摘要:
固體廢棄物的品種很多，所含的元素成分及其化合物也較多，這些元素化合物的熔融物隨窯氣和窯料侵蝕耐火材料，與耐火材料發生熱化學反應，使得耐火材料使用條件更加苛刻，因而應對固體廢棄物在水泥工業中循環利用帶來的新問題，是擺在水泥工業用耐火材料迫在眉睫的難題。本文對目前水泥窯固廢處理現狀、固廢處理對耐火材料的影響以及耐火材料的對策作重點論述。
1? 水泥窯固體廢棄物處理現狀
1.1? 水泥窯可以處理的廢棄物種類
水泥工業利用固體廢棄物主要的途徑是將廢棄物以二次原料或二次燃料的形式循環利用。從理論上說，含有Ca0、Si02、Al2O3、Fe2O3的水泥原料成分的工業廢棄物可作為水泥原料，含有一定熱量的工業廢棄物均可用作水泥熟料生產過程中的燃料。目前可以用作原燃料的固體廢棄物主要有：
(1)固體廢棄物作原料：粉煤灰、爐渣、煤矸石、石灰殘渣、電石渣、制糖廢渣、高爐爐渣、鋼渣、銅礦渣、硫酸渣、銻礦尾砂、鋁礬土、錫回收渣、磷石膏、氟石膏、化學石膏、硅砂、飛灰、型砂、水廠污泥、河流淤泥等。
(2)固體廢棄物作燃料：石油焦、石墨粉、焦碳屑、廢輪胎、橡膠、塑料、造紙工業廢料、生活垃圾、肉骨粉、油面巖、泥碳、電池、農作物的桿等，以及碎木屑、紡織廢品、有機有害化工廢料、醫藥廢棄物等。
1.2? 固體廢棄物處理對耐火材料的影響
固體廢棄物的品種很多，所含的元素成分及其化合物也較多，在熟料煅燒過程中，這些廢棄物在低溫部位，對耐火材料幾乎沒有影響或影響較少，還有一些熔融在熟料里形成窯皮，附在耐火磚上，這樣對耐火材料影響也非常小，甚至對耐火材料有一定的保護作用。對耐火襯料直接影響的是在燒成過程中，預熱器和回轉窯之間的內循環的過程中所富集的堿(鉀、鈉)、鹵族(氯、氟)和硫的化合物等，這些元素化合物的熔融物隨窯氣和窯料侵蝕耐火材料，與耐火材料發生熱化學反應，生成新的低熔礦物，而新生礦物在體積上出現不同程度上的膨脹，致使耐火材料的剝落及開裂。有些新生低熔礦物可使耐火材料結構變得疏松，這樣耐火材料就失去它原有的特性，比如強度，熱傳導及彈性系數等物理性能發生一系列變化，致使耐火材料的使用壽命變低。其中，對耐火材料使用周期影響最大的是堿(鉀、鈉)、鹵族(氯、氟)和硫的化合物等。下面主要介紹這些元素化合物對耐火材料的影響。
表1為一些常見、可知的，如堿、氯、硫元素化合物的熔融溫度及揮發溫度，由表1可知，這些元素化合物的熔融溫度及揮發溫度都在水泥燒成溫度范圍內，只是在不同的部位影響不同而已。
表1?? 堿、氯、硫元素化合物的熔融溫度及揮發溫度
|
化合物 |
K20 |
Na20 |
Na2S04 |
K2S04 |
CaS02 |
KCl |
NaCl |
CaCl2 |
Na 2C04 |
K 2C04 |
|
熔融溫度(℃) |
350 |
? |
852 |
1074 |
1397 |
772 |
80l |
776 |
897 |
891 |
|
揮發溫度(℃) |
? |
1275 |
? |
1589 |
? |
1500 |
1403 |
? |
? |
? |
1.2.1? 堿、硫等元素化合物與耐火材料的反應
1.2.1.1? 高鋁質耐火材料與堿、硫的反應：
A3S2+16Si02+3K20——3KAS6 (正長石)
A3S2+10Si02+3K20——3KAS4(白榴石)
2A3S2+8Si02+6K20——6KAS2(鉀霞石)
A1203+K20+Na20——(K、Na)0·Al203 (β剛玉)
2CaS04+K2S04——2CaS04·K2S04
2CAS04·K2S04+H20——2CaS04·K2S04·H20(鉀石膏)
1.2.1.2鎂質耐火材料與堿、硫的反應
(1)氧化氣氛
2C2S+MgO+S03——CaS04+C3MS2
C3MS2+MgO+S03——CaS04+CMS
CMS+MgO+S03——CaS04+M2S
2CaS04+K2S04——2CaS04·K2S04
3Mg0·Al203+4CaO+S03——4Ca0· 3A1203·S03+3MgO
(2)還原氣氛
4MgO+2K20+4Fe0·Al203十8S03——4KFeS2+4Mg0·Al203+1102
MgFe204+K20+4S03——2KFeS2+Mg0+802
2KFeS2+802——K2S04+Fe2(S04)3