利用垃圾燃料的生产水泥的探讨

2024-04-11

利用垃圾燃料的生产水泥的探讨（精选5篇）

篇1：利用垃圾燃料的生产水泥的探讨

利用垃圾燃料的生产水泥的探讨

广州越秀水泥集团有限公司吴一岳

摘要：利用工业废料作为原料和混合材料，不但为水泥生产节约了大量的成本，而且大大减少了这些工业废料对生态环境的污染，并且由于变废料成为水泥，可大大减少熟料的生产量，从而减少生产熟料过程中无法避免的向大气排放CO2、SO2和NOX的有害污染。但是，利用具有一定热值，并不含有损害水泥生产过程的组份的工业废料作为生产水泥的燃料(下称为垃圾燃料)的工厂在国内却鲜为人知。本文专就水泥工业如何利用垃圾燃料为题进行论述。

关键词：:燃料-废物利用

中国是世界上最早利用工业废渣生产水泥的国家之一。众所周知，国内各种类型的水泥厂早就利用硫酸渣、粉煤灰、矿渣、工业石膏废料等工业废料作为生产水泥的原料和混合料生产各种建筑用的水泥，年产量至少至少在5000万吨以上。利用工业废料作为原料和混合材料，不但为水泥生产节约了大量的成本，而且大大减少了这些工业废料对生态环境的污染，并且由于变废料成为水泥，可大大减少熟料的生产量，从而减少生产熟料过程中无法避免的向大气排放CO2、SO2和NOX的有害污染。但是，利用具有一定热值，并不含有损害水泥生产过程的组份的工业废料作为生产水泥的燃料(下称为垃圾燃料)的工厂在国内却鲜为人知。本文专就水泥工业如何利用垃圾燃料为题进行论述。

1、国内外利用垃圾燃料生产水泥的现状

1.1国外利用情况

美国、西欧各国和日本是最早利用垃圾燃料作为生产水泥的燃料的国家。早在上世纪七十年代末，这些国家的水泥工业的技术人员就进行利用汽车废轮胎代替煅烧燃料的试验，并在八十年代初成功地改造了一批工厂。至九十年代，各种具有一定热值的工业废料和生活废料越来越多地取代了油、煤、气这些传统的燃料来生产水泥，而这种转变始终处在对垃圾燃料燃烧是否产生新的污染和垃圾燃料燃烧后的残留物带入水泥中是否留下祸害的监控之中。事实证明，科学处置垃圾燃料，既能有效地利用其热量，又可能做到对环境不产生任何新的污染。目前，在欧美工业发达国家用于水泥工业的垃圾燃料主要是：废旧轮胎、废纸、塑料包装废弃物，废机油，木屑、废溶剂和屠宰业需弃置的内、骨头等。有趣的是，近几年在欧洲一度蔓延疯牛症和口蹄疫症，这些动物的尸体几乎都成了水泥工业非常优质的燃料。根据笔者近三年在欧洲许多水泥厂调查，实施垃圾燃料利用的水泥工厂其代用燃料率通常在20%~40%之间，个别工厂达50%。如H•C集团属下的一个名为Leimen的工厂，垃圾燃料的代替为36%，而在一段时间曾达到60%，而在H•C集团属下的另一个名为Lengfurt的工厂，20共使用垃圾燃料为3.736万吨，分别为废轮胎，废塑料和废油，各占三分之一。台湾地区的水泥工厂垃圾燃料利用率也开始达到10%以上的水平。，一台由F.L.S公司设计旨在为分解炉燃烧100%垃圾燃料，名为“热桌”的燃烧装置在挪威的北欧水泥集团的工厂安装并投入生产，试验成功后，其垃圾燃料的代用率将可达到80%。

2.2我国利用情况

目前我国对垃圾燃料的利用起步很晚,特别是在水泥工业利用更少。90年代中期开始建设利用焚烧生活垃圾来发电的垃圾电站，常规的垃圾焚烧炉由于焚烧温度低，有毒气体在炉内停留时间短，很容易造成不完全燃烧而产生二f英，需要增加特别的废气净化装置，另外焚烧后的废渣还需特别处理。上海、北京地区有少数水泥厂，曾直接在水泥回转窑上进行了一系列的试验工作，并取得非常有意义的试验结果并积累了宝贵的经验。在此基础上南京水泥工业设计研究院从对利用水泥回转窑处理可燃工业(生活)垃圾技术进行了较为全面的探索和研究。据报导他们在广东东莞完成了利用回转窑焚烧废塑料及废皮革发电项目的设计和建设工作，已投入运行并取得了初步的成效。

2、垃圾燃料利用对环境的影响评价

人们知道垃圾燃料能有效利用其潜在的热量之后，普遍关注的是燃烧后随水泥窑废气一起排放在到大气所产生的影响，以及其燃烧后的残留物带入水泥中对混凝土使用环境的影响。

目前，可能采用垃圾燃料的水泥产生窑型普遍为新型干法窑，众所周知，在回转窑的烧成带，窑尾和分解炉的温度分别在所1450℃，1000℃和850℃左右，气体在窑、炉和预热停留的时间较长。而窑型的大型化使窑炉的热容量变得越来越大，这些条件是一般废物焚化炉所不具备的。无论是无机可燃物或是有机可燃物，在这样的工况下完全可以彻底的分解和燃尽。特别是一般物焚化炉在处理有机废物时，可能产生的二恶英问题则在水泥窑中较好地解决。

欧盟理事会/76EC废物焚化规定

污染物 C

总尘量 30

HCI 10

HF 1

HOX 500/800

Cd+TI 0.05

Hg 0.05

Sb,As,Pb,Cr,Co,Cu,Mn,Ni,V 0.5

二恶英和呋喃 0.1

SO2 50

有机碳总含量 10

日平均值，干基，(mg/Nm3)

按该条例进行监测的结论表明，水泥窑燃烧垃圾燃料废气排放物是完全低于规定值的。以下是欧洲某厂废气中汞和二恶英、呋喃排放浓度的测定结果。

由于新型干法水泥工艺中预热器气相中含有大量的CaO粒子，其作用于废气后能十分有效地清除SO2用名，所以大量以废轮胎作为燃料的水泥工厂，其SO2 的排放不但合乎规定，而且远远低于应用常规燃料，但窑型为湿法回转窑和立窑的工厂。事实证明，对一个城市或一个地区击言，利用水泥窑处理废料，不但利用了它的热量，节约了煤炭，对环境排放的总废气较之单独设置焚化炉为优。

垃圾燃料燃烧后会形成一些残留物。主要是金属类的物质从而溶入了水泥熟料中，除Fe、S1等参加矿物反应生成有用的水泥矿物外，其他也可能以金属氧化物的形态固溶在高温形成的水泥矿物之中而被包裹着。或许会有担心溶入重金属元素的混凝土可能对环境产生不良影响。为此，欧洲的实验室也反复对利用垃圾燃料生产的水泥所制成的混凝土进行测试。方法是用碳酸及油水混合液体对这类混凝土进行浸泡，然后对洗出的液体进行检测。结果表明，从混凝土组分中释放的重金属元素的量少至难以测出来。因此，这种混凝土的使用也是十分安全的和符合环保要求的。尽管对垃圾燃料利用的实践已回答了有关是否会产生二次污染的问题，亦同时证明了这是处理可燃废料的有效方法。但是在实施中建立严格的监管制度也是必要的。据了解，欧美发达国家都制订了相应的监管条例，并长期对应用垃圾燃料工厂的生产过程及水泥应用结果进行跟踪测试，结果也是令人满意的。现时适用于欧洲各国的“废料焚化条例”(Directive 2000/76/EC)是在2000年12月28日公布实施的。其后各国又相应制定了有关的条例与欧洲条例一并运行。以德国为例，到12月将公布新的法律代替现时与欧洲条例共存的德国标准，并强制新运行的工厂执行，以前以运行的工厂到底后也要按新的法律规定执行。在条例的监管下，应用垃圾燃料实行许可证制度，即向当地政府有关部门提出申请，并依照规定获得审批。实施过程中，按规定由政府有关部门监督，以确保企业对公众环境负责等。欧美国家对应用垃圾燃料的有关管理制度值得我们借鉴。

3、垃圾燃料的可用价值和通常使用的方法

能应用于水泥工业的垃圾燃料种类很多。目前，世界上广泛采用的有废旧轮胎、废纸、废塑料、纺织废料、木屑、废溶剂、废油墨、废油漆、屠宰业废料等等，甚至连拆废汽车剩下驾驶室的座椅和仪表盘都是垃圾燃料常用的东西。然而，也不是只要含有热量的废料都可以作为水泥工业垃圾燃料使用。

水泥工业垃圾燃料的选用必需符合下列的一些原则：

1、代替常规燃料后能产生经济效益。这些废料必须有足够的热值，使到部分取代常规燃料后所节省的燃料费用足以支付废料的收集、分类、加工、贮运的成本。显然，热值越高，被应用的可能性就越大，通常应在4000Kcal/kg(干基)以上。资料表明，以下各种废料所含的热量分别是：轮胎9000Kcal/kg左右、塑料、油、油墨10000Kcal/kg以上，动物肉和骨的混合物600Kcal/kg左右，而纸、木屑为4000Kcal/kg左右。可供量应该不少于单窑用煤量的10%，否则可能产生不经济的结果。

2、必须适应水泥窑的工艺流程需要。可燃废料的形态，水份含量、燃点等都会决定使用过程的工艺流程设计，而这个设计必须与原有水泥窑的.工艺流程很好的配合。另外，新型干法窑需严格控制的Na2O、K2O、C1-这类有害成分的含量应不以影响工艺技术要求为准。

3、符合环保的原则。尽管目前世界上应用着的垃圾燃料对大气排放不产生新的污染，对制成的混凝土也无影响，我们仍然强调在试用垃圾燃料时，必须确保符合无害排放和对产品无害的重要原则。

废轮胎是世界上应用量最大的垃圾燃料。

目前，世界上水泥工业应用垃圾燃料是广泛采用由专业公司进行收集、加工，以品质稳定的成品供给水泥工厂使用的模式。如法国、比利时、挪威、德国、美国等均形成了这样的垃圾燃料供应渠道。少数国家(如丹麦等)则由水泥工厂自行予以处理废料把它变成垃圾燃料。由专业公司生产的垃圾燃料，通常有较大的生产量以符合成本效益的原则。首先，政府以行政主导的方法，严格执行“谁排放，谁支付排放成本”的法规，使这些专业公司在收集这类废料时得到了可观的补偿费用。这些补偿费用不但可以支付专业公司运作的全部成本，还可以分出一部分给焚烧垃圾燃料的水泥工厂，体现“谁处理废物，谁有利可图”的公平原则。

在解决了费用问题后，另一个主要的问题是专业公司必须把收集回来的各类废料进行严格的加工处理(废轮胎不需加工，可直接送至水泥工厂)，通常要完成破碎、烘干、配料等主要工作，以确保垃圾燃料必需达到的细小的颗粒，较低的含水量，热值均齐可用等技术要求。最后，由专业公司按时按量送到水泥工厂的封闭式的贮仓备用，以防止无序堆放造成新的污染。而废胎则可露天贮存，但应注意防火。

水泥工厂使用垃圾燃料已有较成熟的工艺方法，废轮胎通常可不作任何切割加工(重型卡车用的特别大的规格除外)，整体由叉车送入喂料仓，经可调节速度并带有称重装置的输送机、提升运送至回转窑尾部，通过电脑计算送入窑的废胎重量所换算成的热量与窑头喷煤系统连锁控制，以调节窑的总供给热。进入窑尾的废轮胎入口有多道闸门进行锁住热风的流失。

由专业公司提供的废纸、废塑料、木屑、动物的肉和骨等已是颗粒均齐的小粒，可由分解炉或回转窑的喷煤管侧另行设置管道由风送入。废油、废溶剂等经加热及稀析后也从分解炉或回转窑的喷煤管侧另行设置管道加压喷入。石油焦一类与煤相近的废料则与煤一起混合粉磨，由煤管喷入。

四、我国水泥工业应用垃圾燃料的前景

随着我国工业化水平和人民生活水平的迅速提高，工业废料弃置物和生活垃圾的排放量也在剧增。

据报导，我国每年产生废旧轮胎量已达80万吨，超过了日本60万吨和德国40万的水平，随着汽车进入家庭的社会变化，有可能在十年内使废轮胎翻番。目前我国处理废轮胎主要是翻新成再生轮胎、制成再生胶、制造精细胶粉，然而轮胎翻修工业和再生胶工业在九十年代中新税制出台后这两个行业先后陷入困境。而仅是用液氮冷冻粉碎法生产精细胶粉(目前我国有此类工厂40余家，年生产能力8万吨左右)是较有经济价值和发展前途的处理方法。与上述较好的方法处置废胎的同时，还有大量难的统计的废轮胎被无序地处理，如不规范地用作燃料，割去有用部分后剩下的连子午线钢丝被零散弃置，造成了很大的污染。广州市废胎的价格由五年前的500元/吨下跌至今约为200元/吨水平，说明过去处置废轮胎的一些方法的辉煌时期已走到了尽头。不久将来，废轮胎成为发达国家的一种主要垃圾的格局也会在中国呈现。据统计，全世界每年约产生1.7亿吨塑料垃圾，而我国占350万吨，按广州市生活垃圾成分含塑料3.8%计算，广州市每年从垃圾中弃置的废塑料超过8万吨。目前以填埋为主要处理城市生活垃圾的方法不仅不能很好地解决二次污染问题，而且浪费了土地资源，特别在发达地区的中心城市，如北京、天津、上海、广州等，城市周边难以在找到新的填埋场地。废塑料也大量来源于拆车业，驾驶室内被拆下主要是仪表盘、座椅都是工程塑料、皮革和海绵制品等，一般也无法利用而被作为垃圾弃置。随着被报废的汽车越来越多，如何处置也成为一个难题。随着我国各类工业的发展，可燃废弃物的数量也不断增加，如汽车制造业的漆渣，以废纸为原料造纸排出的含油墨纸渣，各类化学工业排出的废溶剂，机械工业和汽车修理业排出的废油，不胜数举。上述这类可燃废弃物，一旦成为水泥工业的垃圾燃料，不但可大量节约我国的能源资源，重要的是为我国的生态环境保护开拓出一条新路。

要有序地利用各类可燃废料作为水泥工业的垃圾燃料，必须从现在起进行系统性的研究，并着重解决推广实施中要解决的难点问题。笔者认为，目前主要是：更广泛地立法解决目前无序弃置废物并加强执法;积极推广大城市生活垃圾分类收集;对排放废物的企业立例收费等。

新型干法窑的建设在我国正在迅速发展，这为我国在环境保护和合理利用能源方面的战略研究提供了一个崭新的空间，因势利导，我国的水泥工业有望真正地贴上绿色的标签。

篇2：利用垃圾燃料的生产水泥的探讨

制造硅酸盐水泥熟料的主要原料是石灰石质原料，黏土原料，铁质校正原料。当黏土中氧化硅含量不足时可用高硅原料如砂岩，河沙进行校正；当黏土中氧化铝含量不足时，可掺高铝原料如粉煤灰，煤渣，煤矸石，铝矾土，等。

石灰石原料

常用天然石灰质原料有：石灰石，泥灰岩，白垩，贝壳等。我国大部分厂使用石灰岩和泥灰岩。

石灰岩--由主要矿物是方解石，并含白云石，硅质，铁质和黏土质杂质。纯方解石含有56%CaO和44%CO2，色白。因为含有杂质，石灰石一般呈灰白，淡黄，红褐色，块状无层理，结构致密，性脆，密度是2。6-2。8g/cm3,水分通常小于2%。制造硅酸盐水泥用的石灰石中CaO含量应不低于45%48%，以免配料发生困难。

泥灰岩是有碳酸钙和黏土物质同时沉积而形成的均匀混合沉积岩。他是一种有石灰石向黏土过渡的岩石。当泥灰岩中氧化钙含量超过45%，称为高钙泥灰岩；当氧化钙含量低于43。5%时称为低钙泥灰岩。低钙泥灰岩通常应与石灰石搭配使用。

黏土原料

天然黏土原料有黄泥，黏土，页岩，泥灰岩等。其中黄土，黏土用的最广泛。

黄土和黏土均是由花岗岩，**岩等经风化分解后，再经搬运或沉积而成。衡量黄土和黏土的质量主要看其化学成分，含沙量，含碱量等。黏土中一般都含碱-----是由云母，长石带入的。所以风化程度越高，淋容作用越快，含碱量就越底。

注意：碱含量过高会给熟料生产带来困难，又会影响熟料质量。所以一定要控制熟料中的碱含量-----（小于1。3%），因此黏土中碱含量必须------（小于4%）。

页岩----是黏土受地壳压力胶结而成的黏土岩，层理明显，颜色一般为灰色，褐色或黑色。化学成分和黏土相似

校正原料

石灰质原料和黏土远料配合所得生料成分不能满足配料方案要求时，必须根据所缺的组分，掺加校正原料。常用的校正原料有---铁质校正原料，硅质校正原料和铝质校正原料。

当氧化铁含量不足时，应掺加氧化铁含量大于40%的铁质校正原料。常用的铁质校正原料有-----硫酸渣（硫酸厂的工业废渣），铜矿渣（工业废渣），低品位的铁矿石。-----而硫酸渣主要成分Fe2O3,含量大于50%，红褐色粉末，含水量较大，对储存，卸料均有影响。

当氧化硅含量不足时，须掺加硅质校正原料。常用的有砂岩，河沙，粉砂岩等。砂岩中的矿物主要是石英，其次是长石。石英的化学成分是SiO2.。一般要求硅质校正原料中氧化硅的含量70%~90%。大于90%时由于石英含量过高，难于粉磨和煅烧，很少采用。-----而河沙的的石英结晶更为完整粗大，所以石有在无砂岩矿时才采用。当然最好采用风化砂岩或粉砂岩，它的氧化硅含量不低，且易于粉磨和煅烧。

当氧化铝含量不足时，需掺加铝质校正原料。一般有：粉煤灰、煤渣、煤矸石、铝矾土等。

燃料

我国水泥工业一般使用煤作为燃料。回转窑水泥厂一般用烟煤。近年来也有用无烟煤做燃料的窑外分解窑。如：**院、和天津院均已开发了无烟煤窑尾预分解系统，并成功应用于诸多水泥厂。由于无烟煤灰分较高，挥发分较底，所以着火温度较高、燃烧时间较长，为提高无烟煤在窑系统的燃烧速度，就要控制入窑煤粉细度达到：80um方孔筛筛余3%左右。

无烟煤和烟煤的区分是以煤中的挥发分来划分的。水泥厂使用的原煤品质以煤的工业分析来表示。因为工业分析程序简单并能很好的反映出煤在窑炉系统中的燃烧情况。在工业分析中有煤的水分、挥发分、灰分、固定碳和热值。其中挥发分对煤的着火温度、燃烧时间及煤粉细度影响较大，而灰分、热值对配料和熟料成分有更大影响。我国水泥厂使用原煤品质要求见表。实际上达不到表中品位要求的煤也常有应用，但对热耗等有一定影响。

石膏及混合材料

石膏

水泥熟料是块状物料，粒度大多〈 25mm。因此水泥厂生产中最后成品水泥还要经过再一次的粉磨。在粉磨过程中要加入石膏和各种相应的混合材。

石膏作为水泥的缓凝剂是生产水泥的重要辅助原料，主要用于调节和控制水泥凝结时间。同时加入石膏还可以提高水泥的早期强度及改善耐蚀抗渗性等。水泥厂一般用天然二水石膏或无水石膏（硬石膏），或它们的混合物。二水石膏化学式为CaSO4-2H2O,无水石膏为CaSO4。

一般生产过程中依据国家标准控制水泥中SO3含量不超过3。5 %。在实际生产中，应进行石膏适应掺加量实验，选择凝结时间能满足其他性能要求的SO3掺加量作为最佳石膏掺加量，通常水泥中SO3含量波动在1。5%~2。5%之间。因此二水石膏掺加量约为3%~5%。如果水泥中石膏掺加量不足时会加快水泥凝结时间，造成通常所说的---快凝、急凝、闪凝，现象，使施工难以进行，这就是国标规定水泥初凝不得早于一定时间的原因。当水泥中石膏掺加量过多时，不但对水泥缓凝不再有好的作用，还会对已硬化的水泥石产生消弱强度的膨胀应力，甚至造成安定性不良。还有一种是假凝现象：他是一种水泥拌水后的早期快速固化现象，原因是：水泥在粉磨时遇到高温后使二水石膏脱水为半水石膏，水泥中的半水石膏在水泥加水之后又成为二水石膏并析出晶体成为石膏结构网使浆体固化，继续搅拌后水泥凝结会正常。所以水泥磨要降温。

混合材料

为改善水泥质量、提高水泥产量，降低成本，改善水泥的某种性能，在水泥的粉磨环节通常还加入混合材料。常用的混合材有粒状高炉矿渣、分煤灰、火山灰等工业废渣或天然火山质混合材料。根据生产的水泥产品品种不同，混合材的掺加量不同，掺加量可以从0~70%。混合材分为活性混合材料和非活性混合材料。

活性混合材有：（1）粒化高炉矿渣（GB/T203），粒化高炉铬铁渣（JC417）、粒化高炉钛矿渣（JC418）。

（2）：粉煤灰（GB/T1596）。

（3）：火山会质混合材（GB/T2847）。

篇3：利用垃圾燃料的生产水泥的探讨

目前,全国年产生城市生活垃圾已达1.5 亿t,并以年平均9%的速度迅猛增长;城市污水处理厂年排放湿污泥近千万t,并以每年20%的速度递增[1]。大量的垃圾和污泥任意排放和堆放,不仅污染环境,而且造成资源浪费。同时,水泥作为价廉而可靠的建设用基础材料,在现代社会中建立了极其稳固的地位。水泥生产过程不仅消耗大量资源和能源,还对环境造成严重污染[2]。

所谓生态水泥就是指采用高新技术,利用各种废弃物,包括各种工业废料、废渣以及城市生活垃圾污泥等作为原燃料制造的水泥。

采用城市生活垃圾和污泥替代水泥原燃料生产生态水泥[3,4,5],不仅能降低废弃物处理的负荷,节省资源、能源,达到与环境共生的目标,还能够促进社会的可持续发展,是21世纪水泥生产技术的发展方向,是解决建材产量的持续增长与生态环境的协调发展问题的重要途径。

1 生活垃圾和污泥现状及处置方式

1.1 生活垃圾和污泥现状

城市垃圾和污泥给环境带来了巨大的压力。目前,全国大约666座城市中有200多座已陷入垃圾包围之中[6],目前我国生活垃圾的有效处理率仅为13%[7]。如上海市1995年垃圾产量仅为372.0万车t,2000年即达555.9万车t,2002年为612.8万车t,而2010年预计达到863.2万车t[8]。污泥是各种废水处理后的产物,据统计1990年我国已建成的污水处理厂日处理污水能力350余万t,排放干污泥20万t,折湿污泥约500万t(含水96%),2000年污泥产量是20世纪90年代初的7～10倍,2008年北京市共产生污泥103.3万t。

1.2 生活垃圾的处置方式

(1) 土地填埋。

垃圾的土地填埋是由传统的堆放和填埋处置方式发展起来的一项处置技术。土地填埋处置种类很多,一般依废物情况可分为4大类:安全土地填埋、工业土地填埋(适用于工业无害废物)、卫生土地填埋(主要用来处置生活垃圾)、惰性填埋(适用于建筑废石等)。

(2) 垃圾制肥。

在我国利用垃圾中的有机易腐物质通过一定技术制成农业肥料已有很长的历史[9]。但由于一些垃圾含有重金属,特别是Cu、Zn、Pb 等有超标现象,因此在制定垃圾制肥计划时应注意此问题,采取相应的防治措施。

(3) 焚烧处理。

在发达国家焚烧已成为垃圾处置的主要形式。据统计,日本的城市垃圾全部用于焚烧发电,其能量可相当全国所需电力的1.4%,美国则可满足社会用电的1%。我国城市生活垃圾过去由于热值低,焚烧时需加入辅助燃料,同时经济又比较落后,垃圾焚烧一直没有得到较快发展[10]。垃圾焚烧引起的污染是一个关键问题,其中二噁英等的存在曾影响过垃圾焚烧的命运[11]。

1.3 污泥的处置方式

(1) 污泥土地利用[12]。

污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等,施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长。污泥的土地利用是一种安全积极的污泥处置方式,但也存在病原菌扩散和重金属污染的危险,为此各国政府先后颁布了农用污泥重金属浓度标准和严格的无害化要求,并对单位面积土地污泥的应用量有严格的限制。

(2) 污泥填埋[12]。

污泥填埋是在传统填埋的基础上从保护环境的角度出发,经过科学选址和必要的场地防护处理,具有严格管理制度的工程操作方法。由于污泥填埋对污泥土的力学性质要求较高,需要大面积的场地和大量的运输费用,地基需作防渗处理以免污染地下水等,近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。

(3) 污泥焚烧[13]。

污泥焚烧的优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化,近年来焚烧法由于采用了合适的预处理工艺和焚烧手段,达到了污泥热能的自持,满足了越来越严格的环境要求,并能充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥。

(4) 制备建筑材料[14]。

污泥制备建筑材料,不仅可以减少污泥填埋所占用的土地,减少自然资源消耗,而且可以使资源得到循环利用,变废为宝。

2 替代水泥原燃料的迫切性和可行性

水泥作为价廉而可靠的建设用基础材料,在现代社会中建立了极其稳固的地位。每生产1t熟料消耗0.16t黏土,消耗0.11t标准煤。每吨熟料中平均含CaO约650kg,按此计算由生料中的CaCO3 排出的CO2 为511kg;加上由于燃料燃烧排放的CO2,生产1t熟料排放CO2就达1t左右;另外还排放SO2气体74kg和NOx气体51kg。水泥生产过程不仅消耗大量的资源和能源,还对环境造成严重污染[1]。城市生活垃圾焚烧灰、污泥的化学成分与水泥生产所用的原料在一定程度上相似[15,16] ,所以利用生活垃圾和污泥替代水泥原燃料生产生态水泥是可行的。

水泥回转窑处置城市垃圾和污泥不仅具备“3T 原则”(足够高的温度T1,充足过量的氧气量T2,足够长的高温反应时间T3),而且具有以下优势[17,18,19]:(1) 有害有机物分解率高。(2) 系统在全负压状态下运行避免了有毒、有害气体的外溢。(3) 可有效吸收和抑制SO2、Cl2等的排放,还可将废料中可能存在的重金属元素转变成难溶的化合状态固定于熟料的结构中。(4) 完全回收利用了废物中的热值,节约了能源。(5) 燃烧即为最终处理,所以省却了灰渣处理工序,节约了填埋场地和资金。

通过试验和测试,发现水泥回转窑处置城市垃圾和污泥是可行的,不仅处置了城市垃圾和污泥,又节约了能源,减少了CO2排放量,将是一种两全其美的水泥生产途径。此方法达到与环境共生的目标,能够促进社会的可持续发展。

3 国内外研究现状

自20世纪70年代世界发达国家就开始研究利用水泥窑处理废弃物生产生态水泥,并拥有成熟的经验。加拿大的Lawrence水泥厂在1974年进行的首次试验表明,聚氯苯基等化工废料在回转窑中焚烧是安全的[20]。

欧洲联合会自1994年开始在回转窑中焚烧危险废弃物[21],此外瑞典Nordic水泥公司所属的Euroc废弃物回收治理公司有一条大型生产线,回收加工各种废油和化学溶剂,用作水泥窑二次燃料;Nordic公司已在Slite水泥厂采用废橡胶、废塑料为二次燃料,替代部分煤粉[22]。

日本有关研究人员将城市垃圾焚烧灰和下水道污泥一起作为原料来生产生态水泥,不仅减小了废弃物处理的负荷,还有效利用了资源和能源[23]。日本的一条日产50t 生态水泥的干法回转窑生产线,垃圾焚烧灰和污泥及含铝的工业废料占原料的60%,烧成温度只在1000～1200℃,节省了大量原料、燃料。日本已建成的另一座设计年产量为11万t的生态水泥厂[24],其用0.6万t垃圾焚烧灰和0.8t石灰石可制造1t水泥。

虽然我国利用危险废弃物来生产水泥尚属起步阶段,但是我国的科研工作者在废弃物代用原料方面也作了一定的研究工作。有研究人员将苏州河底泥全部代替粘土质原料进行了煅烧试验,其烧成制度与普通熟料相同[25]。上海建材集团水泥企业仅1998年和1999年就分别处理各类废弃物93万t和98万t,为当年水泥生产总量的56%和70%[26]。上海水泥厂用龙华水质净化厂污泥代替粘土生产水泥。水泥熟料的率值控制在与不掺污泥一样,其熟料烧成制度与普通硅酸盐熟料也基本相同[27]。上海金山水泥厂成功利用水泥窑焚烧危险废物,现已取得经营许可证[28]。

金隅集团北京水泥厂用水泥窑余热干化污泥,并通过回转窑把干化污泥作为原料和燃料生产水泥,是一种很好的无害化和资源化方式,污泥经过预处理干化后,在水泥回转窑中焚烧,不但可作为水泥的燃料和原料,而且可彻底消除病菌、有机物、重金属的污染,是一种处理成本低、无害化彻底并充分资源化的技术。

将污泥和生活垃圾制成替代衍生燃料(RDF)生产生态水泥[29],具有高热值、氯离子等含量容易控制、粒度适中便于输送、没有恶臭便于保存等优点,将成为生态水泥生产的新趋势和研究的热点。

4 生态水泥的特性及其用途

4.1 生态水泥的特性

目前开发的生态水泥按其胶凝特性可分为快硬型生态水泥及普通型生态水泥。生态水泥的优良特性包括以下3个方面[30]。

(1)物理性能。

生态水泥由于生料中氯含量的不同可形成以下几种矿物为主的熟料:① C3S、C2S和C11A7CaCl2;② Alite(Belite)、C2S(C3S)和C11A7CaCl2;③Alite、Belite和C11-A7CaCl2。与普通水泥相比,生态水泥最大的特点是凝结时间短,属快硬早强水泥。这是由于加水后熟料中的氯铝酸钙立即水化,生成钙矾石(3CaO·Al2O3·CaSO4 ·32H2O),同时硅酸三钙接着水化,生成水化硅酸钙(C-S-H)。在长龄期的硬化体中,水化产物为水化硅酸钙和氢氧化钙,Alite水化生成的C3A·CaY2·10H2O(Y=Cl-,OH-,1/2CO32- )、单硫酸盐水化物(C3A·CaSO4 ·12H2O)及Friedel氏盐(C3A·CaCl2·10H2O)等。表1为生态水泥的物理性能。

(2)混凝土的质量特性。

在灰水比相同的情况下,使用普通型生态水泥时,早期的抗压强度较矿渣水泥高,但整个龄期比普通水泥稍低。如果提高灰水比,则完全可以达到与普通水泥同样的抗压强度。

(3)安全性。

目前国内尚未出台生态水泥安全性的试验方法,依据日本和欧美国家实施的熔析试验方法,对生态水泥进行试验,结果表明,生态水泥制品的重金属熔析量对环境不会造成二次污染,符合日本及欧美国家的安全标准。

4.2 生态水泥的用途

(1) 制混凝土。

生态水泥用作混凝土时,因其属于快硬早强水泥,为了便于施工,必须添加缓凝剂。由于生态水泥中含有1%左右的Cl,容易引起钢筋锈蚀,所以一般仅用于素混凝土中。施工中除了加入缓凝剂外,还可以与普通水泥混合使用。

(2) 地基改良用固化剂。

湿地或者沼泽地等软弱地基改良中可用生态水泥作为固化剂。经试验处理过的土壤早期强度良好,完全适合加固土壤。

5 展望

随着科学技术的发展和人们对环境问题认识的逐渐加深,人们开始不断地优化生态环境。用城市垃圾和污泥替代原燃料生产生态水泥拓宽了原材料来源,减少了天然资源的消耗,降低了水泥生产的成本,有利于水泥行业的可持续发展;省却了废弃物填埋处理工序,不需要填埋场地,生产过程中不会造成二次污染,有利于环保。

摘要：生活垃圾和污泥给环境带来了巨大的压力,现有的处置方式不能够满足社会发展的要求,同时水泥生产过程不仅消耗大量资源和能源,还对环境造成严重污染。研究表明,城市生活垃圾焚烧灰、污泥的化学成分与水泥生产所用的原料在一定程度上相似,所以国内外在生态水泥生产方面已经开展了大量的研究工作。生态水泥由于其特殊性而被用于制备混凝土和地基改良固化剂等。最后指出生态水泥的发展是实施可持续发展战略的重要组成部分,是将各大城市建成生态化城市必不可少的重要环节,而RDF技术将成为研究重点和发展趋势。

篇4：利用垃圾燃料的生产水泥的探讨

城市生活垃圾处理,已日益成为世界范围内一个普遍关注的问题,是一项十分艰巨的综合性、系统性的.工程.目前,世界上许多国家,尤其是一些先进国家,对城市生活垃圾的处理曾采用过多种办法,如:填埋法、堆肥法、热处理法、蠕虫法、细菌消化、水载法、微波处理法等,其中主要的处理方法是填埋法、堆肥法和热处理法.从20世纪60年代起,西欧、日本等发达国家普遍使用焚烧炉来处理垃圾.

作者：蔡玉良杨学权辛美静作者单位：中材国际南京水泥工业设计研究院刊名：中国水泥英文刊名：CHINA CEMENT 年，卷(期)： “”(3) 分类号：F4 关键词：