廢棄物生產(chǎn)生態(tài)水泥工藝

孫永泰

廢棄物生產(chǎn)生態(tài)水泥工藝

孫永泰

摘要：文章介紹了以焚燒灰和下水污泥等廢棄物為主料，添加其他輔料燒成廢棄物生態(tài)水泥生產(chǎn)工藝、質(zhì)量特性及實例，使這種再資源化產(chǎn)品不僅降低垃圾處理造成的環(huán)境負擔，還可抑制環(huán)境受到破壞。

關鍵詞：廢棄物；生態(tài)水泥；焚燒灰

1前言

人類社會經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，以及社會經(jīng)濟生活的多樣化，形成了大生產(chǎn)化、高消耗化和多廢棄化的社會體系。特別是大量的城市垃圾，雖然不得不采用焚燒減容無害化和填埋處理，但占用土地及環(huán)境污染仍是最大的社會問題。解決這個日益嚴重問題的最有力對策是推行垃圾及工業(yè)廢棄物再資源化，其中，開發(fā)廢棄物生態(tài)水泥(以下簡稱生態(tài)水泥)是最優(yōu)化的方法。生態(tài)水泥(ecocement)制造技術，具有城市垃圾焚燒灰(以下稱為焚燒灰)再資源化，回收焚燒灰中的重金屬及其冶煉原料化，以及分解、降低燒成爐中的二惡英等有害物質(zhì)及其無害化等特征，同時兼有焚燒灰處理與水泥生產(chǎn)的資源循環(huán)化功能。

2生態(tài)水泥

生態(tài)水泥以焚燒灰和下水污泥等廢棄物為主料，添加其他輔料燒成。這種再資源化產(chǎn)品是降低垃圾處理造成的環(huán)境負擔、抑制環(huán)境破壞的新概念的水泥生產(chǎn)技術成果。

2.1質(zhì)量特性 生態(tài)水泥有快硬性和通用性兩種。其化學成分、礦物成分及質(zhì)量特性與硅酸鹽水泥的比較如表1、表2、表3所示。

表1生態(tài)水泥的化學成分比例（%）

表2生態(tài)水泥的礦物成分比例（%）

注：表中略號表示如下的化合物：

CaO:3CaO·SiO2，硅酸三鈣石；C2S:2CaO·SiO2，二鈣硅酸鹽；C3A:3CaO·Al2O3，鋁酸鹽；CuA7·CaCl2:11 CaO·7Al2O3·CaCl2，鈣氯

鋁酸鹽；C4AF:4CaO·A12O3·Fe2O3，斜硅鈣石。

快硬性生態(tài)水泥是以富含氧化鋁以及氯化物的焚燒灰為原料燒成的鈣氯鋁酸鹽水泥。主要用于澆注預制構(gòu)件以及配制水泥砂漿。但是因其含氯量超過1%，則僅限于素混凝土構(gòu)件或耐氯鋼筋混凝土構(gòu)件使用。相反，通用性生態(tài)水泥，控制原料中的氯與堿的比例燒成，在燒成過程中氯被灰固化排出，產(chǎn)品含氯量僅0.1%以下。可廣泛用于一切鋼筋混凝土構(gòu)筑件中，混凝土質(zhì)量穩(wěn)定、耐久。此項技術在日本受到建筑業(yè)人士認可，應用很廣。

3工藝簡介

生態(tài)水泥生產(chǎn)工藝由原料粉碎、預處理、配料、燒成、氯固化灰分再資源化、成品粉碎等工序組成。基本上與普通水泥工藝相同。但因原料不同，則配備了分離回收焚燒灰中金屬的預處理裝置，防止燒成過程中分解、消除的二惡英再合成的冷卻塔以及燒成過程中發(fā)生的含氯灰塵及重金屬的再資源化回收裝置。生態(tài)水泥概念流程如圖1所示。物料平衡實例如圖2所示。

表3生態(tài)水泥的質(zhì)量標準

圖1生態(tài)水泥生產(chǎn)工藝概念

1.焚燒灰(濕灰)；2.粗碎機；3.干燥機；4.焚燒灰倉；5.石灰石、輔料倉；6.原料粉碎機；7.布袋除塵器；8.振動篩；9.粗碎機；1 0.磁選機；11.有色金屬分選機；12.有色金屬回收；13.黑色金屬回收；14.布袋除塵器；15.煙囪；16.焚燒灰倉；17.石灰石、輔料粉倉；18、19.混合料倉；20.氯、堿添加器；21.旋風除塵器；22.中和劑、尿素添加器；23.冷卻塔；24.燃料(重油、煤粉)；25.旋轉(zhuǎn)水泥窯；26.熟料冷卻器；27.布袋除塵器；28.注氨器；29.重金屬回收；30.排水；31.冶煉原料化；32.脫硫設備；33.原料粉碎；34.預處理；35.配料；36.產(chǎn)品粉碎；37.回收及再資源化；38.熟料倉；39.石膏、硫酸鈉添加裝置；40.粉碎機；41.布袋除塵器；42.水泥倉；43.生態(tài)水泥包裝機。

圖2生態(tài)水泥物料平衡實例圖

1.焚燒灰及工業(yè)廢棄物1.00t；2.焚燒灰及工業(yè)廢棄物0.75t；3.石灰石及輔料0.85t；4.混合料1.60t；5.水分0.20t；6.鐵屑0.05t；7.燃料(以重油計1.55t))；8.高溫燒成(1，350℃)；9.排氣8，500Nm3；10.石膏0.08t；11.熟料 1.00t；12.粉碎；13.生態(tài)水泥1.08t；14.萃取灰塵0.1 0t；15.無害化鹽0.09t；16.鉛、銅等有色金屬0.01t；17.生態(tài)水泥成品庫；18.送金屬冶煉廠原料化；19.排放。

3.1原料粉碎及預處理焚燒灰(濕灰)通過粗碎機、干燥機以及預處理裝置送入焚燒灰倉。

預處理裝置由振動篩、粗碎機、磁力分選機以及有色金屬分選機等組成。在分選除去焚燒灰中的鐵與有色金屬的同時，焚燒灰被粉碎成20mm以下的顆粒，送入焚燒倉。

焚燒灰倉放出的焚燒灰與石灰石以及其他輔助原料，經(jīng)原料粉碎機粉碎后，分別送入混合料倉、石灰石粉倉以及其他輔助原料粉倉。小于設定粉未度的焚燒灰，不通過原料粉碎機及預處理裝置，直接送入混合料倉。

3.2配料 焚燒灰、石灰石、其他輔助原料的細粉，按設定比例投入混合料倉，在設定時間內(nèi)攪拌混合后取樣分析。根據(jù)分析結(jié)果決定輔助原料的添加量。輔助原料投入混合料倉混合后再分析，直至達到設計值為止。這樣有針對性的配合料，經(jīng)燒成制得不同品牌的水泥熟料，然后添加氯化物(如氯化鈣)混合研磨制成快硬性生態(tài)水泥；添加氯、堿等化合物(如堿金屬化合物碳酸鈉)混合研磨制成通用性生態(tài)水泥。

3.3燒成通常的配合料，經(jīng)旋轉(zhuǎn)窯爐，在1350~1450℃的高溫下燒成熔塊，通過冷卻器冷卻得到熔炭狀黑色塊狀物。這種塊狀物是配合料在高溫下化學反應合成的水凝性水泥礦物。但是，生態(tài)水泥卻是在較低溫度下熔融形成的水泥礦物，在旋轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)容易發(fā)生涂層，所以，必須嚴格控制燒成溫度，以保證安全運行和產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)化焚燒灰中的二惡英在旋轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)1350℃高溫燒成中分解、無害化。特別是排氣經(jīng)冷卻塔等由700~800℃急冷至200℃以下，有效地防止了二惡英再合成。排氣處理裝置脫除排氣中的HCl、NOx等有害物質(zhì)，達標后經(jīng)煙囪放空。排氣處理裝置采用注氨水以及尿素水溶液裝置和脫硝裝置脫除NOx；采用中和劑添加裝置脫除HCl；利用原料中富含的鈣脫除SOx。

配合原料中的氯、堿、重金屬結(jié)合生成氯化物，與揮發(fā)性排氣同時經(jīng)旋轉(zhuǎn)窯爐排出，且隨著排氣冷卻、凝結(jié)、固化成微細粒子，用布裝過濾器收集，送至氯固化灰分再資源化工序回收再利用。

3.4氯固化灰分再資源化氯固化灰分系金屬氯化物與NaCl、KCl等的混合物。通常將其裝入槽中加入清水溶出可溶性物質(zhì)，再加入硫酸，在酸性條件下進行固液分離，得到以鉛為主的金屬；加入苛性鈉調(diào)整溶液的PH值以及氧化還原電位，經(jīng)固液分離得到以銅為主的金屬。于是，液側(cè)殘留的NaCl、KCI等無害化物質(zhì)隨水排放；沉淀側(cè)回收鉛、銅等金屬，送有色金屬冶煉廠再原料化。

3.5產(chǎn)品粉碎 燒成的水凝性水泥礦物(俗稱熟料)，送至產(chǎn)品粉碎機粉碎制成生態(tài)水泥。通用性生態(tài)水泥在熟料中添加石膏后粉碎，粉未度的勃氏比表面積約4200cm2／g；快硬性生態(tài)水泥熟料添加石膏以及硫酸鈉粉碎，勃氏法比表面積約5200cm2／g。

4某生態(tài)水泥廠設備概況

某生態(tài)水泥廠年生產(chǎn)能力11萬噸，消耗主料9萬噸，其中焚燒灰約6萬噸，其它廢棄物焚燒灰約3萬噸。主要設備能力、容量如表4所示。

表4某生態(tài)水泥廠主要設備能力、容量表

5裝置評價

5.1技術評價 焚燒灰、工業(yè)廢棄物、下水污泥等為主料的生態(tài)水泥，是全新的垃圾處理及再資源化的概念化技術。該技術在正常的垃圾焚燒處理裝置中增加了燒成、脫硝、脫硫、重金屬回收以及氯固化粉塵再資源化設備，則裝置更加完善，更符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，因此，倍受關注。

5.2環(huán)境評價 目前，大多用生命周期分析評價法評價環(huán)境負荷狀況。就生態(tài)水泥而言，則以生態(tài)水泥生產(chǎn)及焚燒灰處理裝置為比較對象，進行評價。水泥生產(chǎn)的環(huán)境負荷計算范圍如圖3所示，計算結(jié)果如表5所示；焚燒灰處理裝置環(huán)境負荷，計算結(jié)果如表6所示。由于降低了CO2發(fā)生量，則減輕了環(huán)境負荷。

圖3水泥生產(chǎn)的環(huán)境負荷計算范圍

1.國產(chǎn)天然原料開采；2.國產(chǎn)原料燃料貯運；3.水泥生產(chǎn)；4.自備電站；5.硅酸鹽水泥；6.貯運；7.調(diào)運站；8.生態(tài)水泥生產(chǎn)；9生態(tài)水泥；10.用戶；11.混凝土攪拌、澆注；12.城市垃圾焚燒及焚燒灰；13.進口原料、燃料原產(chǎn)國開采加工；14.海外貯運；15.重金屬回收；16.計算范圍。

圖4焚燒灰處理裝置的環(huán)境負荷評價體系

1.焚燒灰1t；2.飛灰固化處理；3.填埋處理0.3~o.37t；4.熔融；5.渣0.54~43.65t；6.石灰石、粘土、etc；7.水泥1.63t；8.焚燒灰1t；9.重金屬灰塵回收0.01～0.02t；10.生態(tài)水泥1.63t；11.天然骨料0.65t(渣產(chǎn)量)；12.石灰石、etc；13.采石場；14灰熔融處理裝置(燃料式以及電熱式)；15.生態(tài)水泥化裝置。

表5水泥生產(chǎn)環(huán)境負荷(CO2排出量：kg-CO2／t-cem)比較結(jié)果

表6焚燒灰處理裝置環(huán)境負荷(CO2排出量：kg-CO2／t-cem)比較結(jié)果

6結(jié)束語

20世紀大生產(chǎn)、高消耗、多廢棄的經(jīng)濟社會體系創(chuàng)造了繁榮與多彩的文明，同時，也引發(fā)了地球溫度變暖，以及二惡英、環(huán)境荷爾蒙、廢棄物等生態(tài)安全的顯在化。因此，生態(tài)水泥技術的開發(fā)與實踐，既有利于抑制生態(tài)環(huán)境的惡化，又推動了焚燒灰和下水污泥等的再資源化。所以，生態(tài)水泥技術是保護地球生態(tài)環(huán)境、構(gòu)筑零排放的資源循環(huán)型社會的關鍵技術。

參考文獻：

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作者單位：（遼寧省遼中縣太平水泥廠）