利用废弃物煅烧水泥熟料需注意的几个问题

1　废弃物中可能同时存在有利与不利组分  

　　由于原料来源以及生产工艺的不同，废弃物的组成往往相当复杂。其中含有对煅烧水泥熟料有利的组分，也会含有不利的组分。比如，利用边界品位外的稀土废矿作为煅烧水泥熟料的原燃料之一，在适量的范围内有利于改善水泥的易烧性，提高熟料产质量，但使用过量却会出现不利的影响。风化壳离子吸附型稀土矿，边界品位:TR2O3重稀土0.05%，轻稀土0.07%；工业品位:TR2O3重稀土0.08%，轻稀土0.1%；可采厚度≥1m；夹石剔除厚度≥2m。使用含镧系元素0.02%～0.06%的边界品位外的稀土废矿煅烧水泥熟料时，所引入的微量镧系元素可以降低物料煅烧温度及液相粘度，对改善水泥的易烧性起到积极的作用[1]；但同时也引入了其它组分，主要是SiO2、Al2O3等。当使用的是风化壳离子吸附型稀土废矿时，相当部分的SiO2是以石英的形式存在，而石英的反应活性及易磨性较差，影响水泥生料的易烧性，且其塑性较差，不利于立窑水泥生产过程中的成球。可见使用风化壳离子吸附型稀土废矿同时存在着有利和不利的组分。在掺入量较少时，起有利作用的微量镧系元素起主导作用；而掺入量超过一定的范围后，起不利作用的石英将起到主导作用，从而产生了不同的效果。从另一个角度来看，选用石英含量较低的边界品位外稀土废矿较为有利。还需说明的是，不同种类的稀土元素对水泥熟料矿物形成的影响也是有差别的，其中非镧系元素重稀土Y在较高煅烧温度时还略有副作用，宜优先选用含镧系元素的原料。 
　　
用钨尾矿作生产水泥熟料的原料也有类似的问题。钨尾矿所含的微量钨元素可改善生料易烧性，提高水泥熟料的产质量并节能。但是钨尾矿的主要成分为SiO2和Fe2O3，而且大部分为反应活性较低的石英质SiO2。因此，掺入这种钨尾矿后带来正反两方面的作用:一方面是在适量范围内钨元素的引入有益；另一方面是同时引入了反应能力较差的结晶SiO2，使用过量会影响熟料的产质量。 

2　微量组分在不同含量范围内的不同作用 

　　
在原燃料中加入某些微量组分可以改善水泥生料的易烧性，提高熟料的产质量，但即使是微量组分本身也不是越多越好。 
　　
煅烧水泥熟料时掺入适量W可改善水泥生料易烧性、促进阿利特的形成，有利于提高水泥的产质量，但过量的W反而会影响生料易烧性，不利于阿利特的形成[2]。以化学纯试剂配制H系列水泥生料，熟料率值为KH=0.93，n=2.0，P=1.4。添加不同掺量的WO3，测定其生料易烧性，试验结果见表1。 
  
从表1中可见，从1300℃至1350℃煅烧温度，随着WO3从1×10-6增至1×10-3，fCaO随之下降。但在1400℃及1450℃，当WO3掺量为2×10-5至4×10-5时，fCaO降至最低值；此后随WO3掺量增加，fCaO逐步提高，至1×10-3掺量，其熟料的fCaO还略高于对比的空白样H-0。可见钨的掺入存在最佳掺量问题，在1×10-6至2×10-4的掺量范围内，可改善生料易烧性；但增至1×10-3掺量后，在1400℃、1450℃较高的煅烧温度下反而有不利影响。 
　　

在熟料中含量极少的P2O5也有相似的情况。由于P2O5对C2S有稳定作用，当熟料中P2O5含量在0.1%～0.3%，可以提高熟料强度[3]；但同时P2O5也会使C3S分解，形成一系列C3S-3CaO·P2O5的固溶体，使熟料中C3S含量相应减少，如果超过一定的含量，熟料的强度反而会下降。因此，熟料中微量的P2O5也存在最佳掺量范围的问题。 

3　废弃物在煅烧水泥熟料中对环境的影响 

　　把废弃物作为煅烧水泥熟料的原燃料有利于废弃物资源化，但还需注意其对环境影响的问题。水泥工业排放的污染物主要为粉尘、有害气体和有害组分，在使用废弃物之后，原燃料中其它有害的组分也随之增多。 
　　

德国水泥研究所研究了有关微量元素在带悬浮预热器和炉篦式加热机的回转窑系统中的挥发性，把这些微量元素按其挥发性分为不挥发、难挥发、易挥发、高挥发4个等级。属不挥发类微量元素有Zn、V、Be、As、Co、Ni、Cr、Cu、Mn、Sb、Sn，这些不挥发类的元素与熟料中的主要元素Ca、Si、Al、Fe及Mg相似，可完全被结合到熟料中。难挥发类元素有Cd、Pb，易挥发类元素有Tl，高挥发类元素有Hg[4]。 
　　

易挥发和高挥发类元素易于随窑废气带走形成外循环或排放，在使用过程中要尤为注意。高挥发性元素Hg是一种低沸点元素，其沸点为356.58℃，故Hg及其化合物非常易于挥发，在水泥窑高温的条件下，大部分以气态形式存在。各国对废气中Hg的排放都十分重视，德国联邦污染防护法V第17条例规定:Hg的排放极限值日平均值为0.03mg/m3，半小时平均值为0.05mg/m3[4]。水泥窑利用含Hg废弃物需注意其逸放污染环境的问题。如上海某水泥企业利用污泥作生产水泥的原料，其污泥用量约为生料用量的10%，污泥中含Hg5.13mg/kg[5]。其Hg对环境的影响不可忽视。 
　　

对于难挥发类元素则要作具体的分析。必须指出的是，德国水泥研究所研究的Cd和Pb在悬浮预热窑与半干法窑中的排放率差别就已经很大，我国还有立窑、湿法回转窑等其它窑型，不应简单套用。另外，Pb的排放率还与物料中Pb的含量有关，物料带入的Pb量越高，则Pb被熟料吸收的比例越低，进入窑灰和随净气粉尘排放的量越高。当物料中的Pb含量超过100mg/kg时，只有小部分的Pb被熟料所吸收[6]。因此，不可以简单地说Pb对环境无害。广东某水泥厂使用含Pb的工业废弃物作原料，掺量约为6%，含Pb0.51%～3.80%，则Pb在入窑生料中的含量远高于100mg/kg，废气中Pb超标排放。因此，对水泥窑使用Pb含量较高的工业废弃物应持慎重的态度。 
　　

另外，还需注意某些废弃物会含有一些对人体有害的放射性物质。比如煅烧水泥熟料所利用的含微量稀土元素的废矿，一些含稀土元素的矿物会与铀、钍等放射性物质共生，如独居石既含稀土元素，亦含放射性物质。为此，选用此类原料时应作必要的检测，确保无放射性危害方可使用。 

4　结束语 

　　

把工业废弃物作为煅烧水泥熟料的原燃料是废弃物资源化的一条重要途径，使用得当可产生显著的经济效益和社会效益，但需注意下面几个问题: 
　　

1)废弃物中可能同时存在有利与不利的组分。我们在利用有利组分的同时，还要注意不利组分的影响，予以恰当使用。 
　　

2)废弃物中的微量组分在不同含量范围内会具有不同作用。适量的微量组分可起积极的影响，而使用过量反而会产生负面影响。 
　　

3)利用废弃物煅烧水泥熟料可能会产生环境影响。如Hg和Pb等的超标准排放及放射性污染。