水泥窑协同处置固体废物化学成分分析测定探讨

水泥窑协同处置固体废物化学成分分析测定探讨

卓俊程

吐鲁番天山水泥有限责任公司 新疆吐鲁番市 838000

摘要：目前，经济飞速发展，我国的化工工程建设的发展也有了改善。水泥窑协同处置是水泥工业提出的一种新的废弃物处置的重要补充手段，因水泥窑工况稳定，热容大，窑内气氛呈碱性，水泥窑烧成带气体温度可达1 700℃（远高于其它焚烧炉），且烟气在水泥窑炉内停留时间较长，使固体废物燃烧过程中产生的二噁英等有毒气体在水泥窑中完全分解。同时，水泥窑系统处于负压状态，不易出现烟气粉尘泄露等问题，且有害成分的排放也较低。与其它固体废物处置方法相比，具有显著的优势。水泥窑协同处置固体废物与水泥原燃材料同时煅烧成水泥熟料，各化学成分计算入水泥熟料配比，处置过程中，需保证窑工况平稳运行及废物处置量的最大化，增产降耗等，生产既符合现行国家标准GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》规定的水泥产品要求，又要保证排放符合国家标准GB 30485-2013《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》规定的协同处置固体废物水泥窑大气污染物排放要求。因此对于水泥窑协同处置固体废物各成分分析测定，与水泥窑生产分析测定同样需要准确度、精密度，以便制定合理的水泥窑协同处置固体废物方案，合理贮存、预处理、配伍等有效利用，生产合格产品，保证排放达标。

关键词：水泥窑协同处置固体废物；化学成分分析；测定探讨

引言

国内外大量实践表明，水泥窑在协同处置固废可作为替代燃料或替代原料，在固体废物减量化、资源化、无害化、节约化等方面具备很大的优势，我国目前的水泥窑协同处置技术已经达到国际领先水平。

1水泥窑协同处置固体废弃物的工作原理

水泥窑协同处置技术需要结合水泥窑的特性，将固危废物进行储存和预处理后进入窑，水泥窑处理垃圾固废具有污染排放小，处置能力强等特点。传统填埋的处理方式会存在随着时间的推移有地下水体污染的风险，焚烧发电的处理方式则存在二噁英排放、渗滤液处理、富含重金属灰渣处理等难题，水泥窑协同处置生活垃圾技术具有污染排放少的优势。一是低废气排放。水泥窑协同处置生活垃圾技术是在1400℃以上的高温下将石灰石彻底分解成二氧化碳和碱性的氧化钙，稳定的高温燃烧以及碱性气氛降低了垃圾焚烧过程中的二噁英、氯化氢、硫氧化物等有害气体的排放。二是低灰渣排放。水泥窑焚烧垃圾产生的固体废渣和重金属颗粒物在水泥煅烧高温下会成为融熔玻璃体，急冷后可以制成水泥熟料，而垃圾焚烧发电无法解决灰渣问题。三是低废液排放。焚烧垃圾产生的废液在水泥窑负压的作用下重新打入窑内，经高温得以消解。水泥窑协同处置生活垃圾可充分利用垃圾自身的热量和燃烧后的灰渣，与水泥生产工艺有机结合，大大减少了传统垃圾焚烧发电项目的环保运营成本，最大程度地实现垃圾处理的减量化、无害化、资源化、能源化，使垃圾“变废为宝”。

2水泥窑协同处置固体废物化学成分分析测定探讨

2.1硫（S）的分析测定

GB 30760-2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》建议的检测方法，硫（S）依据GB/T 214-2007《煤中全硫的测定方法》艾士卡法分析 。GB/T 214-2007《煤中全硫的测定方法》艾士卡测定方法，是通过煤样与艾士卡试剂混合灼烧，煤中硫生成可溶性硫酸盐，然后使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量计算煤中全硫的质量分数。    JC/T 874-2009《水泥用硅质原料化学分析方法》库伦法，测硫是使用微机测硫仪，该仪器是根据微库仑原理，样品中各种形态的硫在助熔剂五氧化二钒存在的条件下，于1 000℃以上的高温、氮气和氧气中变成二氧化硫，进入电解池，通过电解产生的碘与二氧化硫反应，微机根据产生碘消耗的电量，根据法拉第定律，自动算出显示样品中硫的毫克数和质量分数。GB/T 214-2007《煤中全硫的测定方法》库伦法与JC/T 874-2009《水泥用硅质原料化学分析方法》库伦法不同之处催化剂是三氧化钨。

2.2水泥窑协同处置危废铝灰渣

电解铝行业在进行相关生产活动时会产生大量的铝灰渣，铝灰主要分为一次铝灰（白灰）和二次铝灰（黑灰）。一次铝灰是原生铝生产铝过程中所产生的铝渣，其主要成分为金属铝和铝氧化物，其中金属铝的质量分数可达30%～70%。二次铝灰主要成分为Al2O3，AlN，Al4C3，少量的金属铝和一定量的氟化物，氰化物，NaCl，KCl和SiO2，有毒有害物质为AlN，Al4C3，氟化物和氰化物等。铝灰渣自然放置会对环境有影响，会造成粉尘、NH3等污染，并且遇水呈碱性，会破坏土壤酸碱度。所以对铝灰的处置是必须的，铝灰需要采用合适的方式进行处理，以免影响环境。通常采用填埋的方式对其进行处理，然而铝灰渣中的AlN，Al4C3遇水会产生NH3和CH4等气体，气味恶臭，氟化物和氰化物遇水溶出会污染自然水体，因此，若直接进行填埋，将会对环境产生严重的危害。铝灰从来源上可分为电解铝灰和再生铝灰，其中，电解铝灰是电解铝或二次铝在熔铸炉中浮于铝液表面的灰渣，主要由铝液中的不熔性夹杂、澄清剂和铝液氧化生成的Al2O3等构成。据统计，1t电解铝能产生10～15kg铝灰，而熔铸过程会定期扒出灰渣被称为一次铝灰，即为再生铝灰，一次铝灰中金属铝的质量分数在70%～80%。工业中通常采用炒灰或压榨等方法回收铝灰中的金属铝，灰渣冷却后进一步细磨筛分出铝颗粒，得到的细灰为二次铝灰。根据铝灰渣的性质及危害，可采用HW17表面处理污泥等不含自由水较干的泥饼等进行拌和、配伍。根据不同的危险废物混合，协同水泥窑处置铝灰渣的方案可分为2种：a)配伍后的废物短倒到窑尾，依次经过提升设施到达窑尾输送料仓，通过单无轴螺旋、回转锁风阀、气动闸板阀和手动闸板阀，最终进入分解炉内，经过与水泥生料的混合煅烧，转换成水泥熟料；b)按照HJ662—2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》的要求，经检测，部分不含有有机物和挥发性、半挥发性重金属的铝灰可直接在生料磨投加点中进行投喂。

2.3氯（Cl）的分析测定

GB 30760-2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》建议的检测方法，氯依据JC/T 96-2013《生活垃圾化学特性通用检测方法》分析。JC/T 96-2013《生活垃圾化学特性通用检测方法》中氯检测分析方法是采用艾士卡混合剂熔样——硫氰酸钾滴定法，试样和艾士卡混合剂混合，放入马弗炉熔融，将氯变为氯化物。用沸水浸取，在酸性介质中，加入过量的硝酸银溶液，以硫酸铁铵作指示剂，用硫氰酸钾溶液滴定，以硝酸银溶液的实际消耗量计算垃圾中氯的质量分数。GB/T 3558-2014《煤中氯的测定方法》高温燃烧水解——电位滴定法原理是煤样在氧气和水蒸气混合气流中燃烧和水解，煤中氯全部转化为氯化物并定量地溶于水中。以银为指示电极，氯化银为参比电极，用硝酸银电位法直接滴定冷凝液中的氯离子浓度，根据硝酸银标准溶液用量计算煤样中的总氯质量分数。

结语

水泥行业的污染问题是国家和社会层面关注的重点，2013年国家环保部会同质检总局发布修订后的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB-4915-2013）,该标准大幅缩减了水泥生产线颗粒物、氮氧化物、二氧化硫等污染物的排放限量值。该标准规定，烟气中氮氧化物排放限量值由原来的800mg/m3下调至400mg/m3，重点区域执行320mg/m3、300mg/m3、260mg/m3等，很多区域正在酝酿将水泥生产企业氮氧化物排放标准下降至100mg/m3，在降低排放的前提下降低氨水使用量实现脱硝达标是企业降低生产成本的必由之路。水泥窑协同处置是水泥工业提出的一种新的废弃物处置手段，是对固体废物的无害化处置过程。采集了3组电解铝行业产生的铝灰渣样品，通过分析铝灰渣的成分性质，探究了2种水泥窑协同处置危险废物铝灰渣的方式所带来的有益效果，解决了危险废物铝灰渣的环境风险，同时利用AlN中还原性氮与水泥窑尾气NOx发生反应生成无毒无害的N2，又实现了资源化利用。

参考文献

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