水泥回转窑热处理技术

3. 水泥回转窑热处理技术

飞灰富含硅、钙、铝、铁和硫等元素，可以替代水泥生产的部分原料。另外，与石灰石相比，飞灰含有较低的碳成分，因此在水泥窑中的共燃烧有助于减少二氧化碳排放。协同处理过程中，由于高温（1450 ℃ 以上）和碱性气氛的存在，可以对二噁英等有机物完全分解，对 Pb、Zn、Cu 等重金属进行化学固定。

但是在水泥窑协同处置飞灰的过程也存在很多问题，首先，飞灰中大量存在的含氯化合物会导致硅酸盐水泥窑的腐蚀和堵塞问题，以及水泥产品抗压强度降低和耐久性问题。其次，飞灰中过量的碱金属会导致水泥的多孔微观结构和强度损失。因此，水泥窑协同处置的飞灰掺入量受到自身氯化物和碱含量的限制。根据美国混凝土学会和美国测试与材料学会的数据，在限制熟料碱的情况下，飞灰的可行掺入量为  3.7%，在限制熟料氯化物和碱的情况下，飞灰的可行掺入量进一步降至 0.3% 。因此，必须对飞灰进行预处理以减少含氯化合物和碱金属对飞灰改性水泥熟料质量的影响。

飞灰的洗涤预处理可以有效地去除飞灰中的氯化合物和可溶性金属，通过再利用水泥窑排放的富含 CO₂ 的尾气，降低溶液 pH，使重金属与 CaCO₃ 共沉淀，然后将干燥后的预处理飞灰与石灰石、黏土进行研磨、均质，送入回转窑，在 1400 ℃ 下煅烧形成水泥熟料。在将洗涤后的飞灰纳入水泥生产时，仍然存在一些技术问题，具体而言，飞灰的掺入对水泥水合物的形成有不利影响，并延迟砂浆/混凝土早期强度的发展。Bogush 等制备了掺加 35% 飞灰的水泥熟料，发现洗涤后的飞灰抑制了 3CaO⋅SiO₂（C3S）和 3CaO⋅Al₂O₃（C₃A）的形成，导致砂浆抗压强度降低。

使用水泥回转窑技术共同处理飞灰生产水泥熟料可以实现飞灰中有机污染物的降解和重金属的固化，该技术具有温度高、气体长期驻留、热稳定性好、无废渣排放等特点。在使用该技术协同处理飞灰时，水泥生产对进料飞灰的氯、硫和其他挥发性金属（如 Hg、As、Sb）的含量有严格要求，通常需要进行洗涤预处理工艺去除氯和一些可溶性金属化合物。