68水泥窑协同处置废弃物时砷的行为研究.docVIP

水泥窑协同处置废弃物时砷的行为研究 钱秋兰 刘乔 （天津水泥工业设计研究院有限公司） 摘要 在水泥窑协同处置废弃物是最为有效地处置方法之一，但同时必然带来重金属的污染问题，本文就砷的行为展开讨论。废弃物处置中砷元素实验室挥发率为20%。生产线各单元中，在2-5级预热器中存在部分气态挥发、固态凝固，进入回转窑，而随熟料带出。 关键词 水泥窑 废弃物处置 砷 挥发 固化率 循环负荷 近年来，随着国家经济和的发展，日益严重利用回转窑处置废弃物，被国际公认为处置工业废弃物的最有效方法一方面解决了水泥行业节能降耗的问题，减少了资源的消耗对环境的破坏；减轻了社会的环境负荷；水泥窑处置废弃物技术既降低了水泥生产的成本，提高了企业的经济效益；又降低了处置成本，有利于实现资源再利用和经济可持续发展。 生料中砷含量（mg/kg） 熟料中砷含量（mg/kg） 挥发率 1 3.35 3.84 24.6 2 4.19 5.41 13.5 3 1.06 1.27 21.1 4 4.69 5.32 26.0 5 3.91 5.14 13.9 6 4.09 5.35 19.5 7 13.80 17.36 16.9 8 2.58 2.77 29.0 9 3.64 3.76 28.3 10 11.67 14.48 17.3 11 68.58 92.07 12.5 12 2.84 3.62 17.2 13 4.57 5.90 16.4 14 2.80 3.65 15.8 15 2.75 3.37 20.5 平均 19.5 分别检测生熟料中的砷含量，按下式计算砷的一次挥发率： 挥发率%=1- 其中：砷在熟料中的含量（mg/kg） ：砷在生料中的含量（mg/kg） ：生料烧失量 试验结果见表1。在试验炉的开放体系下，砷的挥发率在20%左右。 砷在水泥窑中的行为 水泥厂的物料、气体流动如图1，其中预热器系统又可以分为C1-C5，砷由原料和窑头、窑尾燃料带入生产线，从熟料和气体排放排出系统。 图1 水泥厂各单元间物料、气体流动 砷在生产线及各单元的固化率见表2，可见其90%以上随熟料带出，因而很少排入大气，与实验室实验结果（固化率90.5%）存在一定差距。 工厂C、D包括各级预热器在内的固化率、循环负荷分别见图2、3，可见在2-5级筒固化率较低而循环负荷达到140%以上，存在一定的挥发、逸出，而在其他单元循环负荷接近100%，固化率亦接近生产线的平均值。 表2 砷在生产线及各单元的固化率 生产线 窑 预热器 磨+收尘 工厂A 86.23 94.34 64.46 79.36 工厂B 95.78 86.76 75.01 80.17 工厂C 96.13 90.03 100.34 109.47 工厂D 98.76 97.98 99.75 92.83 工厂F 88.47 92.77 86.37 89.29 平均 93.07 92.38 85.19 90.22 图2 砷在各单元的固化率 图3 砷在各单元的循环负荷 砷元素在自然界多以硫化物:砷黄铁矿（FeAsS）、雌黄（As2S3） 、雄黄（As4S4）的形式存在，它们加热至500-700℃，相当于2、3级筒预热器中，氧化条件下形成气态的As2O3和SO2。在试验炉开放条件下物料表面的砷会部分逸出到大气中，因而造成了20%的挥发： FeAsS+4O2→FeO+ As2O3↑+SO2↑ As2S2+5O2→As2O3↑+SO2↑ As2S3+9O2→As2O3↑+SO2↑ 但在烧成系统密闭条件下，继续升温至750℃后，在4、5级筒中，当氧气和金属氧化物存在时，将形成不易挥发的As2O5或砷酸盐、偏砷酸盐，反应式如下： As2O3+O2→As2O5 As2O3+Me2O→MeAsO4 因此，在窑内砷基本随熟料带出生产线，很少排放到大气中。有资料显示，在熟料中砷以偏砷酸盐或五氧化二砷的形式存在。 结论 砷元素在实验室的试验中，部分挥发，固化率为80%。水泥窑中，在2、3级预热器中，形成气态氧化物，并在4、5级筒中形成不易挥发的偏砷酸盐或五氧化二砷随熟料带出，因此，高砷物料的处置不会带来废气排放污染的问题。 参考文献 乔岭山 《泥厂利用废弃物的有关问题》水泥技术 2002年12期 1-8 苏达根等 《煅烧水泥熟料过程中重金属逸放的几个问题》水泥2006年12期 19-20 Gabriela Niculae 《Inverstigations on heavy metals during waste co-incineration》ZKG INTERNATIONAL No.11-2008（Volume61）60-67 作者简介 钱秋兰 天津市X射线协会理事 天