协同处置固危废对氯碱循环富集的影响

水泥窑协同处置固危废由于其无害化程度高、资源利用程度大、运行费用低、处置量大等特点，近年来被广泛应用。与此同时，国家对于水泥质量的管控也愈发严格。氯、碱有害元素是影响水泥窑况及水泥产品质量的重要因素。适当的氯含量有利于降低烧成温度，而氯含量过高，可增加混凝土的冻融和钢筋锈蚀，进而引发工程质量问题。含碱氧化物能降低熟料液相出现的温度，降低液相的黏度，当含碱量较少时，它可促使C2S吸收CaO生成C3S，而降低f-CaO。而氯、碱含量高时，还会导致预热器结皮。因此，协同处置固危废过程中，必须对有害元素进行配比计算，将固危废投加对水泥窑及水泥产品的影响降到最低。本文研究水泥窑协同处置固危废对氯碱循环富集的影响。1、材料与方法1.1试验材料供试对象为济源海中与中联水泥（4 500t/d生产线）两家单位，在2021年5~10月对济源海中固危废处置系统成分持续监测，同时在处置过程中保证水泥熟料质量稳定合格。1.2测定方法固危废及熟料氯离子、碱含量分析参照GB/T176—2008《水泥化学分析方法》。2、结果与分析2.1系统质量分析熟料以及储坑固危废氯碱含量结果见表1（4 500t/d生产线）。表1熟料以及储坑固危废氯碱含量由表1可以看出：固危废处置期间，熟料氯离子平均为0.027%，碱含量平均为0.73%，均在国标限值内，但整体随着储坑固危废质量的变化而变化。固态系统质量波动较大，其中氯离子在0.54%~5.65%之间，平均为2.74%，碱含量整体偏高，在5.97%~9.03%之间，平均为7.10%，处置期间物料均质化程度较低，后续需加大配伍管控。2.2氯离子循环富集率分析由于氯离子在水泥窑煅烧过程中会挥发，短期内未固化在熟料中，所以熟料氯离子整体低于生料氯离子。在保证熟料质量合格和窑况良好的前提下，明确氯离子在水泥窑中的循环富集率有助于实现氯离子处置的最大化。为了探索固危废入窑对氯离子循环富集能力的影响，本文对1~4月份未处置固危废期间生熟料氯离子变化进行分析，空白熟料氯循环富集率在61.21%~75.00%之间，平均为71.04%。结合2021年5~10月固危废氯离子以及熟料氯离子含量，计算出氯离子平均循环富集率，见图1。由表1和图1可知，5~9月份固危废氯离子含量呈递增趋势，对应的氯离子循环富集率也逐渐增加。7月份固危废氯离子在0.54%时，氯离子循环富集率为41.34%；而9月份，固危废氯离子为3.27%时，氯离子循环富集率达到最大，为74.34%，对比空白循环富集率有所增加，且运行期间，水泥窑和熟料质量稳定合格。5月份氯离子循环富集率低于9月，为73.90%，储坑氯离子控制在2.81%，以台时产量3.19t/h运行，氯投加空间为8.96%（储坑氯离子与台时产量的乘积），可实现固危废氯离子最大处置空间，但因氯离子持续在窑内循环富集，窑系统无法负载运行，此氯控制指标只适用于短期配伍，应结合除氯系统，及时将窑内富集氯离子外排。10月份系统运行期间，固危废氯离子平均达到5.65%后，氯离子循环富集能力明显降低。统观10月份运行情况，窑工况持续不稳定，回转窑15~20m结皮垮落较多，且结皮黄心料较多。由此可知，固危废氯离子在5.65%左右时，窑系统氯离子已达到满负载，需及时降低固危废氯投加量。图1氯离子循环富集率与固危废氯离子含量的关系2.3碱含量循环富集率分析为了解碱含量在水泥窑煅烧过程中的循环富集率，明确处置空间，现对1~3月份生、熟料空白碱含量的变化进行分析（见表2）。由表2可知，窑平稳运行期间，生料碱含量波动较大，平均为0.72%；以湿基消耗比换算出碱含量熟料理论值，平均为1.14%；空白熟料实际碱含量均小于理论值，平均为0.86%，循环富集率多集中在15%~35%之间，平均为24.40%。表2空白碱循环富集分析%结合2021年5~10月固危废碱含量以及熟料碱含量，计算出碱含量平均循环富集率，见图2。由图2可知，碱循环富集率随着固危废碱含量的增加而增加，且呈显著正相关（R2=0.625）。5~10月份固危废碱含量整体偏高，主要是因为集中处置电解铝大修渣所致。相较于氯离子循环富集率，碱含量循环富集率波动较小，在20.19%~23.80%，平均循环富集率为21.94%。但相较于未处置固危废期间，碱循环富集率略微降低。因水泥公司对碱含量的要求不一，具体投加空间需要根据各公司实际控制指标来计算。图2碱循环富集率与固危废碱含量的关系2.4氯碱循环倍数分析硫、氯的共同作用会改变物料的黏性，是众多不良工艺现象的根本原因，因此，要控制氯离子，首先要控制硫含量。为了更好地监测水泥窑结皮情况，固危废处置期间，持续对热生料进行取样检测。结果发现，热生料硫含量较低，日常基本稳定在0.6%以内，若需严格确保水泥窑安全稳定运行，将热生料氯、硫含量总和控制在4%以内，热生料氯离子则需控制在3.4%以内。由表3氯碱循环倍数分析可知，熟料硫碱比在0.37~0.54之间波动，平均硫碱比为0.45；热生料氯离子在1.054%~2.108%之间波动，平均氯离子为1.490%，整体低于3.4%；熟料氯离子在0.023%~0.035%之间波动，平均氯离子为0.028%，而热生料与熟料氯离子的循环倍数多集中在50~70倍之间，平均氯循环倍数为57.81；热生料碱含量在1.26%~2.69%之间波动，平均碱含量为2.27%，低于结皮临界值2.50%；熟料碱含量在0.60%~0.79%之间波动，平均碱含量为0.70%，而热生料与熟料碱含量循环倍数在2.10~4.31之间波动，平均碱循环倍数为3.22。表3氯碱循环倍数分析处置固危废时，若将熟料氯离子控制在0.040%以内，以最低循环倍数48.93来计算，热生料氯离子可控制在1.96%以内；若将碱含量控制在0.85%以内，以最低循环富集倍数2.10来计算，热生料碱含量可控制在1.79%以内。由此可知，固危废配伍指标可保证窑系统稳