68水泥窑协同处置废弃物时砷的行为研究

1、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，随着国家经济和工业、城市的高速发展，生活和工业生产产生的废弃物的消纳问题日益严重。利用水泥回转窑处置废弃物，被国际公认为处置工业废弃物的最有效方法。这一方面解决了水泥行业节能降耗的问题，减少了资源的消耗和对环境的破坏；同

2、时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；又降低了废弃物处置成本，有利于实现资源再利用和经济可持续发展。在水泥窑处置废弃物的过程中，绝大部分有害物质都能得到分解、燃烧而达到无害化、无污染，但是重金属元素由于不能消解，必然带入水泥熟料中或随气体排放。而重金属对环境和人类的危害正日益受到重视，也是纳入排放规范的，为此，我们开展了水泥窑协同处置废弃物时重金属的影响研究本文着重探讨砷元素在水泥窑中的行为。一. 砷的一次挥发率按照一定率值配置水泥生料，将废弃物以原料的形式掺入，试验按照水泥生料易烧性试验方法JC/T735-2005进行。表1 砷的一次挥发率

3、序号生料中砷含量（mg/kg）熟料中砷含量（mg/kg）挥发率13.353.8424.624.195.4113.531.061.2721.144.695.3226.053.915.1413.964.095.3519.5713.8017.3616.982.582.7729.093.643.7628.31011.6714.4817.31168.5892.0712.5122.843.6217.2134.575.9016.4142.803.6515.8152.753.3720.5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

4、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。二. 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。熟料烧成生料制备图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%，

5、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A86.2394.3464.4679.36工厂B95.7886.7675.0180.17工厂C96.1390.03100.34109.47工厂D98.7697.9899.7592.83工厂F88.4792.7786.3789.29平均93.0792.3885.1990.22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SO

6、2。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+4O2FeO+ As2O3+SO2As2S2+5O2As2O3+SO2As2S3+9O2As2O3+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+O2As2O5As2O3+Me2OMeAsO4 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。三. 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1. 乔岭山 泥厂利用废弃物的有关问题水泥技术 2002年12期 1-82. 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 19-203. Gabriela Niculae Inverstigations on heavy metals during waste co-incinerat