有色金屬冶煉煙氣脫硫渣的水泥窯處置探討

文玉，張磊（云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計院有限公司 云南 昆明 650221）

0 引言

云南省是中國有色金屬王國，其鉛鋅錫行業(yè)在中國具有十分重要的地位，鉛鋅錫在冶煉過程會產(chǎn)生含二氧化硫及重金屬的煙氣。煙氣在脫硫處理時，會產(chǎn)生含重金屬的脫硫渣，這些脫硫渣對當(dāng)?shù)丨h(huán)境和行業(yè)管理帶來了很大的壓力。

1 云南省有色金屬冶煉煙氣脫硫渣背景

1.1 有色金屬冶煉煙氣脫硫渣特點(diǎn)

鉛鋅錫行業(yè)在原料焙燒脫硫、物料的粗煉和精煉脫硫過程中，產(chǎn)生的煙氣含有SO2、煙塵、重金屬等。大多數(shù)冶煉企業(yè)的冶煉煙氣達(dá)不到制酸要求，一般采用傳統(tǒng)的石灰石/石膏法脫硫處理，該方法會產(chǎn)生含多種重金屬的脫硫渣。

鉛鋅錫冶煉產(chǎn)生的脫硫渣，主要組成為亞硫酸鈣、硫酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鈣，少量為氯化鈣、氟化鈣、煙塵，以及As、Cd 等有毒有害重金屬元素；具有浸出毒性、易造成二次污染、難處理的特點(diǎn)，屬于危險廢物。貯存或利用處置不當(dāng)會破壞生態(tài)環(huán)境、危害人體健康、制約可持續(xù)發(fā)展。因此，尋找一種安全環(huán)保、無害化和資源化的處置模式對于保護(hù)環(huán)境具有積極的意義。

1.2 有色金屬冶煉煙氣脫硫渣處置現(xiàn)狀

參考《云南省危險廢物利用處置規(guī)劃（2016年—2020 年）》，有色金屬冶煉煙氣脫硫渣屬于HW48 類，“目前有色金屬冶煉廢物產(chǎn)生257 萬t，自行利用處置156.4 萬t，委托利用處置29.2 萬t，累計儲存329.3 萬t，主要分布在紅河州、怒江州、曲靖市、大理州、昆明市。”

通過對云南省鉛鋅錫企業(yè)的調(diào)查，大部分企業(yè)是將脫硫渣按照危險性固體廢物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行儲存，小部分企業(yè)將脫硫渣拌礦回用，剩余企業(yè)委托有資質(zhì)的其它企業(yè)處置。

2 水泥窯處置技術(shù)研究

2.1 水泥窯處置危廢的發(fā)展

對危險廢物實(shí)現(xiàn)無害化和資源化處置，目前國際上流行的方法是焚燒處置。焚燒處置分為兩種：一種是新建專門的焚燒系統(tǒng)，這種方法存在投資高、選址要求高、運(yùn)行成本高以及二次污染等問題；另一種是對現(xiàn)有工業(yè)爐窯進(jìn)行適當(dāng)技改，使其適用于危險廢物的焚燒處理。

近年來，中國水泥行業(yè)蓬勃發(fā)展，已具備廣泛處置危險廢物的物質(zhì)和技術(shù)條件。將危廢處置與水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展結(jié)合起來，是低成本、大規(guī)模處置危險廢物的重要措施。國家先后頒布的《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18484-2001）、《水泥窯協(xié)同處置工業(yè)廢物設(shè)計規(guī)范》（GB50634-2010）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB30485-2013）、《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范》（GB30760-2014）等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范構(gòu)成了我國水泥窯協(xié)同處置危險廢物的完整標(biāo)準(zhǔn)體系。

2.2 水泥窯處置有色金屬冶煉煙氣脫硫渣的技術(shù)特點(diǎn)

水泥窯處置危廢的技術(shù)已發(fā)展成熟，處置系統(tǒng)涉及的水泥生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施主要有：熟料冷卻機(jī)、燒成回轉(zhuǎn)窯、窯尾煙室、分解爐、多級預(yù)熱器、廢氣處理系統(tǒng)等，統(tǒng)稱“新型干法水泥熟料燒成系統(tǒng)”，該系統(tǒng)的核心燒成設(shè)備為“燒成回轉(zhuǎn)窯”。

水泥窯處置有色金屬冶煉煙氣脫硫渣具有以下特點(diǎn)：

（1） 燒成溫度高。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最高溫度可達(dá)1 800℃，主要有害成分焚毀率可達(dá)99.9%以上。

（2） 熱工空間大。水泥回轉(zhuǎn)窯是一個體積較大慢速旋轉(zhuǎn)的筒體，而且瞬時大量且穩(wěn)定的生料流、氣流使得熱工制度相當(dāng)穩(wěn)定。

（3） 物料停留時間長。物料在窯內(nèi)高溫下停留時間長，反應(yīng)充分。而且，窯內(nèi)熱生料經(jīng)過固相、液相、固相轉(zhuǎn)化，并在窯內(nèi)形成穩(wěn)定的湍流，自身熱容量巨大且穩(wěn)定，可以使脫硫渣的固態(tài)物質(zhì)隨著生料一同煅燒，少量重金屬可以被熔融固化在熟料的四面體晶格中。

（4） 相對處理規(guī)模大。我國水泥行業(yè)產(chǎn)能基數(shù)大。

（5） 新型水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)呈堿性氣氛，可以有效阻止S、Cl 等酸性氣體的生成。

（6） 水泥窯系統(tǒng)呈負(fù)壓狀態(tài)，煙氣和粉塵不會外溢，可以有效防止運(yùn)行過程中的二次污染。

（7） 不產(chǎn)生需要后續(xù)處理的灰渣。水泥窯系統(tǒng)處置過程，廢物中的固態(tài)物轉(zhuǎn)化成的惰性灰渣已混入水泥熟料產(chǎn)品中，無需另加處理；廢物中的氣態(tài)物在尾氣處理過程中被堿性生料捕捉后以粉狀回入窯系統(tǒng)內(nèi)，其余則達(dá)標(biāo)排放。

綜上所述，有色金屬冶煉煙氣脫硫渣也適用于水泥窯處置。該技術(shù)利用了新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備，在正常連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)合格水泥熟料、大氣污染物達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上，對脫硫渣進(jìn)行協(xié)同處置。

3 水泥窯處置有色金屬冶煉煙氣脫硫渣的影響研究

3.1 對燒成系統(tǒng)的影響

水泥窯處置脫硫渣系統(tǒng)本身不會對水泥窯系統(tǒng)造成直接影響，其影響主要是對以下工藝參數(shù)造成變化，如：預(yù)熱器溫度、回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度、預(yù)熱器通風(fēng)量等。這些工藝參數(shù)的變化雖然會對水泥設(shè)備造成影響，如：高溫風(fēng)機(jī)排風(fēng)量增大，系統(tǒng)溫度變化、窯傳動電流變化等，但在水泥窯設(shè)計時，考慮了工藝參數(shù)的變化，這些變化均在可控制的范圍內(nèi)，因此不會對水泥窯運(yùn)行造成負(fù)面影響。

3.2 含重金屬脫硫渣對熟料質(zhì)量的影響

脫硫渣中的主要無機(jī)化學(xué)成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、CaSO4和CaSiO3，這些成分與生產(chǎn)水泥所用原料的成分相同，因此脫硫渣可以用作水泥窯的資源化處理。但其As、Cd 等有毒有害重金屬元素會對熟料質(zhì)量造成影響，需通過檢測控制脫硫渣的摻量，以生產(chǎn)合格的水泥熟料為前提。

3.3 含重金屬脫硫渣中有害元素對系統(tǒng)煙氣排放的影響

在生產(chǎn)過程中，水泥窯獨(dú)特的堿性環(huán)境可以吸附S 和Cl 等元素，生成了硫酸鹽和氯化物，并固化進(jìn)入了熟料，基本不會造成SO2，H Cl 等酸性廢氣超標(biāo)。但在脫硫渣處置過程中，需根據(jù)進(jìn)廠前的檢測結(jié)果優(yōu)化配比，將脫硫渣中S 和Cl 等元素控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以窯系統(tǒng)煙氣達(dá)標(biāo)排放為前提。

4 結(jié)語

（1） 水泥窯處置有色金屬冶煉煙氣脫硫渣的整個工藝是建立在水泥窯正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其處置設(shè)備的主體是水泥窯，從整體投資上講其一次性投資少。

（2） 從水泥企業(yè)的工藝特點(diǎn)來看，熟料在燒制過程中對重金屬元素具有較好的固化作用，水泥窯獨(dú)特的堿性環(huán)境可以有效阻止S、Cl 等酸性氣體的生成。水泥窯適合用于處置有色金屬冶煉煙氣脫硫渣。

（3） 利用水泥窯處置有色金屬冶煉煙氣脫硫渣，是冶金行業(yè)煙氣脫硫渣無害化和資源化的一種有效途徑；但需注重檢測檢驗(yàn)，科學(xué)控制脫硫渣的摻量，不影響水泥窯的正常運(yùn)轉(zhuǎn)及其產(chǎn)品質(zhì)量。