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1、利用水泥窑处置固体废弃物技术研究及前景展望“十一五”期间中国水泥工业已经从小、弱、分散、落后的业态形势，发展成为今天具有20亿吨以上产能规模，新干法比重达到80%的产业格局。“十一五”的五年，水泥工业通过积极探索新型工业化道路，规模不断扩大，技术水平不断提升，新型干法技术大规模推广应用，整个行业在结构调整、节能减排、科技创新、兼并重组、资源综合利用和发展循环经济等方面成绩斐然，初步具备了向水泥强国转变的基础。我国水泥工业利用各种工业废渣作为混合材或原料已有数十年的历史，并且已达到了较高的利用水平。目前年工业废渣利用量已超过4亿吨，平均吨水泥利用量约200kg。主要有粉煤灰、煤矸石、硫酸渣、电厂
2、脱硫石膏等工业废渣或尾矿。但是石灰石矿产资源开采和管理滞后，资源综合利用水平不高现象比较突出。“十二五”提高资源利用率要从源头抓起，加强矿产资源地质勘查，加强矿产资源的保护和合理开发，彻底扭转当前许多水泥矿山资源开采方式陈旧，管理水平落后、掠夺性开采严重的局面，并增加对脱硫石膏、电石渣、建筑垃圾等综合利用，做到水泥生产与环境共容，以工业文明带动生态文明。随着世界工业化和信息化进程的不断加快,工业废弃物的排放量不断增加, 据有关资料统计, 我国每年产生工业固体废弃物7.84亿t, 其中危险废弃物1 015万t, 这些危险废弃物大都含有对人类自身和赖以生存的自然环境有严重影响的重金属元素, 如何科
3、学合理地处置这些废弃物, 实现无害化和资源化, 是全社会关注的热点。水泥工业作为我国基础性原材料工业的支柱之一, 在国民经济可持续发展中具有举足轻重的地位。水泥产量的高速增长, 有力地支撑了我国经济的快速发展, 但同时受到资源、能源与环境因素的制约。利用固体废物水泥窑共处置技术, 既减小了固体废物引起的环境负荷, 又实现了固体废物的资源化, 为水泥生产提供了能源与资源。随着生产工艺与技术的不断改进与环境保护法规的不断完善, 该项技术在发达国家的固体废物处理中得到了广泛的应用。固体废物水泥窑共处置技术在中国正处于起步阶段, 虽已得到重视, 但在技术和相关法规等方面还存在着严重的不足。摘要: 固体
4、废物水泥窑共处置技术减小了固体废物引起的环境负荷, 使废物资源化的同时, 为水泥工业提供了能源和资源, 在国内外得到了一致认可与广泛应用。在分析水泥窑共处置技术的特点与优点的基础上, 提出了水泥窑共处置技术必须遵循的要求与原则, 以保证水泥产品的质量, 减小环境负荷。发达国家的水泥窑共处置技术已经得到了长足发展, 并且在废物的利用处置中占据着重要位置; 与发达国家相比, 中国的水泥窑共处置技术尚处于起步阶段, 今后将在以下几个方面得到发展: 建立相关的法律法规、开发利用新技术、扩大利废范围。关键词: 水泥窑；固体废弃物；处置本项目对北京市城市生活垃圾筛上物采取分类处置：将其中的可燃物部分（塑料
5、、纸张、织物、木材、橡胶等）经破碎后作为水泥生产的替代燃料，不可燃物部分（渣土、砖石等）、厨余部分，作为水泥生产的原料、厨余部分与窑灰或生料粉混合后直接喂入烧成系统的窑尾。垃圾的组分具有“两多两少”的特点：灰渣、砖瓦等无机物成分和以厨余为主的易腐有机物的含量较高，垃圾的含水量高，高热值的可燃物和可直接回收的金属、纸等含量较低，垃圾的热值较低，多在9001450kcal/kg之间。由于水泥回转窑内的高温工况和碱性环境，现代回转窑生产过程为其使用代用原料和燃料提供了可能性，从而也为现代社会综合利用自然资源和保护环境提供了一条有效途径。水泥生产过程是一个高能耗过程，燃料成本占整个工厂生产成本的40，
6、当前水泥工业发展急需解决的技术问题是节能、降耗、环保，改善水泥质量和提高劳动生产率，走可持续发展的道路。而利用水泥烧成系统处理城市生活垃圾正好可以帮助水泥厂解决节能和降耗等问题，减少了对传统的不可再生燃料和自然资源的开采，减少了对环境和资源的破坏，减少了垃圾对自然环境的污染，避免了填埋和焚烧等处理方式对环境的二次污染。另一方面，这种垃圾处理方式不仅可以降低水泥生产的能耗，降低了生产成本，提高了水泥厂的经济效益，而且还大大降低垃圾处置的成本，不需要增加类似垃圾焚烧发电处理工艺中的尾气净化处理装置和废渣处理装置，处理过程不依赖于垃圾热值的高低。因此利用水泥烧成系统处理城市生活垃圾筛上物是一种“双赢
7、”的处理方式，有利于实现资源的再利用和经济的可持续发展。国内现状建设环境友好型、资源节约型企业已成为我国水泥工业发展的重要课题,实现这一目标的主要途径就是要坚持走循环经济的发展道路，把节能、减排、利废作为主要方向，通过多种渠道、多种方式发掘资源，变废为宝，即资源的再创造、资源的再利用,把通常被认为是落后的工艺技术进行科学的提高和改善;把认为是废物的东西为人类社会的发展物尽其用，增益社会、增益人民。自上世纪90年代以来，为促进资源综合利用，国家颁布了一系列鼓励政策。水泥行业在节能、减排、利用工业废弃物方面取得了长足进步，每年利用粉煤灰、矿渣等各类工业废弃物已超过6亿多吨，节省土地1520万亩，吨
8、水泥的利用率已超过400公斤,成为我国利用工业废弃物的主导产业。近年来,我国水泥行业认真贯彻落实中央提出的要把循环经济的发展理念贯穿到经济工作中的要求，通过引进与消化吸收相结合、自主开发与科技攻关相结合的方式，在节能、减排、利废，在消纳工业废弃物与生活垃圾等方面取得了长足的进步。我国水泥企业在发展循环经济方面已取得可喜的成绩，在多项领域做出积极的贡献。水泥工业消纳利废的途径有3种方式，即将各种合适的废弃物或经适当加工预处理的废弃物分别用作水泥的替代原料，或用作水泥窑的替代燃料，或用作掺于水泥中的混合材。相对而言，这3种利废方式中用作混合材是最简便易行的，来源也多；用作替代原料的往往具有一定的技
9、术难度，来源较有限；用作替代燃料的难度最大，但各种可燃废物的来源却在日益扩大，数量也呈上升之势。水泥工业利废前景展望如前所述，水泥工业利废只有3个途径，即把各种废料分别用作替代原料或替代燃料，或两者兼而有之，还有就是用作混合材。显然生产每吨水泥所需要的各种天然原料和天然燃料的数量在理论上是有其限量的，即使我们100%地利用废料替代天然原料和天然燃料，水泥的单位利废量也是有限度的。假设水泥的平均组成为熟料：石膏：混合材=76：4：20，则每吨水泥所需的理论物料量为原料(生料+石膏)约1.2t、混合材0.2t，再加上烧制0.76t熟料所需的标煤约0.082t，合计约1.482t。这就是说，吨水泥利
10、废总量的最大理论值为1.482t。随着科技不断创新、混合材最新品种的开拓及其潜质的深加工研发，在保证水泥总体性能不变，甚至有所提升的前提下，利用混合材替代熟料的比例应该是逐渐提高的，即水泥中混合材的最佳掺入量将呈上升趋势。现有工程实践证明，将矿渣粉磨到比表面积勃氏450m2/kg，就可以替代50%的熟料，制成熟料：矿渣=1：1的矿渣水泥，其性能与纯波特兰水泥相同。这里必须指出的是，这种采用混合材深加工，增加水泥中替代熟料比例的技术发展趋势，与我国水泥工业长期以来那种在水泥中超标多掺滥掺混合材的做法完全是两回事，两种意图截然不同，切勿混淆。从长远来看，混合水泥将取代纯波特兰水泥是一个发展方向。如
11、果有朝一日，水泥中所剩熟料的比例仅为1/5或1/10，那么届时水泥这种胶凝材料或将退出历史舞台而被新型的胶凝材料所取代。对此我们完全没有必要抱住水泥不放，相反地应该对科学的新生事物、新材料采取欢迎的态度。现在国际水泥界多数学者和专家认为，在可预见的将来(约50年以内)，水泥混凝土仍将是一种主要的价廉物美的大宗建筑材料；全球水泥消费量中混合材替代熟料的比例可能达到60%，(现在除中国大陆以外全球的比例约为10%)。如果按60%计算，届时吨水泥混合材利废量将为600kg。按前述计算相应调整后，当水泥中混合材掺入量为60%时，吨水泥利废的替代原料量最大为0.6t(含生料和石膏)，替代燃料量最大为0.
12、1t，再加上替代熟料的混合材利废量0.6t，三者共计1.3t。即使现在水泥工业利废领先的德国也仅为0.41t，可见还有不少改进的发展空间。毫无疑问，今后天然燃料、天然铁质原料、天然黏土质原料和天然石膏的利废替代率均能达到100%，并且混合材替代熟料率达到60%也是可能的。但是试图利用钙质废渣替代天然石灰石原料，则因钙质废渣的来源有限，因此对水泥工业总体来说，钙质原料利废替代率将不可能达到其他的原燃料那么高。现阶段我国水泥工业利废用作钙质原料替代石灰石的主要来源是电石渣，它是电石(CaC2)水解生成乙炔(C2H2)后的残渣(Ca(OH)2)。乙炔是PVC和氯碱等石化行业不可或缺的主要原料。我国至
13、今仍沿用的电石法制乙炔的工艺，消耗大量石灰石和焦炭作为原料，而且用电弧炉生产电石的电能消耗与成本都很高，现在发达国家都已采用石油直接裂解获得乙炔的先进方法，而摒弃了电石法，这就是为什么发达国家少有电石渣的原因。相信我国今后也将逐渐由电石法转向石油裂解法生产乙炔。电石渣的比例将呈下降趋势，我们水泥工业也应适当地预见到这一情况。最后我们认为，水泥工业不仅是全社会发展循环经济的重要产业之一，而且在安全、经济、高效地利用各种工业废弃物、城市生活垃圾、处置有毒有害的危险废弃物等方面取得了显著的成绩和进展，今后在发展循环经济的利废领域中还将有更广阔的发展空间，可以担负起更多的社会责任，为循环经济发展打造出一条绿色通道。
