68水泥窯協(xié)同處置廢棄物時(shí)砷的行為研究

1、水泥窯協(xié)同處置廢棄物時(shí)砷的行為研究錢(qián)秋蘭 劉喬（天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）摘要 在水泥窯協(xié)同處置廢棄物是最為有效地處置方法之一，但同時(shí)必然帶來(lái)重金屬的污染問(wèn)題，本文就砷的行為展開(kāi)討論。廢棄物處置中砷元素實(shí)驗(yàn)室揮發(fā)率為20%。生產(chǎn)線各單元中，在2-5級(jí)預(yù)熱器中存在部分氣態(tài)揮發(fā)、固態(tài)凝固，進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，而隨熟料帶出。關(guān)鍵詞 水泥窯 廢棄物處置 砷 揮發(fā) 固化率 循環(huán)負(fù)荷近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和工業(yè)、城市的高速發(fā)展，生活和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢棄物的消納問(wèn)題日益嚴(yán)重。利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置廢棄物，被國(guó)際公認(rèn)為處置工業(yè)廢棄物的最有效方法。這一方面解決了水泥行業(yè)節(jié)能降耗的問(wèn)題，減少了資源的消耗和對(duì)環(huán)境的破壞；同

2、時(shí)減輕了社會(huì)的環(huán)境負(fù)荷；水泥窯處置廢棄物技術(shù)既降低了水泥生產(chǎn)的成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；又降低了廢棄物處置成本，有利于實(shí)現(xiàn)資源再利用和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。在水泥窯處置廢棄物的過(guò)程中，絕大部分有害物質(zhì)都能得到分解、燃燒而達(dá)到無(wú)害化、無(wú)污染，但是重金屬元素由于不能消解，必然帶入水泥熟料中或隨氣體排放。而重金屬對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的危害正日益受到重視，也是納入排放規(guī)范的，為此，我們開(kāi)展了水泥窯協(xié)同處置廢棄物時(shí)重金屬的影響研究本文著重探討砷元素在水泥窯中的行為。一. 砷的一次揮發(fā)率按照一定率值配置水泥生料，將廢棄物以原料的形式摻入，試驗(yàn)按照水泥生料易燒性試驗(yàn)方法JC/T735-2005進(jìn)行。表1 砷的一次揮發(fā)率

3、序號(hào)生料中砷含量（mg/kg）熟料中砷含量（mg/kg）揮發(fā)率13.353.8424.624.195.4113.531.061.2721.144.695.3226.053.915.1413.964.095.3519.5713.8017.3616.982.582.7729.093.643.7628.31011.6714.4817.31168.5892.0712.5122.843.6217.2134.575.9016.4142.803.6515.8152.753.3720.5平均19.5分別檢測(cè)生熟料中的砷含量，按下式計(jì)算砷的一次揮發(fā)率：揮發(fā)率%=1-其中：砷在熟料中的含量（mg/kg）：砷在生料

4、中的含量（mg/kg）：生料燒失量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。在試驗(yàn)爐的開(kāi)放體系下，砷的揮發(fā)率在20%左右。二. 砷在水泥窯中的行為水泥廠的物料、氣體流動(dòng)如圖1，其中預(yù)熱器系統(tǒng)又可以分為C1-C5，砷由原料和窯頭、窯尾燃料帶入生產(chǎn)線，從熟料和氣體排放排出系統(tǒng)。熟料燒成生料制備圖1 水泥廠各單元間物料、氣體流動(dòng)砷在生產(chǎn)線及各單元的固化率見(jiàn)表2，可見(jiàn)其90%以上隨熟料帶出，因而很少排入大氣，與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果（固化率90.5%）存在一定差距。工廠C、D包括各級(jí)預(yù)熱器在內(nèi)的固化率、循環(huán)負(fù)荷分別見(jiàn)圖2、3，可見(jiàn)在2-5級(jí)筒固化率較低而循環(huán)負(fù)荷達(dá)到140%以上，存在一定的揮發(fā)、逸出，而在其他單元循環(huán)負(fù)荷接近100%，

5、固化率亦接近生產(chǎn)線的平均值。表2 砷在生產(chǎn)線及各單元的固化率生產(chǎn)線窯預(yù)熱器磨+收塵工廠A86.2394.3464.4679.36工廠B95.7886.7675.0180.17工廠C96.1390.03100.34109.47工廠D98.7697.9899.7592.83工廠F88.4792.7786.3789.29平均93.0792.3885.1990.22圖2 砷在各單元的固化率圖3 砷在各單元的循環(huán)負(fù)荷砷元素在自然界多以硫化物:砷黃鐵礦（FeAsS）、雌黃（As2S3） 、雄黃（As4S4）的形式存在，它們加熱至500-700，相當(dāng)于2、3級(jí)筒預(yù)熱器中，氧化條件下形成氣態(tài)的As2O3和SO

6、2。在試驗(yàn)爐開(kāi)放條件下物料表面的砷會(huì)部分逸出到大氣中，因而造成了20%的揮發(fā)：FeAsS+4O2FeO+ As2O3+SO2As2S2+5O2As2O3+SO2As2S3+9O2As2O3+SO2但在燒成系統(tǒng)密閉條件下，繼續(xù)升溫至750后，在4、5級(jí)筒中，當(dāng)氧氣和金屬氧化物存在時(shí)，將形成不易揮發(fā)的As2O5或砷酸鹽、偏砷酸鹽，反應(yīng)式如下：As2O3+O2As2O5As2O3+Me2OMeAsO4 因此，在窯內(nèi)砷基本隨熟料帶出生產(chǎn)線，很少排放到大氣中。有資料顯示，在熟料中砷以偏砷酸鹽或五氧化二砷的形式存在。三. 結(jié)論砷元素在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)中，部分揮發(fā)，固化率為80%。水泥窯中，在2、3級(jí)預(yù)熱器中，形成氣態(tài)氧化物，并在4、5級(jí)筒中形成不易揮發(fā)的偏砷酸鹽或五氧化二砷隨熟料帶出，因此，高砷物料的處置不會(huì)帶來(lái)廢氣排放污染的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)1. 喬嶺山 泥廠利用廢棄物的有關(guān)問(wèn)題水泥技術(shù) 2002年12期 1-82. 蘇達(dá)根等 煅燒水泥熟料過(guò)程中重金屬逸放的幾個(gè)問(wèn)題水泥2006年12期 19-203. Gabriela Niculae Inverstigations on heavy metals during waste co-incinerat