利用廢棄物煅燒水泥熟料需注意的幾個問題

1　廢棄物中可能同時存在有利與不利組分  

　　由于原料來源以及生產(chǎn)工藝的不同，廢棄物的組成往往相當(dāng)復(fù)雜。其中含有對煅燒水泥熟料有利的組分，也會含有不利的組分。比如，利用邊界品位外的稀土廢礦作為煅燒水泥熟料的原燃料之一，在適量的范圍內(nèi)有利于改善水泥的易燒性，提高熟料產(chǎn)質(zhì)量，但使用過量卻會出現(xiàn)不利的影響。風(fēng)化殼離子吸附型稀土礦，邊界品位:TR2O3重稀土0.05%，輕稀土0.07%；工業(yè)品位:TR2O3重稀土0.08%，輕稀土0.1%；可采厚度≥1m；夾石剔除厚度≥2m。使用含鑭系元素0.02%～0.06%的邊界品位外的稀土廢礦煅燒水泥熟料時，所引入的微量鑭系元素可以降低物料煅燒溫度及液相粘度，對改善水泥的易燒性起到積極的作用[1]；但同時也引入了其它組分，主要是SiO2、Al2O3等。當(dāng)使用的是風(fēng)化殼離子吸附型稀土廢礦時，相當(dāng)部分的SiO2是以石英的形式存在，而石英的反應(yīng)活性及易磨性較差，影響水泥生料的易燒性，且其塑性較差，不利于立窯水泥生產(chǎn)過程中的成球?？梢娛褂蔑L(fēng)化殼離子吸附型稀土廢礦同時存在著有利和不利的組分。在摻入量較少時，起有利作用的微量鑭系元素起主導(dǎo)作用；而摻入量超過一定的范圍后，起不利作用的石英將起到主導(dǎo)作用，從而產(chǎn)生了不同的效果。從另一個角度來看，選用石英含量較低的邊界品位外稀土廢礦較為有利。還需說明的是，不同種類的稀土元素對水泥熟料礦物形成的影響也是有差別的，其中非鑭系元素重稀土Y在較高煅燒溫度時還略有副作用，宜優(yōu)先選用含鑭系元素的原料。 
　　
用鎢尾礦作生產(chǎn)水泥熟料的原料也有類似的問題。鎢尾礦所含的微量鎢元素可改善生料易燒性，提高水泥熟料的產(chǎn)質(zhì)量并節(jié)能。但是鎢尾礦的主要成分為SiO2和Fe2O3，而且大部分為反應(yīng)活性較低的石英質(zhì)SiO2。因此，摻入這種鎢尾礦后帶來正反兩方面的作用:一方面是在適量范圍內(nèi)鎢元素的引入有益；另一方面是同時引入了反應(yīng)能力較差的結(jié)晶SiO2，使用過量會影響熟料的產(chǎn)質(zhì)量。 

2　微量組分在不同含量范圍內(nèi)的不同作用 

　　
在原燃料中加入某些微量組分可以改善水泥生料的易燒性，提高熟料的產(chǎn)質(zhì)量，但即使是微量組分本身也不是越多越好。 
　　
煅燒水泥熟料時摻入適量W可改善水泥生料易燒性、促進(jìn)阿利特的形成，有利于提高水泥的產(chǎn)質(zhì)量，但過量的W反而會影響生料易燒性，不利于阿利特的形成[2]。以化學(xué)純試劑配制H系列水泥生料，熟料率值為KH=0.93，n=2.0，P=1.4。添加不同摻量的WO3，測定其生料易燒性，試驗結(jié)果見表1。 
  
從表1中可見，從1300℃至1350℃煅燒溫度，隨著WO3從1×10-6增至1×10-3，fCaO隨之下降。但在1400℃及1450℃，當(dāng)WO3摻量為2×10-5至4×10-5時，fCaO降至最低值；此后隨WO3摻量增加，fCaO逐步提高，至1×10-3摻量，其熟料的fCaO還略高于對比的空白樣H-0?？梢婃u的摻入存在最佳摻量問題，在1×10-6至2×10-4的摻量范圍內(nèi)，可改善生料易燒性；但增至1×10-3摻量后，在1400℃、1450℃較高的煅燒溫度下反而有不利影響。 
　　

在熟料中含量極少的P2O5也有相似的情況。由于P2O5對C2S有穩(wěn)定作用，當(dāng)熟料中P2O5含量在0.1%～0.3%，可以提高熟料強(qiáng)度[3]；但同時P2O5也會使C3S分解，形成一系列C3S-3CaO·P2O5的固溶體，使熟料中C3S含量相應(yīng)減少，如果超過一定的含量，熟料的強(qiáng)度反而會下降。因此，熟料中微量的P2O5也存在最佳摻量范圍的問題。 

3　廢棄物在煅燒水泥熟料中對環(huán)境的影響 

　　把廢棄物作為煅燒水泥熟料的原燃料有利于廢棄物資源化，但還需注意其對環(huán)境影響的問題。水泥工業(yè)排放的污染物主要為粉塵、有害氣體和有害組分，在使用廢棄物之后，原燃料中其它有害的組分也隨之增多。 
　　

德國水泥研究所研究了有關(guān)微量元素在帶懸浮預(yù)熱器和爐篦式加熱機(jī)的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中的揮發(fā)性，把這些微量元素按其揮發(fā)性分為不揮發(fā)、難揮發(fā)、易揮發(fā)、高揮發(fā)4個等級。屬不揮發(fā)類微量元素有Zn、V、Be、As、Co、Ni、Cr、Cu、Mn、Sb、Sn，這些不揮發(fā)類的元素與熟料中的主要元素Ca、Si、Al、Fe及Mg相似，可完全被結(jié)合到熟料中。難揮發(fā)類元素有Cd、Pb，易揮發(fā)類元素有Tl，高揮發(fā)類元素有Hg[4]。 
　　

易揮發(fā)和高揮發(fā)類元素易于隨窯廢氣帶走形成外循環(huán)或排放，在使用過程中要尤為注意。高揮發(fā)性元素Hg是一種低沸點元素，其沸點為356.58℃，故Hg及其化合物非常易于揮發(fā)，在水泥窯高溫的條件下，大部分以氣態(tài)形式存在。各國對廢氣中Hg的排放都十分重視，德國聯(lián)邦污染防護(hù)法V第17條例規(guī)定:Hg的排放極限值日平均值為0.03mg/m3，半小時平均值為0.05mg/m3[4]。水泥窯利用含Hg廢棄物需注意其逸放污染環(huán)境的問題。如上海某水泥企業(yè)利用污泥作生產(chǎn)水泥的原料，其污泥用量約為生料用量的10%，污泥中含Hg5.13mg/kg[5]。其Hg對環(huán)境的影響不可忽視。 
　　

對于難揮發(fā)類元素則要作具體的分析。必須指出的是，德國水泥研究所研究的Cd和Pb在懸浮預(yù)熱窯與半干法窯中的排放率差別就已經(jīng)很大，我國還有立窯、濕法回轉(zhuǎn)窯等其它窯型，不應(yīng)簡單套用。另外，Pb的排放率還與物料中Pb的含量有關(guān)，物料帶入的Pb量越高，則Pb被熟料吸收的比例越低，進(jìn)入窯灰和隨凈氣粉塵排放的量越高。當(dāng)物料中的Pb含量超過100mg/kg時，只有小部分的Pb被熟料所吸收[6]。因此，不可以簡單地說Pb對環(huán)境無害。廣東某水泥廠使用含Pb的工業(yè)廢棄物作原料，摻量約為6%，含Pb0.51%～3.80%，則Pb在入窯生料中的含量遠(yuǎn)高于100mg/kg，廢氣中Pb超標(biāo)排放。因此，對水泥窯使用Pb含量較高的工業(yè)廢棄物應(yīng)持慎重的態(tài)度。 
　　

另外，還需注意某些廢棄物會含有一些對人體有害的放射性物質(zhì)。比如煅燒水泥熟料所利用的含微量稀土元素的廢礦，一些含稀土元素的礦物會與鈾、釷等放射性物質(zhì)共生，如獨居石既含稀土元素，亦含放射性物質(zhì)。為此，選用此類原料時應(yīng)作必要的檢測，確保無放射性危害方可使用。 

4　結(jié)束語 

　　

把工業(yè)廢棄物作為煅燒水泥熟料的原燃料是廢棄物資源化的一條重要途徑，使用得當(dāng)可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但需注意下面幾個問題: 
　　

1)廢棄物中可能同時存在有利與不利的組分。我們在利用有利組分的同時，還要注意不利組分的影響，予以恰當(dāng)使用。 
　　

2)廢棄物中的微量組分在不同含量范圍內(nèi)會具有不同作用。適量的微量組分可起積極的影響，而使用過量反而會產(chǎn)生負(fù)面影響。 
　　

3)利用廢棄物煅燒水泥熟料可能會產(chǎn)生環(huán)境影響。如Hg和Pb等的超標(biāo)準(zhǔn)排放及放射性污染。