格便宜，乌兰鼎诚的石灰纯度高但价格较高。公司目前是将两种石灰掺杂着使用，由于石灰在化灰机中加水反应时会在表明形成一层Ca(OH)2乳浊液影响石灰内部氧化钙与水的反应，导致石灰乳中活性物质浓度降低，母液中氯化铵回收不完全。石灰乳与含氨母液反应后进行蒸氨的过程中蒸汽消耗量大，蒸氨后的废液难以回收利用造成环境污染。目前蒸氨废液的回收利用也是有待解决的难题。
随着我国电石工业的快速发展，大量电石渣不断积累，不但要占用大量的土地，而且对土壤有严重侵蚀。电石渣的主要成分是Ca(OH)2同时含有少量的CaC2。有研究将其用于与氯化铵溶液反应制备高纯CaCl2[2]。如果能用电石渣代替石灰用于蒸氨工段实现氨的回收利用，不仅能解决石灰反应不全的问题并且能将电石渣回收利用保护环境的同时为企业节约成本。
本实验以新疆和西宁盐湖所产生的电石废渣和石灰-氨联合法生产镁系产品生的含氨母液为研究对象，对比了这两种电石渣及目前采用的石灰（乌兰昕源）的化灰性能及蒸氨废液产生量，并且对比了在相同条件下这种两种电石渣与石灰相对母液中氨的回收效果。
1、实验部分：
1.1电石渣成分分析：新疆、西宁盐湖所提供的电石渣成分分析：
表1-1电石渣含量分析
名称 Ca2+（%） Ca(OH)2（%） Si(%) Al(%) Fe（%） C(%)
电石渣（盐湖） 46.37 85.71 0.4636 0.3237 0.0226 0.93
电石渣（新疆） 44.40 82.06 0.9274 0.4142 0.0166 0.92
结果表明新疆与西宁盐湖所的电石渣中Ca(OH)2含量占80%以上，其中新疆的电石渣中硅含量是西宁盐湖所电石渣的两倍，其它元素含量几乎相同。
1.2电石渣与生石灰（乌兰昕源）化灰性能比较：
实验过程：分别称取100g昕源生石灰和电石渣（新疆、盐湖）放入1000ml烧杯中，并按一定配比量取去离子水倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌溶解15分钟，记录化灰时的最高温度。并移取5mL至锥形瓶测其浓度，详细结果见表2-1。
表1-2化灰性能对比
名称 投入量（g） 加水量（mL） 温度（℃） 浓度（TT)
生石灰（昕源） 100 180 73 153.21
电石渣（盐湖） 100 150 17 150.42
电石渣（新疆） 100 200 17 152.11
从上表中的数据可以看出，在浓度达到蒸氨所需的Ca(OH)2浓度150 TT时，昕源生石灰的配比是1：1.8，且化灰温度达73℃，新疆电石渣在一定浓度和用量下，能产更多的灰乳，但因电石渣主要成分是Ca(OH)2化灰不放热，如果用于蒸氨还需将其加热到85℃左右，因此还需消耗蒸汽。
1.3蒸氨效果对比实验：
实验装置：反应采用间歇操作方式在一个 500 mL 三口烧瓶中进行，反应温度通过恒温水浴控制，搅拌速度通过磁力搅拌控制器进行调节，三口烧瓶连接具有压力控制装置的二级吸收装置。
实验过程：分别将按照表2-1的配比配置的三种浆料200mL加入三口烧瓶，再加入240mL含氨母液，并打开加热与搅拌装置，设定加热温度80℃，搅拌速度200r/min,反应1h，其结果如下图：
表1-3蒸氨废液产生量对比
序号 样品名称 氢氧化钙浓度 （TT） 浆料加入量（mL） 母液浓度(mol/L) 母液加入量（mL） 废液量（mL）
1 电石渣（盐湖） 147.9 200 6.04 240 250
2 电石渣（新疆） 151.3 200 6.04 240 400
3 石灰（昕源） 135.2 200 6.04 240 300
从上述实验数据可以看出，相同的条件下，蒸氨实验结束后用西宁盐湖所的电石渣所产生的蒸氨废液最少。这可能是因为用西宁盐湖所的电石渣进行蒸氨的过程中形成的废液中物质组成的影响导致其在相同温度下液体中更容易产生运动速度大的分子，因而更容易汽化，使最终剩余的废液含量降低。这更有利于蒸氨废液的回收利用[3]。
将浆料中的Ca(OH)2及母液中的NH4+转化成物质的量计算NH4+转化率，其结果如下表所示：
表1-4 NH4+转化率对比结果
序号 名称 灰乳投入（mol) 灰乳剩余（mol) 灰乳消耗（mol) NH4CI投入（mol) 转化率（%）
A-1 电石渣（盐湖） 1.48 0.18 1.30 1.45 80.28
A-2 电石渣（新疆） 1.89 0.86 1.03 1.45 76.33
B-3 生石灰（昕源） 1.35 0.22 1.14 1.45 74.85
实验数据表明在相同的实验条件下西宁盐湖所的电石渣对母液中的游离氨有较好的转化效果，理论上可以替代石灰用于含氨母液中氨的回收。但是由于电石渣中含有一定量的CaC因此在蒸氨过程中会有乙炔气体产生，通过计算得出，每反应产生10gNH3会有约2gC2H2气体产生，因此后续对乙炔气体的处理还有待研究。
2、结论：
实验以西部镁业石灰-氨联合法生产镁系产品产生的蒸氨废液和新疆、西宁盐湖所提供的电石渣为研究对象，通过测定电石渣成分，对比电石渣与目前采用的乌兰昕源生产的石灰的化灰性能及蒸氨效果得出如下结论：
（1）新疆电石渣中Ca(OH)2含量为82.06%，C含量为0.92；西宁盐湖所的电石渣中Ca(OH)2含量为85.71%，C含量为0.93；
（2）新疆的电石渣化灰性能较优于西宁盐湖所的电石渣和昕源石灰厂的石灰。形成蒸氨所需要的Ca(OH)2浓度1500TT左右时每100g电石渣需要200mL水，化灰结束后浆料温度为17℃；
（3）西宁盐湖所的电石渣在蒸氨结束后产生的废液量较少，浆料量为200mL，加入废液240mL，蒸氨结束后产生废液200mL，这更有利于蒸氨废液的回收利用；
（4）西宁盐湖所的电石渣对NH4+的转化效果优于新疆电石渣及昕源石灰，当投入的Ca(OH)2含量为1.48mol，NH4Cl含量为1.45mol时，NH4+的转化率为80.28%。
3、结语：
通过实验研究，用电石渣代替石灰用于含氨废液的蒸氨过程具有一定的可行性，但是由于电石渣化灰后其温度太低还需对浆料进行加热，增加企业成本，并且电石渣化灰过程中会有乙炔气体产生，因此还需要增加乙炔气体回收装置。
但是购买石灰需要一定的费用，且存在化灰过程中对生石灰反应不完全的问题。用电石渣代替石灰用于含氨母液蒸氨过程具能够节约企业成本、有利于蒸氨废液的回收利用，并且能实现电石渣的资源化利用[4]，解决电石渣堆积造成环境污染的问题。中国德令哈有（碱都）之称，纯碱生产过程中的含氨母液用石灰乳进行蒸氨，如若用电石渣代替石灰可以减少石灰的生产，减少能耗同时减少环境污染，这对整个德令哈地区的经济发展起到积极作用。
因此综合考虑用电石渣代替石灰用于含氨母液蒸氨具有一定的可行性，但后续存在的问题还需深入研究。
参考文献：
[1] 李汉川，张 涛，唐盛伟.电石渣与氯化铵反应特性研究[J].化学反应工程与工艺，2014，(30)5：453-457.
[2] 曾蓉，乔秀文，郭丽丽，吴腾辉，但建明. 电石渣氯化铵循环法制备高纯氯化钙的工艺[D]. 石河子大学学报 (自然科学版)，2014，(32)6：665-670.
[3] 包先法.浅析资源化利用电石渣的途径和发展趋势［J］.中国资源综合利用，2008(4):33-36.
[4] Lu Zhongyuan, Kang Ming, Jiang Cairong, et al. Calcium carbide of different crystal formation synthesized by calcium carbide residue [J].Environmental Science, 2006, 27(4):775-779