鋁灰渣在水泥廠應(yīng)用的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)介紹

1、鋁灰渣使用的可行性1.1鋁灰渣的性狀自2021年1月1日起，《國家危險廢物名錄（2021年版）》施行后，鋁材加工產(chǎn)生的一次鋁灰、二次鋁灰、除塵灰全部被納入危險廢物（HW48）進(jìn)行管理（具有反應(yīng)性）。鋁灰遇水會產(chǎn)生氨氣。1.2鋁灰渣的主要成分鋁灰渣化學(xué)成分及組成見表1、表2，可見鋁灰渣的成分大部分是水泥生產(chǎn)所需的元素（Si、Al、Fe、Ca），可作為鋁質(zhì)校正材料，進(jìn)行資源綜合利用；F和S是水泥熟料燒成的礦化劑，少量的可以促成熟料燒成；K、Na、Cl等鹽類是水泥生產(chǎn)不需要的成分，需控制其成分；含有一定的AlN，與水會反應(yīng)，需進(jìn)行防風(fēng)、防雨等安全管控，也需注意窯尾煙囪NH3的排放控制（投加點(diǎn)的控制等）。表1鋁灰渣的主要化學(xué)成分表2鋁灰渣組成%1.3鋁灰渣在水泥廠使用的成分控制因鋁灰中Cl含量高，對熟料生產(chǎn)影響較大（引起預(yù)熱器系統(tǒng)的結(jié)皮和堵塞、窯內(nèi)結(jié)圈），所以進(jìn)廠主要控制Al2O3、Cl、SO3含量，具體見表3。表3鋁灰渣進(jìn)廠成分控制指標(biāo)1.4鋁灰渣的生料配比按照石灰石、黏土、鐵粉等原材料，從硅、鋁、鐵、鈣成分的有效性，鋁灰渣在生料中最大配比可達(dá)到1.5%，具體見表4。率值目標(biāo)：KH=0.960，n=2.55，P=1.45；實(shí)現(xiàn)值：KH=0.962，n=2.54，P=1.54。表4生料中鋁灰渣摻入量計算%1.5水泥窯利用鋁灰渣的環(huán)?？尚行裕?）二氧化硫。鋁灰渣中的S主要以硫酸鹽形式存在，最終從熟料中帶出，不會對窯尾煙囪SO2排放造成影響。（2）HF和HCl?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)的堿性環(huán)境可以中和絕大部分HF、HCl，廢物中的Cl、F含量主要對系統(tǒng)結(jié)皮和水泥產(chǎn)品質(zhì)量有影響，需控制隨物料入窯的氯（Cl）和氟（F）元素的投加量，即入窯物料中氟元素含量不應(yīng)大于0.5%，氯元素含量不應(yīng)大于0.015%的前提下，HCl、HF的排放濃度可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)限值要求。（3）重金屬污染物。重金屬在水泥窯的高溫條件下，部分進(jìn)入煙氣，部分進(jìn)入熟料，從而導(dǎo)致水泥產(chǎn)品及窯尾煙氣中存在一定量的重金屬。根據(jù)《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB30485—2013），由水泥生產(chǎn)所需的常規(guī)原燃料和固體廢物帶入窯內(nèi)的重金屬在窯內(nèi)部分隨煙氣排入大氣，部分進(jìn)入熟料，部分在窯內(nèi)不斷循環(huán)。根據(jù)重金屬的揮發(fā)特性，可將金屬分為不揮發(fā)、半揮發(fā)、易揮發(fā)和高揮發(fā)等四類。不揮發(fā)類元素99.9%以上被結(jié)合到熟料中；半揮發(fā)類元素在窯和預(yù)熱器系統(tǒng)內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)，最終幾乎全部進(jìn)入熟料，隨煙氣帶出窯系統(tǒng)的量很少；易揮發(fā)元素Tl于520~550℃開始蒸發(fā)，在窯尾物理溫度850℃的溫度區(qū)主要以氣相存在，隨熟料帶出的比例小于5%。鋁灰渣中無易揮發(fā)元素和半揮發(fā)類元素，排放煙氣中的重金屬濃度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。2、鋁灰渣在水泥廠利用的方式2.1在產(chǎn)業(yè)鏈中最優(yōu)的利用方式因鋁灰渣有一定的單質(zhì)鋁，為最大資源化利用鋁灰，目前廣東省是先經(jīng)收集企業(yè)收集并分選單質(zhì)鋁后再進(jìn)水泥廠進(jìn)行綜合利用，也便于目前鋁灰渣在分選鋁屬于豁免的情況下進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)資源綜合利用。因鋁灰渣為危廢，牽涉到運(yùn)輸、水泥廠的儲存，供給水泥廠的鋁灰渣形態(tài)最好為粉狀。采用灰罐配料使用，儲存量少，需要少量多次供應(yīng)方式。2.2儲存方式鋁灰渣遇水會產(chǎn)生反應(yīng)，釋放氨氣，受潮也容易自燃，泵送、儲存需做好防雨、受潮等措施。2.3投加方式如果在原料配料站投加，生料粉磨為立磨，立磨為穩(wěn)定料層需噴水，會使鋁灰渣遇水產(chǎn)生反應(yīng)，釋放氨氣，造成窯尾煙囪氨逃逸超標(biāo)且有明顯的白霧現(xiàn)象。故為了滿足環(huán)保的要求且充分利用鋁灰渣中氮化鋁，節(jié)省煤耗、節(jié)省氨水使用量，最優(yōu)的方式是直噴分解爐，但考慮到投加后與生料混合的均勻穩(wěn)定性，選擇在生料庫出料斜槽進(jìn)行投加。3鋁灰渣使用的實(shí)際效果及采取的措施3.1實(shí)際效果（1）鋁灰渣使用后，可明顯減少低硅高鋁土，增加高硅黏土、高硅石灰石的使用，能滿足生料配料、改善生料易燒性，適應(yīng)窯系統(tǒng)煅燒需要。實(shí)際起到了良好的鋁質(zhì)校正材料的作用。因鋁灰渣含有F以及其他微量組分，具有一定的助燒劑作用，可顯著提高生料配料的硅酸率控制指標(biāo)（生料硅酸率由使用前的2.40提高至2.60），在其他材料配比和成分不變的情況下，入磨石灰石硅含量可提高1%配料，為公司礦山資源綜合利用政策的有效實(shí)施，適量加大低品位石灰石摻量提供了有利條件。使用鋁灰渣前后熟料化學(xué)成分和率值見表5。表5使用鋁灰渣前后熟料化學(xué)成分和率值（2）因鋁灰渣中硫氯鉀鈉等對水泥生產(chǎn)有害的組分影響（五級筒下料管結(jié)皮、煙室結(jié)皮），集團(tuán)各廠最大使用配料比例為1.0%，福建區(qū)域好幾個水泥廠的實(shí)際用量最大達(dá)1.5%。主要原因還是因?yàn)槁入x子的影響，要提高使用比例且連續(xù)穩(wěn)定使用，除控制鋁灰渣氯含量外，集團(tuán)已計劃設(shè)置旁路放風(fēng)除氯設(shè)施（從煙氣中分離NaCl、KCl），目標(biāo)能夠使用到1.5%。（3）使用鋁灰后，水泥熟料的質(zhì)量、水泥質(zhì)量基本受控（氯含量遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)中水泥氯離子含量≤0.06%限值要求）。使用鋁灰渣前后熟料物理性能見表6。表6使用鋁灰渣前后熟料物理性能從表6可看出，鋁灰渣使用后，熟料3d強(qiáng)度有所下降，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和流動度基本不變，凝結(jié)時間略有延長。（4）使用鋁灰渣后，窯尾煙囪污染物排放基本不變，具體見表7。表7窯尾煙囪主要污染物排放對比mg/Nm3（5）使用鋁灰渣后普遍反映可以節(jié)省煤耗、氨水使用量（從理論上說得通，因鋁灰渣含大量的氮化鋁），但因計量和統(tǒng)計等方面原因，無法給出具體數(shù)值。3.2使用鋁灰渣的主要應(yīng)對措施（1）進(jìn)廠質(zhì)量及搭配使用要求。①加強(qiáng)進(jìn)廠、過磅、取/送樣、檢測管理，保證鋁灰渣品質(zhì)穩(wěn)定性；②明確配料目標(biāo)。（2）操作相關(guān)注意事項(xiàng)。①確保流量變化調(diào)整及穩(wěn)定要求；②加強(qiáng)分解爐溫度、C5錐部溫度預(yù)控制及下料管溫度監(jiān)測，加強(qiáng)各級負(fù)壓、溫度變化、鎖風(fēng)閥活動情況監(jiān)控；③加強(qiáng)窯皮變化預(yù)控制、煙室結(jié)皮情況監(jiān)控。通過以上措施，在使用鋁灰渣過程中窯況基本沒有受到影響。使用后，加強(qiáng)五級下料管溫度監(jiān)測，對比發(fā)現(xiàn)五級下料管溫度（非下料）溫降明顯，說明有一定的結(jié)皮。據(jù)了解，五級下料管采用微晶襯板后，基本上可以消除結(jié)皮的影響。4、水泥窯利用鋁灰渣存在問題與不足（1）氯離子。①鋁灰含有氯離子，使用后預(yù)熱器容易結(jié)皮，也限制了鋁灰渣的使用，水泥廠須配套可靠的精準(zhǔn)除氯系統(tǒng)可保證鋁灰連續(xù)、穩(wěn)定、大比例的使用。精準(zhǔn)除氯系統(tǒng)約投資800萬元/套，也需一定的運(yùn)行費(fèi)用（1~2元/噸熟料），故要加大鋁灰渣的使用量，水泥廠需進(jìn)行相應(yīng)投入和增加運(yùn)行費(fèi)用。②氯離子具有一定腐蝕性，水泥廠每年需投入較大的費(fèi)用進(jìn)行防腐（約150萬元）。（2）安全管理。①鋁粉遇水會產(chǎn)生反應(yīng)，釋放氨氣，受潮也容易自燃，泵送、儲存需做好防雨、受潮等措施。②因使用鋁粉后預(yù)熱器容易結(jié)皮，需加強(qiáng)巡檢和相關(guān)預(yù)防措施。（3）增加設(shè)施。因鋁灰屬于危廢，需要按照危廢管理要求增加儲存、計量設(shè)施，增加信息化管理的相關(guān)設(shè)施，需要增加相關(guān)投入。（4）生產(chǎn)管理。需按照危險廢物管理要求，建立和