水泥窯協同處置危險廢物典型污染物在水泥熟料中的固化研究

嵇磊，趙旭紅，曹培 ，趙宇，孫鶴，黃永勝，韋娟，張廣芳，俞剛，吳德厚

1　引言

水泥窯是歐洲及美國、日本等發達國家處理危險廢物的重要設施，得到了廣泛的認可和應用。發達國家利用水泥窯處置危險廢物和城市生活垃圾已經有30多年的歷史，積累了豐富的經驗，該技術在經濟和環保兩方面顯示出了巨大優勢，取得了良好的社會效益、環境效益和經濟效益。近年來，我國水泥工業發展迅速，達到了世界先進水平，水泥窯爐分布范圍廣、產能大，已具備協同處置危險廢物的技術條件。

溧陽天山水泥5 000t/d熟料生產線協同處置29 800t/年危險廢物項目，是江蘇省首條利用水泥窯協同處置危險廢物示范線項目，目前處于試生產階段，迄今已累計協同處置危險廢物7 595t。我們考察了在窯況保持穩定的前提下，協同處置含鉻（Cr）、鉛（Pb）和氯（Cl）的危險廢物時，這三種污染物在熟料中的固化情況，同時跟蹤化驗熟料的游離鈣、三率值和28d強度，為進一步優化本項目處置工藝、不斷提高處置能力提供依據。

2　原料與分析

2.1　危險廢物來源

本工業試驗所用危險廢物來源于江蘇某危險廢物產生單位，選取Cr、Pb、Cl離子含量較高的危險廢物投加，危險廢物類別見表1。

2.2　危險廢物預處理

選取的危險廢物分別經預處理后制作成三種危險廢物試樣，預處理方式均為“破碎預處理+液固混合”方式，即，將半固態和固態廢物經破碎機破碎后，輸送至漿狀污泥混合器，調質后進行充分混合攪拌，達到固體泵的進料要求和水泥窯入爐焚燒處置的工藝要求。

2.3　原料化學分析及摻配比例

2.3.1生料化學成分分析

入窯生料的化學成分分析結果見表2。

2.3.2危險廢物試樣成分分析

三種不同類別危險廢物經預處理后制成三種危險廢物試樣，對其中的鉻含量、鉛含量和氯離子含量進行檢測，結果見表3。

2.3.3危險廢物投加摻配比例

綜合考慮協同處置危險廢物對水泥廠水泥質量、余熱發電量的影響以及現有投料設備能力的限制，并結合入窯生料及危險廢物試樣的化學成分分析，確定危險廢物投加的摻配比例（見表4）。

表1　工業試驗危險廢物投加類別及來源

表2　入窯生料中化學成分分析

表3　投加的危險廢物試樣中污染物成分分析

表4　危險廢物投加摻配比例

3　結果與討論

預處理后的危險廢物利用固體泵輸送至分解爐合適位置，根據固體泵的泵送頻率調整泵送量，持續穩定泵送4h后，開始采集熟料樣，分析熟料內三種元素的含量，考察其在熟料內的不同固化情況和熟料質量情況，熟料中的污染物檢出限值必須滿足表5所列出的標準要求。污染物在熟料中的固化率計算見式（1）所示。

表5　熟料中污染物檢測指標

式中：

G1——熟料中污染物固化率，%

M1——熟料產出速率，t/h

C1——熟料中污染物含量，mg/kg

Ma——生料的投加速率，t/h

Ca——生料中污染物含量，mg/kg

3.1　Cr元素固化情況

Cr元素在熟料中的含量檢測結果和固化率計算結果見表6，試驗組中空白試驗危險廢物投加量為0，試驗A1、A2、A3危險廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據檢測結果，隨著危險廢物投加量的增加，熟料中Cr含量逐漸升高，分別為51、76、101、127mg/kg，含量都能滿足GB 30760-2014的要求。

Cr元素在熟料中的固化率與危險廢物投加量的變化趨勢見圖1，從圖1可以看出，Cr元素在熟料中的固化率在90%以上，并且隨著危險廢物投加量的增加，Cr在熟料中的固化率也隨之增加。

3.2　Pb元素遷移轉化規律分析

圖1　Cr元素在熟料中的固化率

Pb元素在熟料中的含量檢測結果和固化率計算結果見表7，試驗組中空白試驗危險廢物投加量為0，試驗B1、B2、B3危險廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據檢測結果，隨著危險廢物投加量的增加，熟料中Pb含量逐漸升高，分別為4.3、15.7、29.9、37.1mg/kg，含量均可滿足GB 30760-2014的要求。

Pb元素在熟料中的固化率與危險廢物投加量的變化趨勢見圖2，從圖2可以看出，Pb元素在熟料中的固化率在41.85%～80.27%范圍內，隨著危險廢物投加量的增加，熟料中Pb的固化率逐漸升高。

表6　Cr元素的含量檢測結果和固化率

表7　Pb元素的含量檢測結果和固化率

圖2　Pb元素在熟料中的固化率

3.3　Cl離子遷移轉化規律分析

Cl元素在熟料中的含量檢測結果和固化率計算結果見表8，試驗組中空白試驗危險廢物投加量為0，試驗C1、C2、C3危險廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據檢測結果，隨著危險廢物投加量的增加，熟料中Cl含量在0.003 1%～0.003 9%范圍內逐漸升高，含量都能滿足GB 175-2007的要求。

Cl元素在熟料中的固化率與危險廢物投加量的變化趨勢見圖3，從圖3可以看出，Cl在熟料中的固化率在16.04%～20.36%范圍內，隨著危險廢物投加量的增加，熟料中Cl的固化率逐漸降低。

圖3　Cl元素在熟料中的固化率

3.4　熟料質量情況

在上述三種危險廢物處置的過程中，適時采集熟料樣品，跟蹤檢測熟料的率值和28d強度，檢測結果見表9。從表9可以看出，三種危險廢物的協同處置量分別從2t/h增加到6t/h，熟料的游離氧化鈣含量均＜1.5%，在合理范圍之內，熟料的三率值和28d抗壓強度均符合GB/T 21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的要求，未對熟料質量造成明顯影響。

4　結語

利用水泥窯協同處置了三種含有害元素的危險廢物，考察危險廢物中的Cr、Pb和Cl等三種污染元素在熟料中的固化情況，同時考察了熟料的質量情況，得出以下基本規律：

表8　Cl元素的含量檢測結果和固化率

表9　熟料的基本化學性能及率值

（1）在水泥窯協同處置含Cr危險廢物和含Pb危險廢物時，隨著Cr和Pb的處置量的增加，這兩種元素在熟料中的含量隨之增加，其在熟料中的固化率也隨之增加，但Cr的固化率明顯高于Pb。

（2）在水泥窯協同處置含Cl危險廢物時，隨著Cl的處置量的增加，Cl元素在熟料中的含量隨之下降，其在熟料中的固化率也隨之下降，且Cl元素的固化率遠遠低于重金屬Cr和Pb在熟料中的固化率。

（3）在水泥窯協同處置含重金屬的危險廢物時，只要控制好處置量，重金屬在熟料中的含量是能夠滿足GB 30760-2014《水泥窯協同處置固體廢物技術規范》的要求的，熟料的游離氧化鈣含量能控制在合理范圍之內，熟料的三率值和28d抗壓強度也能滿足GB/T 21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的要求。

近幾年，我國水泥行業利用水泥窯協同處置危險廢物已取得顯著成果，逐步建立起一套較成熟的水泥窯協同處置危險廢物的技術體系，隨著水泥窯協同處置技術理論與實踐的發展，以及相關規范標準和環保法規的健全，該技術的發展前景廣闊?！?/p>

U型動葉片選粉機通過成果鑒定

2018年2月1日，中國建筑材料聯合會在北京組織召開了“U型動葉片選粉機的研究及應用”項目成果鑒定會，該項目由中材國際研究總院、天津水泥工業設計研究院有限公司、中材裝備集團有限公司共同承擔。經鑒定委員會專家的鑒定，一致同意該科研項目通過科技成果鑒定。

中國水泥協會的王郁濤擔任此次鑒定會的主任委員，中國建筑材料聯合會副秘書長、科技部部長潘東暉，中材國際研究總院副院長狄東仁、粉磨技術總監柴星騰，河北前進、河北乾寶、重慶西南萬州等三家用戶代表及會務組的相關人員參加了會議。項目負責人豆海建向與會專家進行了詳細的展示。通過與會專家的嚴密審查和熱烈討論，達成了如下結論：

該項目研發建立了基于轉子轉動過程的選粉機數值分析研究平臺，實現了選粉效率、循環負荷、Trump曲線CFD求解及數據處理、流場網格劃分、結構優化仿真計算等，形成了U型動葉片選粉機的設計方法；

開發了立式磨用U型動葉片結構形式的選粉機，顯著降低了阻力，提高了選粉效率。本研發成果適應生料、水泥、礦渣等不同物料的系列化產品。

項目已獲授權實用新型專利1項，在河北前進冶金科技有限公司、重慶萬州西南水泥有限公司等應用一年以上，用戶反映系統穩定運行，阻力低。實際應用表明，相比于傳統立式磨選粉機阻力降低20%～30%，產量提升10%～15%，系統電耗降低10%～12%。

鑒定委員會專家一致認定，成果的開發與應用對提升我國立式磨選粉機裝備水平具有重要推動作用，成果整體技術達到國際先進水平。該項目順利通過科技成果鑒定。