水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)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(fā)達(dá)國家處理危險(xiǎn)廢物的重要設(shè)施，得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家利用水泥窯處置危險(xiǎn)廢物和城市生活垃圾已經(jīng)有30多年的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保兩方面顯示出了巨大優(yōu)勢，取得了良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。近年來，我國水泥工業(yè)發(fā)展迅速，達(dá)到了世界先進(jìn)水平，水泥窯爐分布范圍廣、產(chǎn)能大，已具備協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的技術(shù)條件。

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

2　原料與分析

2.1　危險(xiǎn)廢物來源

本工業(yè)試驗(yàn)所用危險(xiǎn)廢物來源于江蘇某危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生單位，選取Cr、Pb、Cl離子含量較高的危險(xiǎn)廢物投加，危險(xiǎn)廢物類別見表1。

2.2　危險(xiǎn)廢物預(yù)處理

選取的危險(xiǎn)廢物分別經(jīng)預(yù)處理后制作成三種危險(xiǎn)廢物試樣，預(yù)處理方式均為“破碎預(yù)處理+液固混合”方式，即，將半固態(tài)和固態(tài)廢物經(jīng)破碎機(jī)破碎后，輸送至漿狀污泥混合器，調(diào)質(zhì)后進(jìn)行充分混合攪拌，達(dá)到固體泵的進(jìn)料要求和水泥窯入爐焚燒處置的工藝要求。

2.3　原料化學(xué)分析及摻配比例

2.3.1生料化學(xué)成分分析

入窯生料的化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

2.3.2危險(xiǎn)廢物試樣成分分析

三種不同類別危險(xiǎn)廢物經(jīng)預(yù)處理后制成三種危險(xiǎn)廢物試樣，對其中的鉻含量、鉛含量和氯離子含量進(jìn)行檢測，結(jié)果見表3。

2.3.3危險(xiǎn)廢物投加摻配比例

綜合考慮協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物對水泥廠水泥質(zhì)量、余熱發(fā)電量的影響以及現(xiàn)有投料設(shè)備能力的限制，并結(jié)合入窯生料及危險(xiǎn)廢物試樣的化學(xué)成分分析，確定危險(xiǎn)廢物投加的摻配比例（見表4）。

表1　工業(yè)試驗(yàn)危險(xiǎn)廢物投加類別及來源

表2　入窯生料中化學(xué)成分分析

表3　投加的危險(xiǎn)廢物試樣中污染物成分分析

表4　危險(xiǎn)廢物投加摻配比例

3　結(jié)果與討論

預(yù)處理后的危險(xiǎn)廢物利用固體泵輸送至分解爐合適位置，根據(jù)固體泵的泵送頻率調(diào)整泵送量，持續(xù)穩(wěn)定泵送4h后，開始采集熟料樣，分析熟料內(nèi)三種元素的含量，考察其在熟料內(nèi)的不同固化情況和熟料質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)要求。污染物在熟料中的固化率計(jì)算見式（1）所示。

表5　熟料中污染物檢測指標(biāo)

式中：

G1——熟料中污染物固化率，%

M1——熟料產(chǎn)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(jié)果和固化率計(jì)算結(jié)果見表6，試驗(yàn)組中空白試驗(yàn)危險(xiǎn)廢物投加量為0，試驗(yàn)A1、A2、A3危險(xiǎn)廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據(jù)檢測結(jié)果，隨著危險(xiǎn)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(xiǎn)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(xiǎn)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(zhuǎn)化規(guī)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(jié)果和固化率計(jì)算結(jié)果見表7，試驗(yàn)組中空白試驗(yàn)危險(xiǎn)廢物投加量為0，試驗(yàn)B1、B2、B3危險(xiǎn)廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據(jù)檢測結(jié)果，隨著危險(xiǎn)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(xiǎn)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(nèi)，隨著危險(xiǎn)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(jié)果和固化率

表7　Pb元素的含量檢測結(jié)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(zhuǎn)化規(guī)律分析

Cl元素在熟料中的含量檢測結(jié)果和固化率計(jì)算結(jié)果見表8，試驗(yàn)組中空白試驗(yàn)危險(xiǎn)廢物投加量為0，試驗(yàn)C1、C2、C3危險(xiǎn)廢物投加量分別為2、4、6t/h。根據(jù)檢測結(jié)果，隨著危險(xiǎn)廢物投加量的增加，熟料中Cl含量在0.003 1%～0.003 9%范圍內(nèi)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(xiǎn)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(nèi)，隨著危險(xiǎn)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(zhì)量情況

在上述三種危險(xiǎn)廢物處置的過程中，適時(shí)采集熟料樣品，跟蹤檢測熟料的率值和28d強(qiáng)度，檢測結(jié)果見表9。從表9可以看出，三種危險(xiǎn)廢物的協(xié)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(nèi)，熟料的三率值和28d抗壓強(qiáng)度均符合GB/T 21372-2008《硅酸鹽水泥熟料》的要求，未對熟料質(zhì)量造成明顯影響。

4　結(jié)語

利用水泥窯協(xié)同處置了三種含有害元素的危險(xiǎn)廢物，考察危險(xiǎn)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(shí)考察了熟料的質(zhì)量情況，得出以下基本規(guī)律：

表8　Cl元素的含量檢測結(jié)果和固化率

表9　熟料的基本化學(xué)性能及率值

（1）在水泥窯協(xié)同處置含Cr危險(xiǎn)廢物和含Pb危險(xiǎn)廢物時(shí)，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(xié)同處置含Cl危險(xiǎn)廢物時(shí)，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(yuǎn)遠(yuǎn)低于重金屬Cr和Pb在熟料中的固化率。

（3）在水泥窯協(xié)同處置含重金屬的危險(xiǎn)廢物時(shí)，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(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)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(nèi)，熟料的三率值和28d抗壓強(qiáng)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(yè)利用水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物已取得顯著成果，逐步建立起一套較成熟的水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物的技術(shù)體系，隨著水泥窯協(xié)同處置技術(shù)理論與實(shí)踐的發(fā)展，以及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保法規(guī)的健全，該技術(shù)的發(fā)展前景廣闊?！?/p>

U型動葉片選粉機(jī)通過成果鑒定

2018年2月1日，中國建筑材料聯(lián)合會在北京組織召開了“U型動葉片選粉機(jī)的研究及應(yīng)用”項(xiàng)目成果鑒定會，該項(xiàng)目由中材國際研究總院、天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司、中材裝備集團(tuán)有限公司共同承擔(dān)。經(jīng)鑒定委員會專家的鑒定，一致同意該科研項(xiàng)目通過科技成果鑒定。

中國水泥協(xié)會的王郁濤擔(dān)任此次鑒定會的主任委員，中國建筑材料聯(lián)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(shù)總監(jiān)柴星騰，河北前進(jìn)、河北乾寶、重慶西南萬州等三家用戶代表及會務(wù)組的相關(guān)人員參加了會議。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人豆海建向與會專家進(jìn)行了詳細(xì)的展示。通過與會專家的嚴(yán)密審查和熱烈討論，達(dá)成了如下結(jié)論：

該項(xiàng)目研發(fā)建立了基于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程的選粉機(jī)數(shù)值分析研究平臺，實(shí)現(xiàn)了選粉效率、循環(huán)負(fù)荷、Trump曲線CFD求解及數(shù)據(jù)處理、流場網(wǎng)格劃分、結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真計(jì)算等，形成了U型動葉片選粉機(jī)的設(shè)計(jì)方法；

開發(fā)了立式磨用U型動葉片結(jié)構(gòu)形式的選粉機(jī)，顯著降低了阻力，提高了選粉效率。本研發(fā)成果適應(yīng)生料、水泥、礦渣等不同物料的系列化產(chǎn)品。

項(xiàng)目已獲授權(quán)實(shí)用新型專利1項(xiàng)，在河北前進(jìn)冶金科技有限公司、重慶萬州西南水泥有限公司等應(yīng)用一年以上，用戶反映系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，阻力低。實(shí)際應(yīng)用表明，相比于傳統(tǒng)立式磨選粉機(jī)阻力降低20%～30%，產(chǎn)量提升10%～15%，系統(tǒng)電耗降低10%～12%。

鑒定委員會專家一致認(rèn)定，成果的開發(fā)與應(yīng)用對提升我國立式磨選粉機(jī)裝備水平具有重要推動作用，成果整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目順利通過科技成果鑒定。