廢棄資源在水泥與水泥制品中的綜合利用-

1、廢棄資源在水泥與水泥制品中的綜合利用水泥與水泥制品行業(yè)綜合利用各種廢棄物的方法可分為三大類,即廢棄物的水泥原料化、廢棄物的水泥燃料化和廢棄物的混合材化。其中下水道焚燒灰、造紙焚燒灰、河道污泥、粉煤灰、高爐礦渣、氟化鈣污泥、硅藻土、煤矸石、廢石膏等均可作為水泥的代用原料,而廢輪胎、廢橡膠、廢塑料、廢油、活性炭污泥、廢白土、造紙污泥、焦炭等均可作為水泥的代用燃料。粉煤灰、高爐礦渣和煤矸石等具有潛在膠凝性的廢棄物也作為混合材或輔助性膠凝材料,用于生產(chǎn)水泥制品或混凝土。隨著社會的發(fā)展,中國面臨著空前的能源資源環(huán)境的壓力;而另一方面,技術的進步也為中國緩解資源能源環(huán)境壓力創(chuàng)造了條件。廢棄資源在水泥與水泥

2、制品行業(yè)的綜合利用,受到了全社會的高度重視,近年來獲得了較大發(fā)展。廢棄資源在水泥與水泥制品行業(yè)的應用技術越來越成熟,技術水平越來越高。廢棄資源在中國正在成為水泥與水泥制品行業(yè)生產(chǎn)用的重要原材料之一。固體廢棄物的綜合利用固體廢棄物可分為工業(yè)固體廢棄物和城市垃圾。表1和表2分別為2004年中國工業(yè)固體廢棄物的種類以及處置、貯存、利用和排放的情況。對中國的水泥與水泥制品行業(yè)而言,工業(yè)固體廢棄物的綜合利用主要體現(xiàn)在粉煤灰和礦渣作為混合材摻入水泥中,制備水泥和水泥制品,而把他們作為替代原料的情況很少。2004年,水泥行業(yè)綜合利用了2.1億噸諸如粉煤灰、礦渣、尾礦和煤矸石等的工業(yè)固體廢棄物,占各行業(yè)利用總

3、量的41.76%。至于城市垃圾的綜合利用,中國還處于試驗階段,多半未形成成熟的工藝路線。在過去幾年中,一些廠家進行了污泥、輪胎和垃圾的試燒實驗,結果表明在中國利用可燃垃圾煅燒熟料是必要的且可行的。表1中國工業(yè)固體廢棄物排放情況表2中國工業(yè)固體廢棄物處置、儲存、利用和排放情況一、工業(yè)固體廢棄物的綜合利用工業(yè)固體廢棄物在中國水泥與水泥制品行業(yè)中的綜合應用主要有兩方面。一是某些廢棄物含有SiO2或其他有用組分,可以利用這些廢棄物代替相應的原料來燒制熟料;二是作輔助性膠凝材料或混合材部分代替熟料來配制水泥,制備水泥混凝土制品,間接地節(jié)約資源和能源、減少污染。(一工業(yè)固體廢棄物作水泥工業(yè)的替代原料水泥熟

4、料的主要成分有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等,含有這些成分的廢棄物就可以部分地代替原材料。例如,如圖1所示,污水處理廠污泥灰、下水道污泥灰(PSSA等含有較多SiO2的廢棄物就可以代替硅質原料,含有較多Al2O3的工業(yè)廢水污泥灰可以作為鋁質原料。運用于水泥熟料燒成的可替代原料的相圖根據(jù)中國工業(yè)實際,替代原料主要有煉鐵工業(yè)的渣滓、煉鋁工業(yè)的赤泥、陶瓷及粘土工業(yè)的邊角料、污水處理工業(yè)的濾泥、垃圾焚燒工業(yè)的焚燒灰和石灰工業(yè)的廢料等。這些廢棄物的再利用不但回收了寶貴的Al2O3、Fe2O3,還降低了SO2、NOx等有害氣體的排放。實踐表明,可替代原料的應用有以下四個注意事項:一是要根據(jù)中國

5、工業(yè)實際、行業(yè)規(guī)范和國家法律適當選擇廢棄物作為可替代原料;二是配制生料時,常因被替代組分的不足而需要補充,即可替代原料一般只能部分地代替原材料;三是對熟料燒制過程要進行實時監(jiān)控,確保不會影響熟料質量和不產(chǎn)生額外的環(huán)境污染;四是對服役過程進行跟蹤監(jiān)控,確保使用過程安全。此外,在工藝上,還需注意作為代用原料的廢棄物由于化學成分不穩(wěn)定,離散性大。如何得到成分均勻、質量穩(wěn)定的入窯生料是整個工序的關鍵,所以應加強原料的預均化和生料的均化,使廢棄物成分波動在允許的范圍內。在上述工業(yè)廢棄物的資源化利用方面,應用企業(yè)都結合本地現(xiàn)有條件進行利用生產(chǎn)。(二工業(yè)固體廢棄物作混合材通常認為,水泥熟料的制造是非常昂貴的

6、,且不利于生態(tài)。然而,利用廢棄物作為混合材生產(chǎn)復合水泥不但減少了熟料的使用量,而且還變廢為寶。在中國,復合水泥已成為水泥行業(yè)消納廢棄物的龍頭。根據(jù)2003年全國水泥產(chǎn)量和水泥熟料產(chǎn)量測算,混合材約占水泥產(chǎn)量的23.6%,其中若80%為各類工業(yè)固體廢棄物,則廢棄物用量超過1.6億噸。加上生料中約4000萬噸,共計約2億噸。其中估計:利用礦渣約7000萬噸,粉煤灰約600萬噸,煤矸石約400萬噸,其他各類廢棄物約1.2億噸。展望未來,我們可以大膽地預言,如果更多地使用復合水泥,我們將不必增加波特蘭水泥的產(chǎn)量就可以滿足未來日益增長的需求典型城市生活垃圾煅燒后灰渣成分(%名稱燒失量SiO2 Al2O3

7、 Fe2O3 MgO K2O Na2O CaO灰渣 1.29 56.96 13.77 6.06 2.90 2.56 1.93 9.69在中國,城市垃圾的處理在早期主要是填埋,隨后在一些大城市采用了垃圾焚燒爐焚燒。但焚燒爐燃燒溫度低(8501200,物料在高溫下停留時間短(一般為13s,廢棄物很難完全分解,可能產(chǎn)生不完全燃燒產(chǎn)物和某些有害氣體(HCl、SO2等排入大氣,爐渣還要深埋或處理,對環(huán)境易產(chǎn)生二次污染,垃圾所含的熱量也浪費了。與焚燒爐相比,水泥回轉窯處置廢棄物有無可比擬的優(yōu)勢,水泥廠回轉窯具有更加理想的焚燒條件:焚燒溫度更高,使有機物破壞得更徹底;氣體和物料的停留時間更長,水泥窯內高溫氣

8、體湍流強烈,使廢棄物焚燒更徹底。其次在環(huán)保方面,水泥窯全系統(tǒng)在負壓下運行,有毒有害氣體不能溢出,除塵效率也高;水泥煅燒是在堿性條件下進行的,使有毒、有害廢棄物中的氯、硫、氟等在窯內被堿性物質完全中和吸收,變成無毒的氯化鈣、硫酸鈣、氟化鈣,便于其廢氣的凈化(脫酸處理;焚燒廢物的殘渣進入水泥熟料,對水泥質量一般無不良影響,做到了徹底焚燒而無二次污染;水泥窯可以將廢料中的絕大部分重金屬元素固定在熟料中,避免了再次擴散。目前,中國水泥行業(yè)綜合利用城市垃圾主要有兩種工藝。第一種工藝為:先把可燃垃圾在焚燒爐內焚燒成灰,然后再和其他原料配成生料,最后入窯煅燒得到熟料。對于非可燃的污水處理廠污泥,可先將其污泥

9、粉,并以石灰石、赤泥等原料補充污泥中不足的成分。第二種工藝為:垃圾焚燒和水泥熟料煅燒一體型,即垃圾直接喂入水泥回轉窯,經(jīng)14501700高溫煅燒后,垃圾灰與水泥其它原料在高溫帶通過固液相反應形成水泥熟料,熟料與石膏配合后粉磨成水泥。該工藝的特點就是不僅不殘留任何渣滓地處理了垃圾,而且還再利用了垃圾的熱量,節(jié)約了能源。但也存在著不足,那就是對垃圾質量要求較高,一般需要對城市垃圾進行分類回收,對其中可燃性好的垃圾加以利用,而對廚余物、玻璃等隋性組分仍需另作處理9。利用回轉窯焚燒城市垃圾有以下兩個問題必須注意:(1固體廢棄物中可能含有高濃度的氯和極少量的有毒有害物質,水泥廠必須嚴格限制排放物中NOx

10、、HCl、SOx、二噁英及其他有毒有害物質的含量,滿足中國排放標準;若原料中氯含量較高,宜將原料直接投入回轉窯中煅燒或應對預分解窯采用旁路放風措施;廢棄物帶進的二噁英高于800完全分解,窯尾廢氣應采用冷卻塔快速冷卻至250以下,以防止在250350.時二噁英重新生成。(2由于固體廢棄物中常含有重金屬成分,如Pb、Zn、Cu、Cr、As等,為從窯灰中回收這些重金屬,必要時須在工藝線上增設金屬回收工藝?？扇紡U棄物在水泥行業(yè)中的利用水泥行業(yè)利用可燃廢棄物替代傳統(tǒng)的石化燃料作二次燃料的研究始于上世紀70年代,主要在一些發(fā)達國家進行。中國開展這方面的研究起步較晚,目前只有北京水泥廠等少數(shù)廠家進行了試燒實

11、驗,但都取得了良好結果。這證明中國在當前條件下利用可燃廢棄物作替代燃料是可行的。這主要表現(xiàn)在以下兩個方面:一是在技術上基本可行,目前中國一些大型水泥廠的裝備及管理水平已經(jīng)步入國際先進行列,在技術上有能力利用可燃廢棄物作替代燃料;二是廢棄物資源豐富,為利用可燃廢棄物作替代燃料提供了物資保障,比如中國每年產(chǎn)生的廢舊輪胎量已達80 萬噸,超過了日本60 萬噸和德國40 萬噸的水平。隨著社會的進一步發(fā)展,中國有可能在十年內使廢輪胎量翻番。目前,上海建材集團總公司和北京建材集團公司所屬的企業(yè)在應用有毒有害可燃廢棄物方面,處于非常領先的地位。上海建材集團總公司所屬萬安企業(yè)總公司(原金山水泥廠利用上海先靈葆

12、制藥有限公司生產(chǎn)氟洛氛產(chǎn)品過程中產(chǎn)生的氟洛氛廢液(含氟異丙醇,按照危險廢棄物的定義,它是一種有害廢物,進行了替代部分燃料生產(chǎn)水泥的試驗。萬安企業(yè)總公司采用的技術路線是:液體廢料貯存在專用貯庫內,然后用泵從窯頭將其直接送入窯內燃燒;將其它固體廢料與煤一起入煤磨,與煤粉混用;將半固體的廢料裝入小編織袋,每袋5kg,用本廠自己開發(fā)的“窯炮”從窯頭打入燒成帶焚燒,目前已經(jīng)做到節(jié)能25%。上海市環(huán)境監(jiān)測中心對試燒過程中排放的廢氣進行了跟蹤監(jiān)測,測試結果表明,廢氣中的有害成分含量均低于上海市的排放標準,不存在對大氣污染的問題;經(jīng)中國建材研究院測試中心測定,試燒的水泥產(chǎn)品質量指標均在國家標準控制范圍內,說明

13、摻燒一定比例的氟洛氛廢液,對水泥產(chǎn)品質量無影響,對環(huán)境大氣亦無污染。北京建材集團公司所屬北京水泥廠,利用樹脂渣、廢漆渣、有機廢溶液、油墨渣等4種比較有代表性的工業(yè)有機廢棄物在本廠2000t/d熟料新型干法窯上進行了焚燒試驗,北京市環(huán)境監(jiān)測中心對試驗過程進行了跟蹤監(jiān)測。測定結果表明,排放的廢氣中的有機廢物和重金屬的濃度和排放量,均未達到北京市允許的最高排放標準,對熟料和窯灰取樣做了重金屬浸出試驗,測定結果重金屬的浸出量低于地表水二級標準,對水泥產(chǎn)品質量亦無影響。另外,中國世紀水泥公司在2003年5月從技術角度、經(jīng)濟角度等方面分析了廣州附近產(chǎn)出的含鋅廢料、含鋇廢料、有機污泥、廢皮革、塑料、等在可替

14、代原燃料上的可行性及應采取的技術手段,并在廣州水泥廠分三次試燒了數(shù)百噸的有機漂染污泥。目前,中國能應用于水泥與水泥制品行業(yè)的替代燃料種類很多。主要有廢舊輪胎、廢紙、廢塑料、紡織廢料、木屑、廢溶劑、廢油墨、廢油漆、屠宰業(yè)廢料、稻米殼、棕桐油殼、廢油等等,甚至連拆廢汽車駕駛室的座椅和儀表盤都是替代燃料常用的資源。然而,也不是只要含有熱量的廢料都可以作為水泥與水泥制品行業(yè)替代燃料使用。水泥行業(yè)替代燃料的選用必須符合下列的一些原則:(1代替常規(guī)燃料后能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。這些廢料必須有足夠的熱值,使得部分取代常規(guī)燃料后所節(jié)省的燃料費用足以支付廢料的收集、分類、加工、貯運的費用。(2必須適應水泥窯的工藝流程需要?？扇紡U料的形態(tài)、水分含量、燃點等都會影響使用過程的工藝流程設計,而這個設計必須與原有水泥窯的工藝流程很好地配合。(3符合環(huán)保的原則。替代燃料的利用不能產(chǎn)生二次污染,更不能加劇污染。各項檢測數(shù)據(jù)和檢測方法必須符合下列標準:水泥與水泥制品行業(yè)大氣污染物排放標準(GB4915-2004、重金屬工業(yè)固體廢棄物污染控制標準(GB5085-85、有色金屬工業(yè)固體廢棄物浸出毒性試驗方法標準(GB5086-85、危險廢棄物焚燒污染控制標準(GB18484-2001。結語水泥與水泥制品行業(yè)綜