制备电石的方法
【专利摘要】本发明公开了制备电石的方法。该方法包括：将含碳原料、含钙原料和添加剂分别进行细磨处理，以便得到含碳原料颗粒、含钙原料颗粒和添加剂颗粒，其中，所述添加剂含有碳酸锂和氟化钙，所述含钙原料为生石灰，所述含碳原料为煤或兰炭；将所述含碳原料颗粒、所述含钙原料颗粒和所述添加剂颗粒进行混合处理，以便得到混合物料；以及将所述混合物料进行冶炼处理，以便获得电石。该方法一方面通过在冶炼过程中加入含有碳酸锂和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，另一方面，对原料进行细磨处理，提高原料比表面积，增大两种原料的接触面积，提高原料传质和传热效率，提高反应速率，降低了电石冶炼反应温度和工艺能耗。
【专利说明】
制备电石的方法
技术领域
[0001]本发明涉及制备电石的方法。
【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，尤其用于生产聚氯乙烯，曾被誉为“有机合成工业之母”，其主要成分为CaC2,目前工业上生产电石全部采用电热法。
[0003]电热法工艺主要采用电炉生产电石，具体为粒度在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。该生产工艺虽经历数十年的不断改进和优化，仍存在以下问题:I)采用优质碳素原料(焦炭、无烟煤等)，生产成本较高;2)生产中采用块状碳素原料和石灰，传质和传热效率低，反应速率较低;3)采用电弧加热，发电过程的热电转换效率仅为40%左右，一般电耗为3200?3600kwh/t电石，冶炼周期长，能耗较高;4)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祸冷却、脱模、破碎等工序，工艺复杂，环境污染严重。
[0004]由此，制备电石的方法有待改进。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备电石的方法，该方法通过在冶炼过程中加入含有碳酸锂和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，并且该方法的能耗小，产能高。
[0006]需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的:
[0007]碳酸锂的熔点为723°C，高温下熔化液态，在碳素原料和钙基原料间形成液相，相比固体碳和CaO彼此间的固相扩散，碳酸锂液相的流动性更好，有效加速扩散，促进电石反应进行。同时，Li+作为碱金属离子可进入钙氧化物晶格，导致晶格畸变而产生缺陷，也能达到促进生产电石反应进行。
[0008]氟化钙的熔点也较低，为1423°C，在试验温度下也为液态，同样在碳素原料和钙基原料间形成液相扩散通道，加速碳和CaO彼此间的扩散。此外，氟化钙不仅可以提供钙源，同时F—作为阴离子，其离子半径和氧的离子半径相差不大，可进入CaO晶格，使晶格活化，有利于碳和CaO的内部扩散，同时降低生产电石反应的活化能，使电石可以在较低温度下生产。
[0009]基于发明人的上述研究，发明人在制备电石的反应中添加碳酸锂和氟化钙，能有效促进电石反应在低温环境下进行，提高电石品质。
[0010]因而，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备电石的方法。根据本发明的实施例，该方法包括:将含碳原料、含钙原料和添加剂进行细磨处理，以便得到含碳原料颗粒、含钙原料颗粒和添加剂颗粒，其中，所述添加剂含有碳酸锂和氟化钙，所述含钙原料为生石灰，所述含碳原料为煤或兰炭;将所述含碳原料颗粒、所述含钙原料颗粒和所述添加剂颗粒进行混合处理，以便得到混合物料；以及将所述混合物料进行冶炼处理，以便获得电石O
[0011]根据本发明实施例的制备电石的方法，一方面通过在冶炼过程中加入含有碳酸锂和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，另一方面，对原料进行细磨处理，提尚原料比表面积，增大两种原料的接触面积，提尚原料传质和传热效率，提尚反应速率，降低了电石冶炼反应温度和工艺能耗。此外，冶炼反应温度低，进一步对设备耐热性的要求降低，从而降低设备投资成本。
[0012]另外，根据本发明上述实施例的制备电石的方法还可以具有如下附加的技术特征:
[0013]根据本发明的实施例，所述含碳原料颗粒、所述含钙原料颗粒和所述添加剂颗粒的平均粒径均为10?30μπι。
[0014]根据本发明的实施例，所述混合物料中，所述含碳原料、所述含钙原料、所述碳酸锂和所述氟化钙按质量比(82?98 ):100:(1?10):(1?6)进行混合。
[0015]根据本发明的实施例，所述含碳原料的碳含量为不小于75质量％。根据本发明的优选实施例，所述含碳原料的碳含量为不小于80质量％。
[0016]根据本发明的实施例，所述含钙原料的氧化钙含量不低于88质量％。
[0017]根据本发明的实施例，所述冶炼处理的温度为1600?1800°C，时间为30?90分钟。
[0018]根据本发明的实施例，所述冶炼处理是在氩气气氛下进行的。
[0019]根据本发明的实施例，该方法进一步包括:在所述冶炼处理前，对所述混合物料进行润磨处理，以便得到润磨后的混合物料。
[0020]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】
[0021]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0022]图1显示了根据本发明一个实施例的制备电石的方法的流程示意图；
[0023]图2显示了根据本发明一个实施例的制备电石的方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0025]根据本发明的一个方面，本发明提供了一种制备电石的方法。参考图1，根据本发明的实施例，对该制备电石的方法进行解释说明，该方法包括:
[0026]SlOO细磨处理
[0027]根据本发明的实施例，将含碳原料、含钙原料和添加剂进行细磨处理，得到含碳原料颗粒、含钙原料颗粒和添加剂颗粒，其中，添加剂含有碳酸锂和氟化钙。在此对添加剂的作用进行具体说明，碳酸锂的熔点为723°C，高温下熔化液态，在碳素原料和钙基原料间形成液相，相比固体碳和CaO彼此间的固相扩散，碳酸锂液相的流动性更好，有效加速扩散，促进电石反应进行。同时，Li+作为碱金属离子可进入钙氧化物晶格，导致晶格畸变而产生缺陷，也能达到促进生产电石反应进行。氟化钙的熔点也较低，为1423°C，在试验温度下也为液态，同样在碳素原料和钙基原料间形成液相扩散通道，加速碳和CaO彼此间的扩散。此外，氟化钙不仅可以提供钙源，同时F—作为阴离子，其离子半径和氧的离子半径相差不大，可进入CaO晶格，使晶格活化，有利于碳和CaO的内部扩散，同时降低生产电石反应的活化能，使电石可以在较低温度下生产。由此，一方面通过在冶炼原料中加入含有碳酸锂和氟化钙的添加剂，实现了在低温条件下冶炼生产电石，另一方面，通过对原料进行细磨处理，提高原料比表面积，增大两种原料的接触面积，提高原料传质和传热效率，提高反应速率，降低了电石反应温度和工艺能耗。此外，冶炼反应温度低，进一步对设备耐热性的要求降低，从而降低设备投资成本。同时，原料粒径小，使原料几乎完全得到利用，避免了传统工艺中小于5_的原料无法应用的问题，降低了原料成本。
[0028]根据本发明的实施例，含碳原料为煤或兰炭，其中，煤为普通煤即可。由此，以煤或兰炭作为含碳原料，替代了高成本的焦炭，显著降低电石生产成本。根据本发明的具体实施例，含氧化钙原料为生石灰。由此，电石反应的反应物活性高，促进电石反应的进行，电石品质好。其中，需要说明的是，本发明实施例的添加剂，即可以由纯的碳酸锂和氟化钙组成，也可以含有其它化合物。
[0029]根据本发明的具体实施例，含碳原料颗粒、含钙原料颗粒和添加剂颗粒的平均粒径均为1?3Ομπι。发明人经大量研究发现，当反应原料的平均粒径均为1?30μηι时，原料比表面积高，两种原料的接触面积大，原料传质和传热效率高，反应速率快。此外，传统工艺中小于5mm的原料被弃用，造成资源浪费，本发明实施例的方法采用的原料粒径小，使原料几乎完全得到利用，降低了原料成本。
[0030]根据本发明的实施例，混合物料中各组分的比例不受特别的限制，只要能反应制备电石即可。根据本发明的优选实施例，含碳原料、含钙原料、碳酸锂和氟化钙按质量比(82?98): 100: (I?10): (I?6)进行混合。由此，添加剂对电石冶炼反应的催化效果好，冶炼温度低，时间短，并且含碳原料和含钙原料充分反应，避免反应物过量引起的反应物浪费，电石的品质好。
[0031]根据本发明的实施例，含碳原料的碳含量不受特别的限制，只要能与含氧化钙原料反应生成电石即可。根据本发明的一些实施例，含碳原料的碳含量为不小于75质量％。由此，含碳原料的碳含量适宜，电石质量好。根据本发明的优选实施例，所述含碳原料的碳含量为不小于80质量％。由此，含碳原料的碳含量更适宜，电石质量佳。
[0032]根据本发明的具体实施例，含氧化钙原料的氧化钙含量不低于88质量％。由此，含氧化钙原料的氧化钙含量高，杂质少，电石品质好。
[0033]S200混合处理
[0034]根据本发明的实施例，将含碳原料颗粒、含钙原料颗粒和添加剂颗粒进行混合处理，得到混合物料。由此，使反应原料均匀分散，制备得到的电石的品质好。
[0035]根据本发明的一些实施例，该方法进一步包括:将混合物料进行压制成型处理，得到物料团块。由此，原料的粒径适宜，便于后续进行冶炼处理。
[0036]S300冶炼处理
[0037]根据本发明的实施例，将混合物料进行冶炼处理，获得电石。利用该混合物料，仅需低温冶炼即可制备得到优质的电石。根据本发明的一些实施例，利用本发明的方法得到的电石为发气量大于270L/kg的固态电石。
[0038]根据本发明的实施例，将物料团块放入石墨料罐中再进行冶炼处理。根据本发明的实施例，冶炼处理的温度为1600?1800 0C，时间为30?90分钟。由此，反应的温度低、时间短，能耗成本少。同时，对冶炼设备耐热性的要求也进一步降低了，从而冶炼设备的投资成本更低。
[0039]根据本发明的实施例，冶炼处理是在氩气气氛下进行的，使得炉内冶炼气氛保持为非氧化气氛，减少烟煤中碳的烧损，同时促进生成电石。根据本发明的优选实施例，冶炼处理是在高纯氩气气氛下进行的。由此，烟煤中碳的烧损更少，有利于电石的制备。参考图2，根据本发明的实施例，该方法进一步包括:
[0040]S400润磨处理
[0041 ] 在所述冶炼处理前，对所述混合物料进行润磨处理，以便得到润磨后的混合物料。通过对原料进行润磨处理，提高原料比表面积，增大两种原料的接触面积，提高原料传质和传热效率，提高反应速率，降低了电石反应温度和工艺能耗。
[0042]下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
[0043]实施例1
[0044]以粉状兰炭和石灰为原料制备电石，具体方法如下:
[0045](I)将兰炭和石灰进行干燥和磨细处理，磨细后粒度控制在ΙΟμπι?30μπι。以碳酸锂和氟化1丐为添加剂，二者粒度也控制在ΙΟμπι?30μηι范围内。
[0046](2)取兰炭80份，石灰100份，然后添加4份碳酸锂和2份氟化钙作为添加剂进行混料，再经润磨后压制成型。
[0047](3)将压制成型的物料放入石墨料罐中，再放入高温焙烧炉中，在1800°C下焙烧40min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，电石的发气量为283L/kg。
[0048]实施例2
[0049]以粉状兰炭和石灰为原料制备电石，具体方法如下:
[0050](I)将兰炭和石灰进行干燥和磨细处理，磨细后粒度控制在ΙΟμπι?30μπι。以碳酸锂和氟化1丐为添加剂，二者粒度也控制在ΙΟμπι?30μηι范围内。
[0051](2)取兰炭88份，石灰100份，然后添加4份碳酸锂和4份氟化钙作为添加剂进行混料，再经润磨后压制成型。
[0052](3)将压制成型的物料放入石墨料罐中，再放入高温焙烧炉中，在1800°C下焙烧60min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，电石的发气量为288L/kg。
[0053]实施例3
[0054]以粉状无烟煤和石灰为原料制备电石，具体方法如下:
[0055](I)将无烟煤和石灰进行干燥和磨细处理，磨细后粒度控制在ΙΟμπι?30μπι。以碳酸锂和氟化1丐为添加剂，二者粒度也控制在ΙΟμπι?30μηι范围内。
[0056](2)取无烟煤85份，石灰100份，然后添加6份碳酸锂和4份氟化钙作为添加剂进行混料，再经润磨后压制成型。
[0057](3)将压制成型的物料放入石墨料罐中，再放入高温焙烧炉中，在1800°C下焙烧30min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，电石的发气量为276L/kg。
[0058]实施例4
[0059]以粉状无烟煤和石灰为原料制备电石，具体方法如下:
[0060](I)将无烟煤和石灰进行干燥和磨细处理，磨细后粒度控制在ΙΟμπι?30μπι。以碳酸锂和氟化1丐为添加剂，二者粒度也控制在ΙΟμπι?30μηι范围内。
[0061](2)取无烟煤82份，石灰100份，然后添加7份碳酸锂和5份氟化钙作为添加剂进行混料，再经润磨后压制成型。
[0062](3)将压制成型的物料放入石墨料罐中，再放入高温焙烧炉中，在1600°C下焙烧90min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，电石的发气量为272L/kg。
[0063]实施例5
[0064]以兰炭和石灰为原料制备电石，具体方法如下:
[0065](I)将兰炭和石灰进行干燥和磨细处理，磨细后粒度控制在ΙΟμπι?30μπι。以碳酸锂和氟化1丐为添加剂，二者粒度也控制在ΙΟμπι?30μηι范围内。
[0066](2)取兰炭82份，石灰100份，然后添加9份碳酸锂和4份氟化钙作为添加剂进行混料，再经润磨后压制成型。
[0067](3)将压制成型的物料放入石墨料罐中，再放入高温焙烧炉中，在1600°C下焙烧90min，焙烧过程中通入高纯氩气进行气氛保护。冶炼结束后取出电石进行发气量测定，电石的发气量为278L/kg。
[0068]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0069]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种制备电石的方法，其特征在于，包括: 将含碳原料、含钙原料和添加剂进行细磨处理，以便得到含碳原料颗粒、含钙原料颗粒和添加剂颗粒，其中，所述添加剂含有碳酸锂和氟化钙，所述含钙原料为生石灰，所述含碳原料为煤或兰炭； 将所述含碳原料颗粒、所述含钙原料颗粒和所述添加剂颗粒进行混合处理，以便得到混合物料；以及 将所述混合物料进行冶炼处理，以便获得电石。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳原料颗粒、所述含钙原料颗粒和所述添加剂颗粒的平均粒径均为10?30μπι。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物料中，所述含碳原料、所述含钙原料、所述碳酸锂和所述氟化1丐按质量比(82?98): 100: (I?10): (I?6)进行混合。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳原料的碳含量为不小于75质量％，优选地，为不小于80质量％。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含钙原料的氧化钙含量不低于88质Μ%。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冶炼处理的温度为1600?1800°C，时间为30?90分钟。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冶炼处理是在氩气气氛下进行的。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括: 在所述冶炼处理前，对所述混合物料进行润磨处理，以便得到润磨后的混合物料。
【文档编号】C01B31/32GK106006641SQ201610430278
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】任中山, 徐刚, 闫方兴, 曹志成, 薛逊, 吴道洪
【申请人】神雾环保技术股份有限公司