利用电石渣生产碳化砖的工艺与技术.doc

利用电石渣生产碳化砖的工艺与技术利用电.Tb-=查生产碳化砖的工艺-U技术梁嘉琪(贵州省建材科研设计院,贵州贵阳550007)【摘要】碳化砖以电石渣(也称"电石泥"),粉煤灰,炉渣和石粉等工业废渣为主要原料,经过配料,压制成型和碳化以后,得到强度等级为MU10"qVIU20的碳化制品.碳化砖与其他非烧结砖相比,具有强度高,后期强度随时间增长而增长的优点,碳化砖的抗冻性和抗风化性能优异,不会产生硅酸盐砖常见的收缩问题,成为消纳工业废渣,利废节能的好产品.文章详细论述了碳化砖的愿料,碳化原理,生产工艺流程,主要的生产设备以及生产中应当注意的问题.同时对新建碳化砖生产线的投资估算及经济效益进行了分析.【AbstractThecarbonbrickismadeofindustrialwastes,suchas,carbideslag,flyash,slagandrockpowder.Comparingwithotherunfiredbrick,thecarbidebrickhashigherstrength彻U10一MU20)whichincreaseswithtime,goodfrostresistanceandweatherproofwhichensuresnoshrinkage.Thepaperdetailstherawmaterialforproducingcarbonbrick,carbonizingtheory,procesmainequipmentandproblemsoccuedinproduction.Finally,analyzestheestimatedinvestandeconomicbenefitforconstructingacarbonbrickproductionline.中图分类号:TU522.09文献标识码:A文章编号:1001-6945(2006Io50020041先从砖说起在"砖"的系列中,有烧结砖和非烧结砖两大系列,顾名思义,前者是经过高温烧结而获得强度的,所以称为"烧结砖",后者没有经过高温烧结,而是采用其他养护方法获得强度,故称之为"非烧结砖".非烧结砖获得强度有三大途径:水化生成硅酸盐矿物;生成石膏(CaSO4?2H20);生成碳酸钙(CaCOs).例如水泥砖,水泥轻质砌块等制品在自然养护条件下,以及灰砂砖,粉煤灰砖和加气混凝土等制品在蒸压养护等条件下,经过水化反应获得强度,它们属于硅酸盐制品;石膏砌块,石膏板,石膏装饰板等制品是利用炒制过的半水石膏(CaSO3-0.5H20)加水拌和后,在于燥过程中重新生成CaSO?2H:0,并迅速凝结产生强度,所以它们属于石膏制品;碳化砖利用氢氧化钙Ca(OH)z经过碳化还原生成碳酸钙CaCO,(石灰石的主要成分)从而得到强度,这就是本文以下要介绍的碳化制品.对硅酸盐制品和石膏制品来说大家比较熟悉,而对采用碳化工艺生产的碳化制品,了解的人知之甚少.其实,碳化砖(carbonatedlimebrick)在我国已经有40多年的历史,我国于20世纪50年代就开始试制碳化制品,先后研制出碳化砖实心砖,碳化空心条板,碳化中型砌块,碳化装饰薄板,碳化珍珠岩轻质保温材料等,并广泛应用于工业与民用建筑的外墙,隔墙,外装饰及保温隔热等部位.北京,河北,湖北,宁夏,贵州等省先后建有碳化砖和碳化制品生产厂.其中贵州水20WWU*.brick-tile.COS晶集团(原贵州第九有机化工厂)碳化砖分厂于20世纪7O年代建厂,利用该厂排放的电石渣和电石炉废气生产碳化实心砖和碳化空心砖,至今已有3O多年的历史仍然在正常生产,做到了资源循环再生利用,节能利废和保护环境,创造了良好的社会效益和经济效益.碳化砖以电石渣(也称"电石泥"),粉煤灰,炉渣和石粉等工业废渣为主要原料,经过配料,压制成型和碳化以后,得到强度等级为MU10.一MU20的碳化制品,工艺过程比较简单.与其他非烧结砖相比,碳化砖具有强度高,后期强度随时间增长而增加的优点,碳化砖的抗冻性和抗风化性能优异,不会产生硅酸盐砖常见的收缩问题,成为消纳工业废渣,利废节能的好产品.在当前国家大力倡导发展循环经济,创建节约型社会的今天,碳化砖再次受到了人们的重视.2生产碳化砖的原料生产碳化砖的主要原料有三种:骨料(也称"集料"),填充料,胶结料(如生石灰)等,这些原料在称呼上与生产硅酸盐砖的原料基本相同.但不同的是,碳化砖原料中的石灰基本上不参与集料的化学反应,而是自身在碳化的作用下,还原成碳酸钙,从而获得强度;而硅酸盐砖中的石灰,是作为碱激发料激活集料中的硅铝酸盐矿物,产生水化反应生成新的硅酸盐矿物产生强度的.由于强度矿物产生的途径不一样,因而对原料的要求也不相同.能够作骨料的有:炉渣,建筑砂石,煤矸石,矿渣以及2006-磷渣等工业废渣,作填充料的有粉煤灰,尾矿粉,石粉和各种粉状的工业废渣.胶结料主要是生石灰,这是生产碳化砖最重要的原料,当前,电石渣(英文名为:calciumcal".bidesludge)成为替代生石灰的重要胶结料,被广泛地用于碳化砖的生产.电石渣是化工厂乙炔发生站消解电石以后排出的废渣,呈淤泥状,主要的化学成分是氢氧化钙Ca(On)2l,因而是石灰最好的替代品.电石渣的化学成分范围一般为:SiO22%一5%,.Al2031.5%-4%,Fe2030.2%-一0.14%,CaO65%-71%,MgO0.22%一l_68%,烧失量22%一26%.电石渣在排出时含水率非常高,达到85%-90%,在灰坝沉淀堆积以后,水分可以降到50%以下,干燥后呈灰白色,颗粒细小且均匀,粒度在0.050.0lmm范围内,体积密度小而结构松散(见图1).图1经过脱水的电石渣(含水率40%)用电石渣替代生石灰生产碳化砖,有着十分重要的意义,不仅仅是单纯上的替代作用,而是实现了真正意义上的资源循环再生利用,对化害为利,消除污染和变废为宝等方面有着十分积极的作用,因此,利用电石渣生产的碳化砖,属于典型的绿色建材产品.3碳化的原理与生产硅酸盐制品(砖)的复杂水化反应相比,碳化砖的碳化原理太简单了:生石灰(ca0)加水消解以后生成氢氧化钙Ca(OH):,电石渣中正好富含Ca(OH),在含有CO:的废气的碳化作用下,Ca(0H)还原成碳酸钙(CaC03),碳酸钙是自然界中石灰石,大理石和方解石的主要成分,强度就是这样形成的.这一反应过程如下:石灰石CaCO,CaO+COT(石灰石煅烧)CaO+Hz0阻Ca(OH)2(生石灰消解)Ca(0H)+C0:量CaCO,+H20(制品碳化)碳化生成的CaCO,(碳酸钙)经过结晶和胶结骨料,使制品产生了强度.不言而喻,碳化的过程就是把混合料中2006的Ca(OH还原成CaCO3的过程.同时还可以看出,其他集料并没有参与上述过程,虽然实际生产中,集料中的SiO:,A1203等元素有可能参与了水化反应,但在自然养护的条件下,这种反应是微乎其微的,完全可以忽略不计,即便有也没有害处(其实还有好处).所以,碳化砖对集料没有太多的特殊要求,这是生产碳化砖最有利的条件之一.4碳化砖的生产工艺4.1工艺流程十分巧合的是,碳化砖与硅酸盐砖相比,除了强度矿物的生成机理不同和碳化方式与养护方式不同以外,碳化砖与硅酸盐砖的生产工艺过程基本相同,连设备的选择也差不多,有太多的共同之处.所以,熟悉了硅酸盐砖生产工艺,将毫不费劲地就可以掌握碳化砖的生产方法.以我院设计的年产300o万块碳化砖生产线为例,工艺流程如下(见图2).塑壑lI一一陈化库(消解库)圆盘压砖机碳化砖坯(半成品)图2碳化砖生产工艺流程囤4_2工艺流程简述电石渣,粉煤灰和炉渣分别用电子皮带秤计量,进入强制式搅拌机混合搅拌,搅拌后的混合料送入3个消解库中陈化8h以上,让游离氧化钙充分消解(见图3).之后采用120t8孑L圆盘压砖机压制成型,成型后的砖坯由人工码到小平车上(见图4),再由传输设备将其转运至碳化室里进行碳化.图3简易陈化库gtlt#W.brick-tile.coin21图4碳化砖的压制成型碳化室也很像烧结砖厂的隧道式干燥室(见图5),含二氧化碳的废气由引风机送至碳化室的底部,并均匀地吹入碳化室内,砖坯经过812h以上的碳化养护,即可以达到MU7.5(约75kHI)以上的强度,时间越长强度越高.碳化合格的成品经过榆验之后,可销售出厂.图5刚出碳化室的碳化砖4.3生产配方原料不一样,其配也不相同,项目建设之前应当对准备采用的原材料进行系统的化验分析,特别是电石渣中的CaO含量尤其重要,由此决定其他物料掺入的比例,以下介绍一?个基本的配方见表l.表1碳化砖基本配方表5主要生产设备生产碳化砖的设备大多数与生产硅酸盐砖的设备相同,这些设备都可以在国内配套解决,来源广泛且通用性强.我们还是以年产3000万块碳化砖生产线为例,主要生产设备见表2.22誊00暖弱重鼬圈-表2主要生产设备表6投资估算及经济效益6.1建设条件碳化砖生产线对场地的要求比较简单,年产3000万块的规模一般需要占地面积2万HI(30亩)左右,即可灵活布置生产车间,又保证足够的成品堆场(见图6),厂址应当靠近废气的气源点和废渣排放地为宜,避免过长距离的运输而影响产品的生产成本.生产线每天耗水量约2030m,年耗电量约6O7O万kWh.由于生产碳化砖不需要像烧结制品那样的窑炉或锅炉,也不用燃料,所以没有废气产生.而经过利用的含CO:废气,在经过利用之后得到净化,达到洁净排放,完全是绿色化生产,环保效益非常好.图6碳化砖的成品堆场6.2建筑及结构住南方地区,厂房能够遮风避雨即可,没有特殊的要求.而在北l方地区,应当考虑到冬季生产的需要,生产车间也应当考虑采暖的措施.一般情况下,年产量3000万块规模生产线建筑部分的费用为6080万元(不包括采暖设施),全部为单层工业厂房.63投资估算项目的总投资按照年生产能力3000万块规模进2OO6Iglgl,.bric一fie.c口trl行测算,并且把设计费,建设期管理费和基本预备费(不可预见费)等费用依照规定都计算在内,以真实地反映项目实际投入和分布情况,便于决策者参考.测算结果汇总于表3.表3总投资估算表单位:万元费用名称建筑工程费设备费安装及运杂费其他费合H6.4经济效益由于生产碳化砖的原料基本上都是工业废料,并且可以享受国家有关免税的各项优惠条件,所以生产成本低廉.在贵州省,碳化砖的生产成本一般为700-800元/每万块砖,而市场销售价格为14001600元/每万块砖,以年产3000万块计算,年销售收入为420480万元,利润达到210-240万元,项目的投资回收期仅仅为2.271.98年(不包括建设期),经济效益还是十分可观的.以上计算还只是项目本身的效益,尚未把减少占地,减少废渣处置费和环境治理费等费用计算在内.7应当注意的问题7.1石渣的CaO含量很重要CaO含量越高,Ca(0就越多,碳化后生成CaCO3越多,当然碳化砖的强度就越高.如果电石渣中的CaO不足60%H,可以考虑补充生石灰来解决,以提高CaO的含量.7.2废气中的Co2浓度很关键CO:(二氧化碳)浓度是决定碳化砖碳化周期的重要工艺参数,CO:浓度越低,碳化周期越长,反之,则可以缩短碳化周期.生产石灰和电石的煅烧炉废气中COz浓度最高,是理想的碳化气体来源,其他窑炉产生的废气co:浓度耍低得多,不宜利用,否则碳化周期太长.7.3碳化室的设计要重视目前,碳化室有室式和隧道式两种,前者是问歇式生产的,后者是连续式生产的,也是目前采用最多的碳化室.除此之外还有负压碳化室和正压碳化室之分,各有优缺点.与烧结砖厂的干燥室一样,碳化室设计是否合理,对碳化效果影响很大,必须引起高度的重视.7.4坯体密度,成型水分一样不能少这几个工艺参数,不仅对碳化砖的质量产生影响,而且直接关系到碳化程度,碳化时间和碳化效果,不同的原料有不同的工艺参数,要依据自己的原料性质合理地制定适宜的工艺参数.7.5产品的品种本文只介绍了碳化实心砖的生产技术,其实碳化制品远远不止这些,还有碳化空心砖,碳化砌块,碳化楼板等产品(见图7),在生产中除了成型方法不一样外,其碳化机理都是一致的,可以根据当地的原料特点和市场情况选择产品的种类.图7部分碳化砖制品8结束语经过以上介绍,我们对碳化砖的生产技术有了一个初步的了解,显而易见,碳化砖的优点是很多的,首先,碳化砖可以全部利用工业废渣作原料,并且利用窑炉废气作为气源,产品不需要在窑炉内焙烧,不产生新的废气,真正做到了资源的循环利用.其次,碳化砖的生产工艺非常简单,技术不复杂,设备的通用性好,投资省见效快.第三,碳化砖的强度还可以随时问的增加而增长,抗风化性能好,没有后顾之忧.第四,碳化砖能够生产出很多品种,空心砖,砌块,条板都可以.所以,在大力倡导资源综合利用,创建节约型社会和发展循环经济的今天,在国家推广墙体材料革新和建筑节能工作的推动下,为碳化砖的发展创造了良好的市场空间,碳化砖又为我们开展资源综合利用提供了一条新的途径.收稿日期:2006-03-292OO6.WWW.brick-tile.gore23