68水泥窯協(xié)同處置廢棄物時砷的行為研究

1、水泥窯協(xié)同處置廢棄物時砷的行為研究錢秋蘭 劉喬（天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司）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，但同時必然帶來重金屬的污染問題，本文就砷的行為展開討論。廢棄物處置中砷元素實驗室揮發(fā)率為20%。生產(chǎn)線各單元中，在2-5級預(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，隨著國家經(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題日益嚴(yán)重。利用水泥回轉(zhuǎn)窯處置廢棄物，被國際公認(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)能降耗的問題，減少了資源的消耗和對環(huán)境的破壞；同

2、時減輕了社會的環(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程中，絕大部分有害物質(zhì)都能得到分解、燃燒而達(dá)到無害化、無污染，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。而重金屬對環(huán)境和人類的危害正日益受到重視，也是納入排放規(guī)范的，為此，我們開展了水泥窯協(xié)同處置廢棄物時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，試驗按照水泥生料易燒性試驗方法JC/T735-2005進(jìn)行。表1 砷的一次揮發(fā)率

3、序號生料中砷含量（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分別檢測生熟料中的砷含量，按下式計算砷的一次揮發(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）：生料燒失量試驗結(jié)果見表1。在試驗爐的開放體系下，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、氣體流動砷在生產(chǎn)線及各單元的固化率見表2，可見其90%以上隨熟料帶出，因而很少排入大氣，與實驗室實驗結(jié)果（固化率90.5%）存在一定差距。工廠C、D包括各級預(yù)熱器在內(nèi)的固化率、循環(huán)負(fù)荷分別見圖2、3，可見在2-5級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。在試驗爐開放條件下物料表面的砷會部分逸出到大氣中，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級筒中，當(dāng)氧氣和金屬氧化物存在時，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)論砷元素在實驗室的試驗中，部分揮發(fā)，固化率為80%。水泥窯中，在2、3級預(yù)熱器中，形成氣態(tài)氧化物，并在4、5級筒中形成不易揮發(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帶來廢氣排放污染的問題。參考文獻(xiàn)1. 喬嶺山 泥廠利用廢棄物的有關(guān)問題水泥技術(shù) 2002年12期 1-82. 蘇達(dá)根等 煅燒水泥熟料過程中重金屬逸放的幾個問題水泥2006年12期 19-203. Gabriela Niculae Inverstigations on heavy metals during waste co-incinerat