煅烧水泥熟料过程中重金属逸放的几个问题

　　等重金属的逸放污染已引起人们的广泛重视［1￣3］。本文利用冷原子吸收分光光度法和火焰原子吸收分光光度法等测试手段， 对重金属Hｇ、Pb、Cd、Zn、Cu 在煅烧水泥熟料过程中的逸放进行了研究。  

　　1 煅烧水泥熟料过程中 Hｇ 的逸放城市污泥的化学成分与黏土接近，在水泥生产中可以作为黏土的替代原料［4，5］。但需注意城市污泥所含的重金属在煅烧水泥过程中的逸放问题， 尤其是Hg。将广东 S1 和 S2 两家污水处理厂的脱水污泥分别于不同的温度下加热 30min， 测定加热后脱水污泥中 Hg 的含量，同时计算得到各个温度相应的逸放率， 结果见图 1。  

　　由图 1 可见， 随着温度的升高， 污泥中 Hｇ 的含量不断降低， 其逸放率不断升高。当加热至 300 ℃时，污泥的 Hｇ含量均已非常低， 其逸放率达到 95％以上。可见， 在加热过程中， 污泥所含的 Hｇ 及其化合物绝大部分在 300 ℃时已挥发出来。三家为预分解窑厂。这几个水泥厂的窑灰均全部入窑，其入窑物料包括生料和煤。对六家水泥厂的入窑物料和熟料进行取样， 测定其 Hｇ的含量， 并根据物料平衡计算得到逸放率。结果见表 1。

　　由表 1 可见， 无论是立窑还是预分解窑， 其 Hｇ的逸放率均很高， 可达 90％～96％。利用城市污泥煅烧水泥熟料时， 所含的 Hｇ 在煅烧过程中绝大部分会随烟气逸放， 因此必须重视 Hｇ 逸放污染的问题， 采取相应的防治措施。  

　　2 熟料煅烧过程中 Pb、Cd、Zn、Cu 的逸放以石灰石、黏土、铁粉及煤粉等原料配制生料球，其熟料率值为KH＝0．91、Sm＝2．30、im＝1．56， 分别掺加煅烧水泥熟料过程中重金属逸放的几个问题0.05%的 PbO、CdO、ZnO 和 CuO 制成样品。在实验室条件下于 1400℃恒温 30min，静置煅烧为熟料。测定各个样品的入窑物料和熟料中 Pb、Cd、Zn 和 Cu 的含量， 并根据物料平衡计算得到各自的逸放率，结果见表 2。 

　　从表 2 可见， 以实验电炉 1400℃静置煅烧水泥熟料， Pb、Cd 具有较高的挥发性， Zn 和 Cu 也具有相当的挥发性。mX、YH 和 mS 三家立窑水泥厂均使用萤石矿化剂生产水泥， 对其入窑物料和熟料进行取样， 测定其Pb、Cd、Zn 和Cu 的含量， 并根据物料平衡计算得到各自的逸放率， 结果见表 3。  

　　从表 3 可见， 几家立窑水泥厂的 Pb 和 Cd逸放率均较高， 为 84％～90％； Zn 和 Cu 也具有一定的逸放率， 为 36％～47％。可见，立窑水泥生产中会有相当部分的 Pb、Cd、Zn 和 Cu 逸放污染环境。 

　　3 氟对重金属逸放的影响在相同率值的生料中分别掺加不同比例的萤石矿化剂， 在实验室条件下于 1400℃恒温 30min， 静置煅烧为熟料。测定灼烧基生料及其熟料中的 Pb、Cd、Zn 和 Cu 含量， 计算得到不同氟含量时 Pb、Cd、Zn和Cu 的逸放率。试验结果见图 2。  

　　由图 2 可见， 在实验电炉中 1400℃静置煅烧水泥熟料时，随着生料中氟含量的增加， Pb、Cd、Zn 和Cu 的逸放率升高。当氟含量从 0．03％增加到 0．45％时， Pb、Cd的逸放率从 80％、67％分别增高到 98％、97％； Zn 和 Cu 的逸放率则大幅度增加， Zn 的逸放率由 32％增高 到 64％ ， Cu 的 逸 放 率 由 28％ 增 高 到55％。在煅烧水泥熟料过程中， Pb、Cd、Zn 和 Cu 会与 Ｆ反应生成氟化物， 而氟化物的蒸汽压均比较高，不容易被结合到熟料中， 因此萤石矿化剂会促进 Pb、Cd、Zn 和 Cu 的逸放。萤石矿化剂、萤石石膏复合矿化剂及萤石铅锌尾矿复合矿化剂等确有提高立窑水泥熟料产质量的效果， 但氟会促进 Pb、Cd等重金属的逸放污染。这正是立窑重金属逸放率较高的重要原因之一。  

　　4 结论  

　　1）Hｇ 及其化合物具有极高的挥发性， 在 300℃时绝大部分已挥发； 水泥窑中 Hｇ 的逸放率高达 90％～96％。  

　　2） 在实验电炉 1 400 ℃静置煅烧的条件下， 当Pb、Cd、Zn 和 Cu 的掺量均为 0．05％时，其逸放率分别为： Pb 为 94．50％， Cd 为 96．62％， Zn 为 43．61％， Cu为36．03％。Pb、Cd 具有较高的挥发性， Zn、Cu 也具有相当的挥发性。  

　　 3） 氟会促进 Pb、Cd、Zn、Cu 的逸放，这是使用萤石矿化剂的立窑重金属逸放率较高的重要原因之一。检测的几家立窑水泥厂的重金属逸放率均较高： Pb、Cd 为84％～90％； Zn、Cu 为 36％～47％。

　　参考文献：  

　　［1］ 苏达根， 林少敏， 陈懿懿．水泥窑 Pb 逸放污染研究［Ｊ］．水泥， 2005，（12）：1－ 2．  
　　［2］ 乔龄山．水泥厂利用废弃物的有关问题（ 一）——国外有关法规及研究成果［Ｊ］．水泥， 2002，（10）：1－ 5．  
　　［3］ 林少敏， 苏达根， 童爱花．水泥煅烧过程中铅逸放的影响因素［Ｊ］．硅酸盐学报， 2006，（7）：67－ 70．  
　　［4］ 胡芝娟， 沈序辉， 陶从喜， 等． 污泥在水泥窑上的无害化资源化处理［Ｊ］．水泥， 2003， （4）：6－ 8．  
　　［5］ 施惠生． 利用水泥窑处理污水厂污泥的应用研究［Ｊ］．水泥， 2002，（7）：8－ 10．