废弃物生产生态水泥工艺

孙永泰

废弃物生产生态水泥工艺

孙永泰

摘要：文章介绍了以焚烧灰和下水污泥等废弃物为主料，添加其他辅料烧成废弃物生态水泥生产工艺、质量特性及实例，使这种再资源化产品不仅降低垃圾处理造成的环境负担，还可抑制环境受到破坏。

关键词：废弃物；生态水泥；焚烧灰

1前言

人类社会经济的发展和生活水平的提高，以及社会经济生活的多样化，形成了大生产化、高消耗化和多废弃化的社会体系。特别是大量的城市垃圾，虽然不得不采用焚烧减容无害化和填埋处理，但占用土地及环境污染仍是最大的社会问题。解决这个日益严重问题的最有力对策是推行垃圾及工业废弃物再资源化，其中，开发废弃物生态水泥(以下简称生态水泥)是最优化的方法。生态水泥(ecocement)制造技术，具有城市垃圾焚烧灰(以下称为焚烧灰)再资源化，回收焚烧灰中的重金属及其冶炼原料化，以及分解、降低烧成炉中的二恶英等有害物质及其无害化等特征，同时兼有焚烧灰处理与水泥生产的资源循环化功能。

2生态水泥

生态水泥以焚烧灰和下水污泥等废弃物为主料，添加其他辅料烧成。这种再资源化产品是降低垃圾处理造成的环境负担、抑制环境破坏的新概念的水泥生产技术成果。

2.1质量特性 生态水泥有快硬性和通用性两种。其化学成分、矿物成分及质量特性与硅酸盐水泥的比较如表1、表2、表3所示。

表1生态水泥的化学成分比例（%）

表2生态水泥的矿物成分比例（%）

注：表中略号表示如下的化合物：

CaO:3CaO·SiO2，硅酸三钙石；C2S:2CaO·SiO2，二钙硅酸盐；C3A:3CaO·Al2O3，铝酸盐；CuA7·CaCl2:11 CaO·7Al2O3·CaCl2，钙氯

铝酸盐；C4AF:4CaO·A12O3·Fe2O3，斜硅钙石。

快硬性生态水泥是以富含氧化铝以及氯化物的焚烧灰为原料烧成的钙氯铝酸盐水泥。主要用于浇注预制构件以及配制水泥砂浆。但是因其含氯量超过1%，则仅限于素混凝土构件或耐氯钢筋混凝土构件使用。相反，通用性生态水泥，控制原料中的氯与碱的比例烧成，在烧成过程中氯被灰固化排出，产品含氯量仅0.1%以下。可广泛用于一切钢筋混凝土构筑件中，混凝土质量稳定、耐久。此项技术在日本受到建筑业人士认可，应用很广。

3工艺简介

生态水泥生产工艺由原料粉碎、预处理、配料、烧成、氯固化灰分再资源化、成品粉碎等工序组成。基本上与普通水泥工艺相同。但因原料不同，则配备了分离回收焚烧灰中金属的预处理装置，防止烧成过程中分解、消除的二恶英再合成的冷却塔以及烧成过程中发生的含氯灰尘及重金属的再资源化回收装置。生态水泥概念流程如图1所示。物料平衡实例如图2所示。

表3生态水泥的质量标准

图1生态水泥生产工艺概念

1.焚烧灰(湿灰)；2.粗碎机；3.干燥机；4.焚烧灰仓；5.石灰石、辅料仓；6.原料粉碎机；7.布袋除尘器；8.振动筛；9.粗碎机；1 0.磁选机；11.有色金属分选机；12.有色金属回收；13.黑色金属回收；14.布袋除尘器；15.烟囱；16.焚烧灰仓；17.石灰石、辅料粉仓；18、19.混合料仓；20.氯、碱添加器；21.旋风除尘器；22.中和剂、尿素添加器；23.冷却塔；24.燃料(重油、煤粉)；25.旋转水泥窑；26.熟料冷却器；27.布袋除尘器；28.注氨器；29.重金属回收；30.排水；31.冶炼原料化；32.脱硫设备；33.原料粉碎；34.预处理；35.配料；36.产品粉碎；37.回收及再资源化；38.熟料仓；39.石膏、硫酸钠添加装置；40.粉碎机；41.布袋除尘器；42.水泥仓；43.生态水泥包装机。

图2生态水泥物料平衡实例图

1.焚烧灰及工业废弃物1.00t；2.焚烧灰及工业废弃物0.75t；3.石灰石及辅料0.85t；4.混合料1.60t；5.水分0.20t；6.铁屑0.05t；7.燃料(以重油计1.55t))；8.高温烧成(1，350℃)；9.排气8，500Nm3；10.石膏0.08t；11.熟料 1.00t；12.粉碎；13.生态水泥1.08t；14.萃取灰尘0.1 0t；15.无害化盐0.09t；16.铅、铜等有色金属0.01t；17.生态水泥成品库；18.送金属冶炼厂原料化；19.排放。

3.1原料粉碎及预处理焚烧灰(湿灰)通过粗碎机、干燥机以及预处理装置送入焚烧灰仓。

预处理装置由振动筛、粗碎机、磁力分选机以及有色金属分选机等组成。在分选除去焚烧灰中的铁与有色金属的同时，焚烧灰被粉碎成20mm以下的颗粒，送入焚烧仓。

焚烧灰仓放出的焚烧灰与石灰石以及其他辅助原料，经原料粉碎机粉碎后，分别送入混合料仓、石灰石粉仓以及其他辅助原料粉仓。小于设定粉未度的焚烧灰，不通过原料粉碎机及预处理装置，直接送入混合料仓。

3.2配料 焚烧灰、石灰石、其他辅助原料的细粉，按设定比例投入混合料仓，在设定时间内搅拌混合后取样分析。根据分析结果决定辅助原料的添加量。辅助原料投入混合料仓混合后再分析，直至达到设计值为止。这样有针对性的配合料，经烧成制得不同品牌的水泥熟料，然后添加氯化物(如氯化钙)混合研磨制成快硬性生态水泥；添加氯、碱等化合物(如碱金属化合物碳酸钠)混合研磨制成通用性生态水泥。

3.3烧成通常的配合料，经旋转窑炉，在1350~1450℃的高温下烧成熔块，通过冷却器冷却得到熔炭状黑色块状物。这种块状物是配合料在高温下化学反应合成的水凝性水泥矿物。但是，生态水泥却是在较低温度下熔融形成的水泥矿物，在旋转窑炉内容易发生涂层，所以，必须严格控制烧成温度，以保证安全运行和产品优质化焚烧灰中的二恶英在旋转窑炉内1350℃高温烧成中分解、无害化。特别是排气经冷却塔等由700~800℃急冷至200℃以下，有效地防止了二恶英再合成。排气处理装置脱除排气中的HCl、NOx等有害物质，达标后经烟囱放空。排气处理装置采用注氨水以及尿素水溶液装置和脱硝装置脱除NOx；采用中和剂添加装置脱除HCl；利用原料中富含的钙脱除SOx。

配合原料中的氯、碱、重金属结合生成氯化物，与挥发性排气同时经旋转窑炉排出，且随着排气冷却、凝结、固化成微细粒子，用布装过滤器收集，送至氯固化灰分再资源化工序回收再利用。

3.4氯固化灰分再资源化氯固化灰分系金属氯化物与NaCl、KCl等的混合物。通常将其装入槽中加入清水溶出可溶性物质，再加入硫酸，在酸性条件下进行固液分离，得到以铅为主的金属；加入苛性钠调整溶液的PH值以及氧化还原电位，经固液分离得到以铜为主的金属。于是，液侧残留的NaCl、KCI等无害化物质随水排放；沉淀侧回收铅、铜等金属，送有色金属冶炼厂再原料化。

3.5产品粉碎 烧成的水凝性水泥矿物(俗称熟料)，送至产品粉碎机粉碎制成生态水泥。通用性生态水泥在熟料中添加石膏后粉碎，粉未度的勃氏比表面积约4200cm2／g；快硬性生态水泥熟料添加石膏以及硫酸钠粉碎，勃氏法比表面积约5200cm2／g。

4某生态水泥厂设备概况

某生态水泥厂年生产能力11万吨，消耗主料9万吨，其中焚烧灰约6万吨，其它废弃物焚烧灰约3万吨。主要设备能力、容量如表4所示。

表4某生态水泥厂主要设备能力、容量表

5装置评价

5.1技术评价 焚烧灰、工业废弃物、下水污泥等为主料的生态水泥，是全新的垃圾处理及再资源化的概念化技术。该技术在正常的垃圾焚烧处理装置中增加了烧成、脱硝、脱硫、重金属回收以及氯固化粉尘再资源化设备，则装置更加完善，更符合可持续发展战略要求，因此，倍受关注。

5.2环境评价 目前，大多用生命周期分析评价法评价环境负荷状况。就生态水泥而言，则以生态水泥生产及焚烧灰处理装置为比较对象，进行评价。水泥生产的环境负荷计算范围如图3所示，计算结果如表5所示；焚烧灰处理装置环境负荷，计算结果如表6所示。由于降低了CO2发生量，则减轻了环境负荷。

图3水泥生产的环境负荷计算范围

1.国产天然原料开采；2.国产原料燃料贮运；3.水泥生产；4.自备电站；5.硅酸盐水泥；6.贮运；7.调运站；8.生态水泥生产；9生态水泥；10.用户；11.混凝土搅拌、浇注；12.城市垃圾焚烧及焚烧灰；13.进口原料、燃料原产国开采加工；14.海外贮运；15.重金属回收；16.计算范围。

图4焚烧灰处理装置的环境负荷评价体系

1.焚烧灰1t；2.飞灰固化处理；3.填埋处理0.3~o.37t；4.熔融；5.渣0.54~43.65t；6.石灰石、粘土、etc；7.水泥1.63t；8.焚烧灰1t；9.重金属灰尘回收0.01～0.02t；10.生态水泥1.63t；11.天然骨料0.65t(渣产量)；12.石灰石、etc；13.采石场；14灰熔融处理装置(燃料式以及电热式)；15.生态水泥化装置。

表5水泥生产环境负荷(CO2排出量：kg-CO2／t-cem)比较结果

表6焚烧灰处理装置环境负荷(CO2排出量：kg-CO2／t-cem)比较结果

6结束语

20世纪大生产、高消耗、多废弃的经济社会体系创造了繁荣与多彩的文明，同时，也引发了地球温度变暖，以及二恶英、环境荷尔蒙、废弃物等生态安全的显在化。因此，生态水泥技术的开发与实践，既有利于抑制生态环境的恶化，又推动了焚烧灰和下水污泥等的再资源化。所以，生态水泥技术是保护地球生态环境、构筑零排放的资源循环型社会的关键技术。

参考文献：

[1]姜基纯，利用废弃物生产水泥工艺，化学装置[J]. 2001，(7)：62~67.

[2]凌至豪，王为尚，现行建筑材料规范大全[M].北京：中国建筑工业出版社，1995.4～5.

[3]李滨，张智超，生态水泥生产中的环境保护，化学装置[J].2000，(2)：33～35.

作者单位：（辽宁省辽中县太平水泥厂）