水泥窯協(xié)同處理造紙固廢白泥技術(shù)及其應(yīng)用

李世鋒，熊漢南，劉仙泉，高顯敏

（江西贛州南方萬(wàn)年青水泥有限公司，江西 贛州 342302）

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們的生活水平也得到了明顯的提升，但是由于我國(guó)粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)對(duì)環(huán)境造成了不可避免的危害，而且我國(guó)是制漿造紙的大國(guó)，目前大多數(shù)采用化學(xué)制漿法。這種方法就是利用各種化學(xué)藥劑，在特定條件下將植物纖維原料中的大部分木素溶出來(lái)使之分散成紙漿。目前造紙以燒堿法制漿為主，無(wú)論用何種原料造紙都要產(chǎn)生黑液，黑液中含有大量的廢堿和有機(jī)物，目前環(huán)保不允許排放到河里。雖然黑液可以采用堿回收的方法進(jìn)行處理，能消除黑液的污染，但是，同時(shí)又產(chǎn)生了大量的強(qiáng)堿性廢渣——白泥。

目前對(duì)造紙苛化白泥堿渣的主要處理方法是焚燒和填埋。焚燒的方式主要有兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是建立焚燒的場(chǎng)所費(fèi)用高，焚燒白泥的設(shè)備昂貴，耗能非常高，焚燒不能為企業(yè)帶來(lái)利潤(rùn)，增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。二是焚燒白泥還將產(chǎn)生大量的廢氣，容易造成空氣污染，即從一種污染演變成另外一種污染。第二種處理白泥的方式是填埋，這是目前造紙企業(yè)普遍采用的方式。由于白泥是由不易自然分解（降解）的有害物質(zhì)組成，而我國(guó)尚未完全建立防滲透水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，直接將白泥填埋不僅需要大量的土地，而且容易造成填埋地及周邊水資源的污染及土地污染，這將直接導(dǎo)致該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境惡化，浪費(fèi)土地資源和破壞水資源。

因此，對(duì)造紙固廢白泥的處理稱(chēng)為當(dāng)今環(huán)境污染治理的研究?jī)?nèi)容之一，如何對(duì)造紙固廢白泥進(jìn)行有效的利用以及合理的處理，避免白泥對(duì)水資源及土壤的污染，又能變廢為寶是造紙業(yè)面臨的一項(xiàng)重要的挑戰(zhàn)。

1 水泥窯處理白泥技術(shù)工藝流程

造紙工業(yè)的廢渣主要包括白泥、脫硫石膏、爐渣以及粉煤灰。其中，粉煤灰的發(fā)熱量有1 672kJ/kg，這能充分發(fā)揮其熱量，配料配入生料中，降低煤耗。而爐渣、脫硫石膏因其成分與水泥生產(chǎn)的原料成分相近，經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究已經(jīng)在水泥生產(chǎn)過(guò)程中作為替代原料使用，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟。但是固廢白泥的利用卻尚處于空白狀態(tài)。經(jīng)過(guò)對(duì)造紙固廢的成分進(jìn)行檢測(cè)分析，其成分主要是碳酸鈣，與石灰石類(lèi)似，只是還有0.4%的堿。

本技術(shù)專(zhuān)門(mén)解決造紙固廢白泥的處理，它不是對(duì)白泥的污染進(jìn)行處理，而是將其作為水泥制造的原材料，對(duì)白泥進(jìn)行廢物利用，從根本上消除了白泥的污染，且間接的為水泥生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造效益。

1.1 生產(chǎn)工藝

本技術(shù)與傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝相比無(wú)需額外添加設(shè)備，只是在原料的配比上存在差異，因此，企業(yè)可在原有的生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行新技術(shù)的實(shí)施。

（1）破碎及預(yù)均化。

①破碎。本技術(shù)是將水泥生產(chǎn)過(guò)程中的原料石灰石進(jìn)行破碎，利用白泥和含硫化合物的混合物替代部分石灰石，其中白泥和含硫化合物的混合物代替的部分石灰石占總石灰石的質(zhì)量比例為3%～10%，白泥和含硫化合物的混合物中含硫化合物的質(zhì)量占比為10%～15%。

②原料預(yù)均化。在原料的存、取過(guò)程中，將原料進(jìn)行均化，使原料均勻，這樣利用后期的生產(chǎn)。

（2）生料制備。

這一過(guò)程是水泥生產(chǎn)的前提，就是將原料進(jìn)行粉磨，將之前的石灰石和白泥、含硫化合物的混合物一起進(jìn)行粉磨，充分粉磨后能使原料混合均勻，為后期水泥制造提供質(zhì)量保證。

（3）生料均化。

本階段是將上一階段粉磨后的生料進(jìn)行均化，是穩(wěn)定熟料燒成熱加工的前提，生料均化系統(tǒng)起著穩(wěn)定入窖生料成分的最后一道把關(guān)作用。

（4）預(yù)熱分解。

把生料的預(yù)熱和部分分解由預(yù)熱器來(lái)完成，代替回轉(zhuǎn)窯部分功能，達(dá)到縮短回窯長(zhǎng)度，同時(shí)使窯內(nèi)以堆積狀態(tài)進(jìn)行氣料換熱過(guò)程，移到預(yù)熱器內(nèi)在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行，使生料能夠同窯內(nèi)排出的熾熱氣體充分混合，增大了氣料接觸面積，傳熱速度快，熱交換效率高，達(dá)到提高窯系統(tǒng)生產(chǎn)效率、降低熟料燒成熱耗的目的。

（5）水泥熟料的燒成。

生料在旋風(fēng)預(yù)熱器中完成預(yù)熱和預(yù)分解后，下一道工序是進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行熟料的燒成。

在回轉(zhuǎn)窯中碳酸鹽進(jìn)一步的迅速分解并發(fā)生一系列的固相反應(yīng)，生成水泥熟料中的礦物。隨著物料溫度升高，礦物會(huì)變成液相，溶解于液相中進(jìn)行反應(yīng)生成大量熟料。熟料燒成后，急冷，輸送到貯存庫(kù)，回收高溫熟料的顯熱，提高系統(tǒng)的熱效率和熟料質(zhì)量。

（6）水泥粉磨。

水泥粉磨是水泥制造的最后工序，就是將之前燒好的熟料加入膠凝劑、性能調(diào)節(jié)材料等粉磨至適宜的粒度（以細(xì)度、比表面積等表示），形成一定的顆粒級(jí)配，增大其水化面積，加速水化速度，滿足水泥漿體凝結(jié)、硬化要求。

1.2 工藝流程圖

水泥生產(chǎn)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

2 技術(shù)應(yīng)用檢驗(yàn)

本技術(shù)采用實(shí)踐檢測(cè)的方式進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)水泥生產(chǎn)的原料加入白泥及含硫化合物前后的相關(guān)化學(xué)、物流性能進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)檢驗(yàn)水泥本技術(shù)的可行性及水泥性能。

2.1 技術(shù)要點(diǎn)及原理

（1）將水泥生產(chǎn)原料中的部分石灰石用白泥和含硫化合物的混合物代替，白泥和含硫化合物的混合物代替的部分石灰石占總石灰石的質(zhì)量比例為3%ˉ10%（分別以3%、10%、6%作為實(shí)例檢測(cè)）。

（2）白泥和含硫化合物的混合物中含硫化合物的質(zhì)量占比為10%ˉ15%（分別以10%、15%、12%作為實(shí)例檢測(cè)）。白泥中的堿與含硫化合中的硫分子量相當(dāng)。

（3）硫化合物為主要成分為CaSO4的材料，含硫化合物脫硫石膏、磷石膏為氟石膏，并分別以這三種物質(zhì)做檢測(cè)。

（4）水泥生產(chǎn)的工藝過(guò)程當(dāng)中，加強(qiáng)熟料搭配均化，增加出磨水泥游離鈣的檢測(cè)頻次。

（5）水泥生產(chǎn)的工藝過(guò)程當(dāng)中，密切關(guān)注窯系統(tǒng)各檢測(cè)點(diǎn)負(fù)壓，關(guān)注堿循環(huán)。

在對(duì)白泥成分進(jìn)行檢測(cè)后，檢測(cè)結(jié)果顯示白泥成分與石灰石類(lèi)似，但是白泥含有0.4%左右的堿。堿對(duì)熟料煅燒及水泥性能的有明顯影響，由于K2O和Na2O的堿性比CaO的堿性強(qiáng)，當(dāng)生料中含硫時(shí)，堿與硫化合生成堿的硫酸鹽，它可以是獨(dú)立的穩(wěn)定相存于熟料中，亦可以鉀——鈉硫酸鹽固溶體的形式（Na2O·3K2SO4）存在，可以把堿從窯內(nèi)部帶出，緩和堿的不利影響。

2.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

本技術(shù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)時(shí)間為2017年12月至2018年8月，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/p>

其中2017年12月-2018年3月的數(shù)據(jù)為未加入白泥及含硫化合物的混合物時(shí)水泥化學(xué)、物理性能的技術(shù)參數(shù)，2018年4月-2018年8月為加入白泥及含硫化合物的混合物后，水泥的化學(xué)及物理性能技術(shù)參數(shù)。

從表1、表2中可以看出，將水泥制造中的原料石灰石中的3%ˉ10%替換成白泥及含硫化合物的混合物后，水泥成分無(wú)變化，KH數(shù)值變化在正常波動(dòng)范圍內(nèi)，游離鈣數(shù)據(jù)也在正常范圍，這表明加入白泥及含硫化合物的混合物后，水泥的化學(xué)性能無(wú)顯著影響，即不影響水泥的正常功能。

表1 2017～2018年各月熟料化學(xué)成分

表2 2017～2018年各月熟料物理性能

表3 使用白泥前后各工段產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總（%）

從表3中可以看出，熟料中SiO2百分比顯著提高，K2O、Na2O含量降低，可見(jiàn)在煅燒過(guò)程中，這兩種物質(zhì)充分進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)，與堿結(jié)合，并將堿帶出，可有效的緩和堿的不利影響。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，與傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)相比，本技術(shù)具有的特點(diǎn)。

（1）有效處理了造紙固廢白泥，避免了白泥的對(duì)環(huán)境的污染，又節(jié)省了生產(chǎn)水泥所需的石灰石原材料，使污染物白泥變廢為寶。

（2）將部分生產(chǎn)水泥的原料中的部分石灰石用白泥和含硫化合物的混合物代替，解決了水泥旋窯處理造紙固廢白泥時(shí)產(chǎn)生的堿循環(huán)問(wèn)題，避免了預(yù)熱器錐體部分或卸料溜子形成結(jié)皮，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)堵塞，出現(xiàn)窯筒體結(jié)圈，破碎機(jī)卡堵，影響正常生產(chǎn)等問(wèn)題。

（3）采用替代原料時(shí)，窯系統(tǒng)各檢測(cè)點(diǎn)負(fù)壓正常，堿循環(huán)大大減輕，水泥產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，不影響水泥正常生產(chǎn)且能提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié) 論

造紙企業(yè)處理造紙產(chǎn)生的固廢物需要投入大量的資金、設(shè)備、人員，這無(wú)疑是降低了企業(yè)的利潤(rùn)，而水泥生產(chǎn)企業(yè)制造水泥同樣需要大量購(gòu)買(mǎi)原料。本技術(shù)通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)證明，在水泥制造的原料中加入3% ～10%的白泥和含硫化合物后，水泥的物理成分無(wú)變化，化學(xué)性能得到了提升，而且在生產(chǎn)制作過(guò)程中，有利于改善堿循環(huán)，減少對(duì)大氣的污染，降低水泥生產(chǎn)成本。

本技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了造紙企業(yè)處理造紙固廢白泥的問(wèn)題，而且降低了水泥生產(chǎn)企業(yè)的原料成本，改善了水泥制造工藝，具有理論和實(shí)踐的雙重意義。