水泥窯協(xié)同處理造紙固廢白泥技術(shù)及其應(yīng)用

李世鋒，熊漢南，劉仙泉，高顯敏

（江西贛州南方萬年青水泥有限公司，江西 贛州 342302）

自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們的生活水平也得到了明顯的提升，但是由于我國粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時對環(huán)境造成了不可避免的危害，而且我國是制漿造紙的大國，目前大多數(shù)采用化學(xué)制漿法。這種方法就是利用各種化學(xué)藥劑，在特定條件下將植物纖維原料中的大部分木素溶出來使之分散成紙漿。目前造紙以燒堿法制漿為主，無論用何種原料造紙都要產(chǎn)生黑液，黑液中含有大量的廢堿和有機(jī)物，目前環(huán)保不允許排放到河里。雖然黑液可以采用堿回收的方法進(jìn)行處理，能消除黑液的污染，但是，同時又產(chǎn)生了大量的強(qiáng)堿性廢渣——白泥。

目前對造紙苛化白泥堿渣的主要處理方法是焚燒和填埋。焚燒的方式主要有兩個方面的問題，一是建立焚燒的場所費(fèi)用高，焚燒白泥的設(shè)備昂貴，耗能非常高，焚燒不能為企業(yè)帶來利潤，增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。二是焚燒白泥還將產(chǎn)生大量的廢氣，容易造成空氣污染，即從一種污染演變成另外一種污染。第二種處理白泥的方式是填埋，這是目前造紙企業(yè)普遍采用的方式。由于白泥是由不易自然分解（降解）的有害物質(zhì)組成，而我國尚未完全建立防滲透水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，直接將白泥填埋不僅需要大量的土地，而且容易造成填埋地及周邊水資源的污染及土地污染，這將直接導(dǎo)致該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境惡化，浪費(fèi)土地資源和破壞水資源。

因此，對造紙固廢白泥的處理稱為當(dāng)今環(huán)境污染治理的研究內(nèi)容之一，如何對造紙固廢白泥進(jìn)行有效的利用以及合理的處理，避免白泥對水資源及土壤的污染，又能變廢為寶是造紙業(yè)面臨的一項重要的挑戰(zhàn)。

1 水泥窯處理白泥技術(shù)工藝流程

造紙工業(yè)的廢渣主要包括白泥、脫硫石膏、爐渣以及粉煤灰。其中，粉煤灰的發(fā)熱量有1 672kJ/kg，這能充分發(fā)揮其熱量，配料配入生料中，降低煤耗。而爐渣、脫硫石膏因其成分與水泥生產(chǎn)的原料成分相近，經(jīng)過實踐研究已經(jīng)在水泥生產(chǎn)過程中作為替代原料使用，這項技術(shù)已經(jīng)成熟。但是固廢白泥的利用卻尚處于空白狀態(tài)。經(jīng)過對造紙固廢的成分進(jìn)行檢測分析，其成分主要是碳酸鈣，與石灰石類似，只是還有0.4%的堿。

本技術(shù)專門解決造紙固廢白泥的處理，它不是對白泥的污染進(jìn)行處理，而是將其作為水泥制造的原材料，對白泥進(jìn)行廢物利用，從根本上消除了白泥的污染，且間接的為水泥生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造效益。

1.1 生產(chǎn)工藝

本技術(shù)與傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)工藝相比無需額外添加設(shè)備，只是在原料的配比上存在差異，因此，企業(yè)可在原有的生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行新技術(shù)的實施。

（1）破碎及預(yù)均化。

①破碎。本技術(shù)是將水泥生產(chǎn)過程中的原料石灰石進(jìn)行破碎，利用白泥和含硫化合物的混合物替代部分石灰石，其中白泥和含硫化合物的混合物代替的部分石灰石占總石灰石的質(zhì)量比例為3%～10%，白泥和含硫化合物的混合物中含硫化合物的質(zhì)量占比為10%～15%。

②原料預(yù)均化。在原料的存、取過程中，將原料進(jìn)行均化，使原料均勻，這樣利用后期的生產(chǎn)。

（2）生料制備。

這一過程是水泥生產(chǎn)的前提，就是將原料進(jìn)行粉磨，將之前的石灰石和白泥、含硫化合物的混合物一起進(jìn)行粉磨，充分粉磨后能使原料混合均勻，為后期水泥制造提供質(zhì)量保證。

（3）生料均化。

本階段是將上一階段粉磨后的生料進(jìn)行均化，是穩(wěn)定熟料燒成熱加工的前提，生料均化系統(tǒng)起著穩(wěn)定入窖生料成分的最后一道把關(guān)作用。

（4）預(yù)熱分解。

把生料的預(yù)熱和部分分解由預(yù)熱器來完成，代替回轉(zhuǎn)窯部分功能，達(dá)到縮短回窯長度，同時使窯內(nèi)以堆積狀態(tài)進(jìn)行氣料換熱過程，移到預(yù)熱器內(nèi)在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行，使生料能夠同窯內(nèi)排出的熾熱氣體充分混合，增大了氣料接觸面積，傳熱速度快，熱交換效率高，達(dá)到提高窯系統(tǒng)生產(chǎn)效率、降低熟料燒成熱耗的目的。

（5）水泥熟料的燒成。

生料在旋風(fēng)預(yù)熱器中完成預(yù)熱和預(yù)分解后，下一道工序是進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行熟料的燒成。

在回轉(zhuǎn)窯中碳酸鹽進(jìn)一步的迅速分解并發(fā)生一系列的固相反應(yīng)，生成水泥熟料中的礦物。隨著物料溫度升高，礦物會變成液相，溶解于液相中進(jìn)行反應(yīng)生成大量熟料。熟料燒成后，急冷，輸送到貯存庫，回收高溫熟料的顯熱，提高系統(tǒng)的熱效率和熟料質(zhì)量。

（6）水泥粉磨。

水泥粉磨是水泥制造的最后工序，就是將之前燒好的熟料加入膠凝劑、性能調(diào)節(jié)材料等粉磨至適宜的粒度（以細(xì)度、比表面積等表示），形成一定的顆粒級配，增大其水化面積，加速水化速度，滿足水泥漿體凝結(jié)、硬化要求。

1.2 工藝流程圖

水泥生產(chǎn)工藝流程圖見圖1。

2 技術(shù)應(yīng)用檢驗

本技術(shù)采用實踐檢測的方式進(jìn)行校驗，對水泥生產(chǎn)的原料加入白泥及含硫化合物前后的相關(guān)化學(xué)、物流性能進(jìn)行對比，以此來檢驗水泥本技術(shù)的可行性及水泥性能。

2.1 技術(shù)要點(diǎn)及原理

（1）將水泥生產(chǎn)原料中的部分石灰石用白泥和含硫化合物的混合物代替，白泥和含硫化合物的混合物代替的部分石灰石占總石灰石的質(zhì)量比例為3%ˉ10%（分別以3%、10%、6%作為實例檢測）。

（2）白泥和含硫化合物的混合物中含硫化合物的質(zhì)量占比為10%ˉ15%（分別以10%、15%、12%作為實例檢測）。白泥中的堿與含硫化合中的硫分子量相當(dāng)。

（3）硫化合物為主要成分為CaSO4的材料，含硫化合物脫硫石膏、磷石膏為氟石膏，并分別以這三種物質(zhì)做檢測。

（4）水泥生產(chǎn)的工藝過程當(dāng)中，加強(qiáng)熟料搭配均化，增加出磨水泥游離鈣的檢測頻次。

（5）水泥生產(chǎn)的工藝過程當(dāng)中，密切關(guān)注窯系統(tǒng)各檢測點(diǎn)負(fù)壓，關(guān)注堿循環(huán)。

在對白泥成分進(jìn)行檢測后，檢測結(jié)果顯示白泥成分與石灰石類似，但是白泥含有0.4%左右的堿。堿對熟料煅燒及水泥性能的有明顯影響，由于K2O和Na2O的堿性比CaO的堿性強(qiáng)，當(dāng)生料中含硫時，堿與硫化合生成堿的硫酸鹽，它可以是獨(dú)立的穩(wěn)定相存于熟料中，亦可以鉀——鈉硫酸鹽固溶體的形式（Na2O·3K2SO4）存在，可以把堿從窯內(nèi)部帶出，緩和堿的不利影響。

2.2 檢測數(shù)據(jù)分析

本技術(shù)檢測的數(shù)據(jù)時間為2017年12月至2018年8月，數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢?/p>

其中2017年12月-2018年3月的數(shù)據(jù)為未加入白泥及含硫化合物的混合物時水泥化學(xué)、物理性能的技術(shù)參數(shù)，2018年4月-2018年8月為加入白泥及含硫化合物的混合物后，水泥的化學(xué)及物理性能技術(shù)參數(shù)。

從表1、表2中可以看出，將水泥制造中的原料石灰石中的3%ˉ10%替換成白泥及含硫化合物的混合物后，水泥成分無變化，KH數(shù)值變化在正常波動范圍內(nèi)，游離鈣數(shù)據(jù)也在正常范圍，這表明加入白泥及含硫化合物的混合物后，水泥的化學(xué)性能無顯著影響，即不影響水泥的正常功能。

表1 2017～2018年各月熟料化學(xué)成分

表2 2017～2018年各月熟料物理性能

表3 使用白泥前后各工段產(chǎn)品質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)匯總（%）

從表3中可以看出，熟料中SiO2百分比顯著提高，K2O、Na2O含量降低，可見在煅燒過程中，這兩種物質(zhì)充分進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)，與堿結(jié)合，并將堿帶出，可有效的緩和堿的不利影響。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

通過實驗檢測，與傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)相比，本技術(shù)具有的特點(diǎn)。

（1）有效處理了造紙固廢白泥，避免了白泥的對環(huán)境的污染，又節(jié)省了生產(chǎn)水泥所需的石灰石原材料，使污染物白泥變廢為寶。

（2）將部分生產(chǎn)水泥的原料中的部分石灰石用白泥和含硫化合物的混合物代替，解決了水泥旋窯處理造紙固廢白泥時產(chǎn)生的堿循環(huán)問題，避免了預(yù)熱器錐體部分或卸料溜子形成結(jié)皮，嚴(yán)重時會出現(xiàn)堵塞，出現(xiàn)窯筒體結(jié)圈，破碎機(jī)卡堵，影響正常生產(chǎn)等問題。

（3）采用替代原料時，窯系統(tǒng)各檢測點(diǎn)負(fù)壓正常，堿循環(huán)大大減輕，水泥產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好，不影響水泥正常生產(chǎn)且能提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié) 論

造紙企業(yè)處理造紙產(chǎn)生的固廢物需要投入大量的資金、設(shè)備、人員，這無疑是降低了企業(yè)的利潤，而水泥生產(chǎn)企業(yè)制造水泥同樣需要大量購買原料。本技術(shù)通過實踐檢驗證明，在水泥制造的原料中加入3% ～10%的白泥和含硫化合物后，水泥的物理成分無變化，化學(xué)性能得到了提升，而且在生產(chǎn)制作過程中，有利于改善堿循環(huán)，減少對大氣的污染，降低水泥生產(chǎn)成本。

本技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了造紙企業(yè)處理造紙固廢白泥的問題，而且降低了水泥生產(chǎn)企業(yè)的原料成本，改善了水泥制造工藝，具有理論和實踐的雙重意義。