固體廢棄物對水泥窯用耐火材料使用壽命的影響

 1.水泥窯可以處理的廢棄物種類水泥窯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(huán)利用。從理論上說，含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3成分的工業(yè)廢棄物，都可作為水泥原料，含有一定熱量的工業(yè)廢棄物，均可用作水泥熟料生產(chǎn)過程中的燃料。但是，并不是所有的工業(yè)廢棄物都可以用作水泥工業(yè)的原料、燃料，目前可以用作原料、燃料的固體廢棄物分為： 
　?、倏勺鲈系膹U棄物有：粉煤灰、爐渣、煤矸石、石灰殘?jiān)?、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(xué)石膏、硅砂、飛灰、型砂、水廠污泥、河流淤泥等。
　?、诳勺鋈剂系膹U棄物有：石油焦、石墨粉、焦炭屑、廢輪胎、橡膠、塑料、造紙工業(yè)廢料、生活垃圾、肉骨粉、油面巖、泥碳、電池、農(nóng)作物秸稈等，及碎木屑、紡織廢品、有機(jī)有害化工廢料、醫(yī)藥廢棄物等。

2.固體廢棄物處理對耐火材料的影響如上所述，固體廢棄物的品種很多，在熟料煅燒過程中，這些廢棄物在低溫部位，對耐火材料影響較小，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(hù)作用。對耐火襯料直接影響的是在燒成過程中，預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間內(nèi)循環(huán)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煙氣和原料侵蝕耐火材料，與耐火材料發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，生成新的低熔礦物，而新生礦物在體積上出現(xiàn)不同程度上的膨脹，致使耐火材料剝落或開裂。有些新生低熔礦物會(huì)使耐火材料結(jié)構(gòu)變得疏松，這樣耐火材料就失去了原有的特性。比如強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)及彈性系數(shù)等物理性能發(fā)生一系列變化，致使耐火材料的使用壽命變低。（表1）為一些常見的堿、氯、硫元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度，由表中可知，這些元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度都在水泥燒成溫度范圍內(nèi)，只是在不同的部位影響不同而已。
　　其中生熟料中堿硫比值的大小反應(yīng)出堿硫在窯料和窯尾內(nèi)存在的形式和對耐火材料的侵蝕類型，一般來說，合適的堿硫比為0.8~1.2，此時(shí)對耐火材料的侵蝕較弱（見表2）。
　　由（表2）可知，堿硫比不同，其主要有害元素出現(xiàn)也不同，即耐火材料侵蝕的機(jī)理也不同。
　　①堿含量過剩的侵蝕情況（ASR＞1）。一是鋁質(zhì)耐火材料。當(dāng)鋁含量為小于30％的黏土質(zhì)耐火材料與堿反應(yīng)時(shí)，生成堿鋁硅化合物，呈玻璃熔融體。二是堿性耐火材料。一般而言，鎂鋁尖晶石磚抗堿侵蝕性遠(yuǎn)高于鎂鉻磚，但若在高含量堿的作用下，堿與MA尖晶石也起反應(yīng)，生成堿鋁化合物和MgO，致使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、產(chǎn)生剝落，影響材料的使用壽命。
　　②硫含量過剩的侵蝕情況（ASR＜1）。在氧化氣氛下，煙氣內(nèi)的SOx與C2S中的CaO反應(yīng)，生成無水石膏CaSO4（體積增加27.5%）。游離的SO3與窯內(nèi)C2S及鎂鉻磚內(nèi)的MgO等成分起化學(xué)反應(yīng)，生成熔融化合物，主要有C2S、C3S、MgS2、CMS，上述反應(yīng)所生成的低熔融化合物，滲透耐火襯磚內(nèi)，既破壞了襯磚的耐火度，又損壞了襯磚的致密結(jié)構(gòu)，降低襯磚的使用壽命。同時(shí)，鎂鐵尖晶石磚在CaO作用下，Mg＋被取代，生成Ca2Fe2O5，在此過程中，由于新相的成立，失去原有的陶瓷結(jié)構(gòu)，降低了材料的強(qiáng)度。
　?、蹓A硫平衡時(shí)的侵蝕情況（ASR＝1）。堿硫平衡時(shí)，所生成的化合物，一部分在高溫下?lián)]發(fā)隨煙氣經(jīng)煙囪排至大氣，另一部分被熟料吸收，其余填充在耐火磚的孔隙內(nèi)，磚體結(jié)構(gòu)致密，在此過程中，所有的堿硫都不和耐火磚內(nèi)的成分起化學(xué)反應(yīng)，只是對耐火磚造成物理性能的變化，侵蝕相對而言比較弱，對耐火材料的使用周期影響也較小。

3.堿、氯、硫?qū)饘馘^固件的腐蝕水泥窯用固體廢棄物大量用作原燃料，相應(yīng)增加了堿氯硫的富集，加重了對耐火襯料內(nèi)部金屬錨固件的腐蝕，特別是煙氣穿過膨脹縫、耐火襯料的裂縫等間隙，與金屬錨固件反應(yīng)，錨固件被氧化、腐蝕及一層層剝落，最后失去它的機(jī)械性能、熱應(yīng)力等，導(dǎo)致耐火材料整體脫落，縮短耐火襯料的使用壽命。固體廢棄物在水泥行業(yè)大量用作原燃料時(shí)，產(chǎn)生的煙氣有大量有害元素，這些元素化合物在中高溫腐蝕金屬錨固件，所以采用煙氣與金屬錨固件隔離是耐火工作者及設(shè)計(jì)人員解決錨固件被腐蝕的途徑。由上述可知，阻止熱煙氣與金屬錨固件接觸，避免錨固件與熱煙氣發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，腐蝕錨固件，成為耐火工作者所要解決的首要問題，同時(shí)，采用其他材質(zhì)的錨固件也成為目前耐火工作者解決此類問題的主要手段。

　　總之，水泥窯用固體廢棄物大量用作原燃料是水泥工業(yè)發(fā)展的方向，而固體廢棄物成分較復(fù)雜，在水泥熟料煅燒過程中，有害元素在系統(tǒng)中揮發(fā)，熔融并產(chǎn)生富集，其中對耐火材料造成直接損壞的是堿氯硫，因此弄清楚其與耐火材料及金屬錨固件的化學(xué)、物理反應(yīng)情況，開發(fā)新一代的耐火材料、新的錨固件及新的設(shè)計(jì)方案，以提高耐火襯料的使用周期，滿足煅燒工業(yè)對固體廢棄物的需求是必要的，也是水泥工業(yè)用耐火材料發(fā)展的必然趨勢。