水泥窯協(xié)同處置技術對固化重金屬作用的研究

苗小磊

（河北省建筑材料工業(yè)設計研究院，河北 石家莊 050051）

1 現(xiàn)狀分析

日本等國家在利用水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物方面起步較早[1]，20世紀以來，一些發(fā)達國家把處理垃圾和循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的理念結(jié)合起來，利用水泥窯協(xié)同處理固體廢物，不僅節(jié)省固廢處置設施的投資及運行費用，同時為水泥生產(chǎn)找到替代燃料及原料，達到了社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。

我國在利用水泥工業(yè)處置和利用可燃性廢棄物方面起步比較晚[2]，現(xiàn)在仍處于試驗階段，但是我國出臺了很多政策來推動水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的發(fā)展。例如，在近年來，京津冀建材行業(yè)采暖季錯峰生產(chǎn)過程中，具有水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物的水泥企業(yè)，可以減量生產(chǎn)，免于停產(chǎn)錯峰[3]。

水泥窯協(xié)同處置固體廢棄物一般指生活垃圾、污泥和危險廢棄物等。這些廢棄物中有許多有害或者難以分解的成分，其中包括重金屬元素。重金屬元素對土壤及人體有很大的潛在威脅。利用水泥窯處置固體廢棄物能否將重金屬固化是本文研究的重點。

2 試驗方案

試驗思路：以河北省某大型水泥公司生料為主要原料，其中加入各種重金屬氧化物，模擬回轉(zhuǎn)窯進行煅燒，之后對熟料重金屬含量進行檢測，判定重金屬固化率。試驗所用試劑見表1。

生料中加入1%的重金屬（按照純重金屬元素量摻入）。以ZnO為例，如果要配100g的混合料，其中Zn原子要占到1g，需要ZnO化學藥品的量為1÷（65.41÷81.39）=1.244 3g，需要生料的量為100-1.244 3=98.755 7g。

對于混入重金屬氧化物的混合料中加入10%蒸餾水，之后混勻。取30g加，于直徑為30mm的模具中，在10.6kn的壓力下保壓30s（加壓速率為500n/s），壓制成厚度大約5mm的圓柱形試樣備用。

高溫爐升溫工藝過程：首先將預熱爐升溫至920℃，然后放入生料預熱40min，之后放入已經(jīng)升溫到1 450℃的高溫爐中煅燒50min。

對于樣品的冷卻有兩種方案。第一，將燒制出來的熟料在室內(nèi)（30℃）自然冷卻。第二，燒制出來的熟料在室外（10℃）電風扇的作用下進行急冷。為了進行比較進行以下實驗。

取兩組沒有摻入重金屬的空白試樣，在上述升溫、保溫過程下進行煅燒，最后將兩組試樣在不同方案下進行冷卻，并對樣品進行XRD測試，結(jié)果見圖1。

圖1 不同冷卻制度下兩種熟料的XRD圖譜

通過圖1可以看出對于兩組在不同冷卻方案下的熟料C3S的含量基本相同，并且符合實際生產(chǎn)中熟料C3S的含量，但是室外急冷樣品中C2S的含量為15.5%，而室內(nèi)冷卻樣品中C2S的含量為26.3%，含量偏高。另外對于室外急冷樣品fCaO含量為2.0%，而室內(nèi)冷卻樣品中fCaO含量為4.92%，所以工藝中選擇室外冷卻，另外通過其他化合物含量分析，確定本實驗方案可以模擬出實際生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯中各種反應，具有較真實的代表性。

3 試驗過程及樣品檢測

通過上述方案，分別將摻入各種重金屬氧化物的生料，煅燒出500g以上的熟料。然后將熟料在球磨機中進行粉磨，球磨機型號為HS1510；球磨時間為10min，取球磨后的試樣25g，在負壓篩中通過0.08mm的篩，2min后測得篩上物為7%，易磨性合格。

3.1 熒光分析儀測試實驗樣品

對空白樣品中重金屬含量進行熒光分析，所得數(shù)據(jù)見表2。

表1 試驗所需重金屬藥品

表2 熒光分析空白試樣中各種重金屬含量

表3 熒光分析摻入各種重金屬試樣中重金屬含量

圖2 水泥生料對各種重金屬固化率

對摻入各種重金屬氧化物的熟料進行熒光測試，所得各個試樣重金屬含量見表3、圖2。

3.2 原子吸收光譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜法分析試驗樣品

按照《浸出溶液試驗標準》（GB/T30810-2014）對空白樣品和摻入各種重金屬樣品的水泥試樣進行微波消解，之后利用原子吸收光譜測定各種重金含量見表4、圖3。

4 結(jié) 論

通過對比圖2、圖3可以得出結(jié)論。

（1）試驗樣品采用兩種測試手段，結(jié)果基本相同，可見試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果的真實可靠。

表4 原子吸收光譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測試樣中各種重金屬含量

圖3 水泥生料對各種重金屬固化率

（2）熟料在燒制過程中，對摻入的9種重金屬元素，除了Cr、Cd、Pb外都有較好的固化率（固化率都在80%以上）。

（3）本文重金屬摻入量為1%，在實際生活中固體廢棄物重金屬含量很難超過1%，熟料在燒制過程中對大部分重金屬元素都有較好的固化作用，可見水泥窯協(xié)同處置技術處理固體廢棄物，對于固化重金屬具有很好的效果。

[1]郭廷杰.日本水泥工業(yè)廢物綜合利用情況簡介[J].中國資源綜合利用，2004（07）：39-41.

[2]朱雪梅，劉建國，黃啟飛，等.固體廢物水泥窯共處置技術應用及存在問題[J].中國水泥，2006（04）：45-49.

[3]河北省大氣污染防治工作領導小組辦公室關于做好河北省2017-2018采暖季錯峰生產(chǎn)攻堅行動的通知，2017.9.15：2.