水泥窯協(xié)同處置鎢渣的生產(chǎn)試驗

鎢冶煉固體廢物（以下簡稱鎢渣）一般指堿煮法冶煉鎢過程中產(chǎn)生的鎢冶煉渣。鎢渣主要由金屬和非金屬氧化物組成，含錳、鎳、砷、鉛、鉻等重金屬，我國鎢冶煉行業(yè)雖發(fā)展迅速，但是針對每年產(chǎn)生的大量鎢渣仍然是以堆放為主，長期堆存不僅占用大量的土地資源，同時伴生的重金屬元素對環(huán)境還存在著潛在的污染風(fēng)險，2016版的《國家危險廢物名錄》中，“仲鎢酸銨生產(chǎn)過程中堿分解產(chǎn)生的堿煮渣”（鎢渣）已經(jīng)被列入到危險廢物范圍內(nèi)，導(dǎo)致我國鎢冶煉行業(yè)面臨空前的環(huán)保壓力和挑戰(zhàn)。尤其我國作為世界第一的鎢儲量、產(chǎn)量及出口國，更應(yīng)合理處置鎢渣，如若處置不當(dāng)會對生態(tài)環(huán)境及人身健康造成嚴(yán)重危害。在環(huán)境保護和資源化利用的雙重壓力下，如何實現(xiàn)對鎢渣的減量化、資源化和無害化處置，對我國鎢冶煉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。目前，較多的研究僅從鎢渣的再提煉及資源化利用入手，并未徹底消除鎢渣的潛在危險。本文充分利用水泥窯協(xié)同處置危險廢物“吃干榨凈”及鎢渣在水泥窯中處置過程豁免的技術(shù)優(yōu)勢，開展鎢渣作為水泥生產(chǎn)鈣質(zhì)替代原料的探索處置研究，在資源最大化利用，消除鎢渣作為危險廢物的危險特性的同時，探討了鎢渣作為替代石灰石原材料對水泥品質(zhì)的影響，明確鎢渣的質(zhì)量特征，以期為水泥窯協(xié)同處置鎢渣的技術(shù)提供依據(jù)和指導(dǎo)。1、試驗材料與方法1.1試驗材料鎢渣為洛陽欒川鉬業(yè)集團股份有限公司提供，采用隨機采樣方式對鎢渣進行采樣。利用取樣鏟隨機在一輛車上進行十次單點取樣，每車取樣不超過1kg，以五車為一組，然后將每車采取的樣品充分混合，每組樣品作為一個份樣，為保證數(shù)據(jù)的均一性及合理性，取十組進行分批次檢測。1.2檢測方法鎢渣熱值分析采用GB/T212—2008《煤的工業(yè)分析方法》測定；水分檢測采用減重法；常規(guī)化學(xué)分析參照GB/T176—2008《水泥化學(xué)分析方法》和DZG02—2011《巖石礦物分析》。2、結(jié)果與分析2.1鎢渣理化特性鎢渣成分檢測結(jié)果見表1。表1鎢渣成分檢測結(jié)果%由表1可以看出：鎢渣中CaO含量平均達到36.43%，可以替代部分鈣質(zhì)原料，但其堿、磷含量較高，堿含量平均為3.97%，磷含量平均值為12.80%，水分12.70%，燒失量23.60%。從成分層面分析，鎢渣中磷及堿含量是影響水泥窯況及品質(zhì)的主要因素。2.2鎢渣搭配方案利用一條4?500t/d熟料生產(chǎn)線進行試驗，生產(chǎn)線全部采用國際先進的新型干法工藝。從理論搭配方案測算來看，鎢渣摻加量最大可達10%，經(jīng)雙方考慮，因首次使用且國內(nèi)外缺少鎢渣作為替代原材料的使用參考經(jīng)驗，為保證窯系統(tǒng)及熟料質(zhì)量的穩(wěn)定，初步摻加量定為5%，KH=0.91±0.02，SM=2.60±0.1，IM=1.60±0.1。經(jīng)配料計算，原料干基配比為：石灰石82%，砂巖5.0%，鐵質(zhì)材料1.8%，黏土3.8%，爐底渣2.4%，鎢渣5.0%。生料化學(xué)成分見表2。表2生料化學(xué)成分%2.3過程產(chǎn)品質(zhì)量摻加鎢渣與未摻加鎢渣的熟料質(zhì)量對比見表3，為有效降低處置期間窯系統(tǒng)的波動誤差及其他因素的影響，在相應(yīng)投加比例下，連續(xù)運行48h，每8h取樣一次，檢測熟料質(zhì)量變化，后對系列數(shù)據(jù)求平均值。表3鎢渣對熟料質(zhì)量的影響2.3.1鎢渣對熟料堿含量影響堿在物料煅燒過程中，苛性堿、氯堿首先揮發(fā)，堿的碳酸鹽和硫酸鹽次之，而存在于長石、云母、伊利石中的堿要在較高的溫度下才能揮發(fā)。揮發(fā)的堿只有少量排入大氣，其余部分隨窯內(nèi)煙氣向窯低溫區(qū)域運動時，會凝結(jié)在溫度較低的生料上。對于帶預(yù)熱器的窯，通常在最低二級預(yù)熱器內(nèi)就冷凝，然后又和生料一起進入窯內(nèi)，溫度升高時又揮發(fā)，這樣就產(chǎn)生了堿循環(huán)。當(dāng)堿循環(huán)富集到一定程度時，就會引起氯化堿和硫酸堿等化合物黏附在最低二級預(yù)熱器錐體部分或卸料溜子上，形成結(jié)皮，同時堿含量的提升會影響熟料后期強度。因此，控制堿含量對生產(chǎn)及質(zhì)量具有重要作用。從鎢渣的成分可得知，平均3.97%的堿含量對水泥原材料來說具有較大的影響，摻加鎢渣后雖對水泥熟料的堿含量整體有一定的提升，但通過優(yōu)化配比，堿含量基本控制在0.80%~0.85%，總體可控，穩(wěn)定投加下，可以保證熟料堿含量穩(wěn)定合格。鎢渣對熟料堿含量的影響見圖1。圖1鎢渣對熟料堿含量的影響2.3.2鎢渣對凝結(jié)時間的影響鎢渣對熟料凝結(jié)時間的影響見圖2、圖3。影響水泥凝結(jié)時間的因素較多，但本試驗在相同條件下，鎢渣中磷含量的偏高是導(dǎo)致水泥凝結(jié)時間過長的主要因素。從試驗數(shù)據(jù)看出，在5%的摻加量以內(nèi)，初凝和終凝時間雖有一定的影響，但基本可控，在可接受范圍內(nèi)，摻加量超過5%后初凝與終凝的時間明顯過長，不利于水泥產(chǎn)品的使用及銷售。圖2鎢渣對熟料初凝時間的影響圖3鎢渣對熟料終凝時間的影響2.3.3鎢渣對熟料強度的影響鎢渣對熟料3d、28d抗壓強度的影響分別見圖4、圖5。從圖4和圖5看出，未處置鎢渣時，熟料3d抗壓強度在31.5~32.0MPa之間波動，平均為31.9MPa；熟料28d抗壓強度在55.7~56.2MPa，平均為55.9MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量平均為23.6%。優(yōu)化比例處置鎢渣期間，可以看出5%搭配比例下，熟料3d及28d強度明顯升高，但超過5%后急劇下滑。其中5%搭配比例下，熟料3d抗壓強度在34.0~34.5MPa，平均為34.2MPa；熟料28d抗壓強度在56.4~57.2MPa，平均為56.8MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量平均為22.9%。對比未投加鎢渣時，熟料3d抗壓強度平均升高2.3MPa，28d抗壓強度平均升高0.9MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量減少0.7%。圖4鎢渣對熟料3d抗壓強度的影響圖5鎢渣對熟料28d抗壓強度的影響2.4效益分析搭配使用5%鎢渣，按照各項指標(biāo)均值測算，鎢渣可替代石灰石有效成分的3.73%，占生料原材料替代率3.06%。同時實際運行過程中熟料各有害成分含量未明顯上升，方案設(shè)計及后期運行過程中各項指標(biāo)符合配料目標(biāo)值，生料配料成本約21.72元/t，較搭配前生料配料成本下降1.06元/t，按照每日熟料滿負(fù)荷生產(chǎn)產(chǎn)能測算，每天可節(jié)約8?268元。同時相應(yīng)減少了單位熟料CO2排放量。3、結(jié)論（1）鎢渣中高含量的氧化鈣可替代水泥生產(chǎn)的部分鈣質(zhì)原料。鎢渣中堿含量是影響水泥窯況及質(zhì)量的一大因素，對于4?500t/d水泥窯生產(chǎn)線，鎢渣入窯量控制在5%以下，熟料質(zhì)量可保持合格及窯況保持穩(wěn)定，既減少了自然資源的消耗，也節(jié)約了企業(yè)的生