制备固态电石的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化工技术领域，具体而言，本发明涉及一种制备固态电石的方法。
【背景技术】
[0002] 电石是重要的煤化工产品以及基础化工原料，主要用于生产乙炔以及乙炔基化工 产品，尤其用于生产PVC(聚氯乙烯），曾被誉为"有机合成工业之母"。我国能源特征是煤 炭储量大、石油储量小，所以电石生产对于工业经济发展意义重大，近十年来电石产量逐年 递增。
[0003] 电石生产目前主要采用电炉冶炼方法，粒度在5?30mm的含碳物料与含钙物料在 电炉中由电弧加热到2000°C以上，高温环境下碳元素还原氧化钙生成CaC2产物，液态的电 石物料从电炉底部间断排出。该生产工艺的缺陷表现在几个方面：第一，电炉热效率仅为 50%，生产每吨电石电耗高达约3250kWh;第二在原料破碎过程中会伴有15?20%的原料 由于粒度小于5mm而被废弃，造成资源的浪费；第三，生产的电石产品为液态，对于炉窑、电 极的侵蚀严重，此外液态电石的处理需要电石埚冷却、脱模、破碎等工序，工艺复杂，环境污 染严重；第四，电石原料导电导热性能差，热传导差。
[0004] 专利号为ZL200710139540. 8的发明专利提出了一种电石生产方法，以煤粉与生 石灰为原料生产电石，首先将煤粉粉碎至120目以上的细度，达到纳米粒度水平，再将煤粉 与生石灰按照1:0. 8?1的重量比进行混合，加入适量水混合均匀，压制成方形蜂窝块，晒 干水分后，送入电弧炉中在2300摄氏度冶炼lOmin，得到电石产品。然而该方法在原料压 制成型中，向煤粉与生石灰原料中加入水，水与生石灰（CaO)将会发生化学反应，生成熟 石灰（Ca(OH)2),造成原料重量增加，即使后续过程有烘干工序，增加的这一部分水也不会 被脱除，进入高温电炉中，生成水蒸气带走大量热量。根据生石灰与水的化学反应方程式 (CaCHH2O=Ca(OH) 2)计算，1份生石灰将会与0. 32份水反应生成1. 32份的熟石灰，增加了 电炉处理量，造成电耗增加、生产不顺，同时，电石冶炼温度高达2300°C，能耗较高，原料导 电导热性能差，热传导差，并且生产的电石产品为液态，对于炉窑耐火材料、电极的侵蚀严 重，此外液态电石的处理需要电石埚冷却、脱模、破碎等工序，工艺复杂，环境污染严重。
[0005] 专利号为ZL201310070657. 0的发明专利提出了一种小块电石的生产方法及设 备，所用原料是无烟煤和生石灰，无烟煤粒度为5?25mm，不超过30mm;生石灰的粒度为 10?50_。无烟煤和生石灰加入到电石炉中，在1800?2200°C温度下反应生成熔融状态 的电石浆液。当反应率达到80%以上时，利用烧穿器、铁钎、吹氧管将电石炉炉眼打开，然 后将电石浆液从电石炉下端的出料口倒入设计好的一小块梯形模具中，在绝热隔氧条件下 进行倒模，完成倒模后得到冷却后的小块电石，其平均粒径在50?80mm，省去了传统电石 生产工艺中液态电石冷却后破碎的环节。然而该发明采用液态法生产电石，反应温度高， 达到2200°C，并没有降低电石生产能耗，另一方面，虽然没有传统工艺中的电石产品破碎工 艺，但是由于采用模具来对高温（2000°C左右）液态电石进行成型，对模具材料以及控制等 要求苛刻，工业生产上难以实现，最后电石原料导电导热性能差，热传导差。
[0006] 因此，现有的电石生产技术有待进一步改进。
【发明内容】
[0007] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种制备固态电石的方法，该方法可以有效制备得到固态电石，并且显 著降低电石生产成本。
[0008] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备固态电石的方法，包括：
[0009] (1)将碳素材料和含钙材料进行细磨，以便分别得到碳素材料粉末和含钙材料粉 末；
[0010] (2)将含有所述碳素材料粉末、所述含钙材料粉末和铁粉的混合物与粘结剂进行 混合、润磨处理，以便得到混合物料；
[0011] (3)将所述混合物料进行成型处理，以便得到物料球团；以及
[0012] (4)在1200?1380°C下，将所述物料球团进行冶炼处理，以便得到固态电石。
[0013] 根据本发明实施例的制备固态电石的方法通过将碳素材料和含钙材料进行细磨 处理，得到超细粒级物料，可以增加物料比表面积和接触面积，进而显著降低冶炼过程反应 活化能，从而提高电石生产效率，同时通过在混合物料中添加铁粉，可以促进在冶炼过程中 局部产生小范围液相，从而促进传质和传热效率，另外，通过严格控制冶炼温度在物料球团 体系熔点温度以下，使得在整个冶炼过程中球团只发生收缩，而没有软化和熔化，从而制备 得到固态电石，由此避免了液态电石对炉窑耐火材料、电极的侵蚀问题且显著降低了电石 生产成本，并且所得到的固态电石发气量可以达到300L/kg以上。
[0014] 另外，根据本发明上述实施例的制备固态电石的方法还可以具有如下附加的技术 特征：
[0015] 在本发明的一些实施例中，所述碳素材料选自焦炭、兰炭和无烟煤中的至少一种。
[0016] 在本发明的一些实施例中，所述含钙材料为生石灰。
[0017] 在本发明的一些实施例中，所述含碳材料粉末和所述含钙材料粉末的平均粒径分 别独立地不高于30微米，优选不高于10微米。由此，可以显著增加物料比表面积和接触面 积，从而显著提高电石生产效率。
[0018] 在本发明的一些实施例中，在所述混合物中，所述碳素材料粉末、所述含钙材料粉 末和所述铁粉的质量比为（80?85) :100:(9?10)。由此，可以进一步提高电石生产效率。
[0019] 在本发明的一些实施例中，所述粘结剂的用量为含有所述碳素材料粉末、所述含 钙材料粉末和所述铁粉的混合物的总质量的0. 2?0. 5%。
[0020] 在本发明的一些实施例中，所述铁粉的平均粒径不高于74微米。
[0021 ] 在本发明的一些实施例中，所述粘结剂选自糖蜜、煤油和沥青中的至少一种。
[0022] 在本发明的一些实施例中，所述物料球团的平均粒径为8?30mm。由此，可以进一 步提尚电石生广效率。
[0023] 在本发明的一些实施例中，所述冶炼处理的时间为15?40分钟。由此，可以进一 步提尚电石生广效率。
[0024] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0025] 图1是根据本发明一个实施例的制备固态电石的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027] 在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备固态电石的方法。下面参考图1对 本发明实施例的制备固态电石的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
[0028] SlOO:将碳素材料和含钙材料进行细磨
[0029] 根据本发明的实施例，将碳素材料和含钙材料进行细磨，从而可以得到碳素材料 粉末和含钙材料粉末。发明人发现，通过将碳素材料和含钙材料进行细磨处理，得到超细粒 级物料，可以增加物料比表面积和接触面积，进而显著降低后续冶炼过程还原反应活化能， 从而使得还原反应可以在较低的温度下进行，由此可以显著提高电石生产效率，并且显著 降低电石生产成本。
[0030] 根据本发明的实施例，碳素材料可以为选自焦炭、兰炭和无烟煤中的至少一种，含 钙材料可以为生石灰。根据本发明的实施例，得到含碳材料粉末和含钙材料粉末的平均粒 径并不受特别限制，根据本发明的具体实施例，含碳材料粉末和含钙材料粉末的平均粒径 可以分别独立地不高于30微米，优选不高于10微米。发明人发现，传统工艺中兰炭或焦炭 以及生石灰块，粒度在5?30_，由于电炉中兰炭或焦炭与生石灰块没有紧密接触，需要电 炉冶炼温度为2200°C?2300°C，并且只有在此高温下，才能使得物料产生熔化，继而产生 液态熔融反应生成电石，这种工艺就造成电炉热效率仅为50 %，而且生产每吨电石电耗高 达约3250kWh左右；同时，这种传统冶炼工艺也造成原料破碎过程中会伴有15?20wt%的 原料由于粒度小于5mm而被废弃，造成资源的浪费。本发明将将碳素材料、含钙材料和铁粉 进行细磨，充分混合使得碳素材料与含钙材料紧密接触，增加了物料比表面积，进而显著降 低后续冶炼过程还原反应活化能，从而使得还原反应可以在较低的温度（1200?1380°C)， 较短时间（15?40分钟）下进行，物料在不发生熔化的情况下就产生了固态反应，生成固 态电石，并且冶炼每吨电石电耗仅为2400kWh左右，相比传统工艺的每吨电石电耗高达约 3250kWh下降了 850kWh，大大节约了电耗，同时本发明生产的固态电石产品可以冷却后直 接包装外售，避免了传统工艺生产的液态电石对于炉窑、电极的严重侵蚀，省去了液态电石 的需要在电石埚冷却、脱模、破碎等工序，减少了该工序阶段的环境污染。
[0031] S200 :混合、润磨处理
[0032] 根据本发明的实施例，将含有碳素材料粉末、含钙材料粉末和铁粉的混合物与粘 结剂进行混合、润磨处理，从而可以得到混合物料。发明人在试验过程中发现，当碳素材料、 含钙材料被磨细后，它们之间如何混匀问题较大，因为过细的粒度导致粉末产生了团聚现 象，因此，发明人通过大量实验意外发现，采用润磨的方式解决了粉末物料之间难以混匀这 一难题。
[0033] 发明人发现，在混合物料中添加铁粉