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固体废弃物对水泥窑用耐火材料使用寿命的影响

作者:佚名 来源:未知 2019-07-26 15:04

?1.水泥窑可以处理的废弃物种类水泥窑用固体废弃物主要的途径是,将废弃物以二次原料或二次燃料的形式循环利用。从理论上说,含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3成分的工业废弃物,都可作为

  ?1.水泥窑可以处理的废弃物种类水泥窑用固体废弃物主要的途径是,将废弃物以二次原料或二次燃料的形式循环利用。从理论上说,含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3成分的工业废弃物,都可作为水泥原料,含有一定热量的工业废弃物,均可用作水泥熟料生产过程中的燃料。但是,并不是所有的工业废弃物都可以用作水泥工业的原料、燃料,目前可以用作原料、燃料的固体废弃物分为:?

  ①可做原料的废弃物有:粉煤灰、炉渣、煤矸石、石灰残渣、电石渣、制糖废渣、高炉炉渣、钢渣、铜矿渣、硫酸渣、锑矿尾砂、铝矾土、锡回收渣、磷石膏、氟石膏、化学石膏、硅砂、飞灰、型砂、水厂污泥、河流淤泥等。

  ②可做燃料的废弃物有:石油焦、石墨粉、焦炭屑、废轮胎、橡胶、塑料、造纸工业废料、生活垃圾、肉骨粉、油面岩、泥碳、电池、农作物秸秆等,及碎木屑、纺织废品、有机有害化工废料、医药废弃物等。

  2.固体废弃物处理对耐火材料的影响如上所述,固体废弃物的品种很多,在熟料煅烧过程中,这些废弃物在低温部位,对耐火材料影响较小,还有一些熔融在熟料里形成窑皮附在耐火砖上,这样对耐火材料影响也非常小,甚至对耐火材料有一定的保护作用。对耐火衬料直接影响的是在烧成过程中,预热器和回转窑之间内循环所富集的碱(钾、钠)、卤族(氯、氟)和硫的化合物等,这些元素化合物的熔融物随烟气和原料侵蚀耐火材料,与耐火材料发生热化学反应,生成新的低熔矿物,而新生矿物在体积上出现不同程度上的膨胀,致使耐火材料剥落或开裂。有些新生低熔矿物会使耐火材料结构变得疏松,这样耐火材料就失去了原有的特性。比如强度、热传导及弹性系数等物理性能发生一系列变化,致使耐火材料的使用寿命变低。(表1)为一些常见的碱、氯、硫元素化合物的熔融温度及挥发温度,由表中可知,这些元素化合物的熔融温度及挥发温度都在水泥烧成温度范围内,只是在不同的部位影响不同而已。

  其中生熟料中碱硫比值的大小反应出碱硫在窑料和窑尾内存在的形式和对耐火材料的侵蚀类型,一般来说,合适的碱硫比为0.8~1.2,此时对耐火材料的侵蚀较弱(见表2)。

  由(表2)可知,碱硫比不同,其主要有害元素出现也不同,即耐火材料侵蚀的机理也不同。

  ①碱含量过剩的侵蚀情况(ASR>1)。一是铝质耐火材料。当铝含量为小于30%的黏土质耐火材料与碱反应时,生成碱铝硅化合物,呈玻璃熔融体。二是碱性耐火材料。一般而言,镁铝尖晶石砖抗碱侵蚀性远高于镁铬砖,但若在高含量碱的作用下,碱与MA尖晶石也起反应,生成碱铝化合物和MgO,致使材料结构发生变化、产生剥落,影响材料的使用寿命。

  ②硫含量过剩的侵蚀情况(ASR<1)。在氧化气氛下,烟气内的SOx与C2S中的CaO反应,生成无水石膏CaSO4(体积增加27.5%)。游离的SO3与窑内C2S及镁铬砖内的MgO等成分起化学反应,生成熔融化合物,主要有C2S、C3S、MgS2、CMS,上述反应所生成的低熔融化合物,渗透耐火衬砖内,既破坏了衬砖的耐火度,又损坏了衬砖的致密结构,降低衬砖的使用寿命。同时,镁铁尖晶石砖在CaO作用下,Mg+被取代,生成Ca2Fe2O5,在此过程中,由于新相的成立,失去原有的陶瓷结构,降低了材料的强度。

  ③碱硫平衡时的侵蚀情况(ASR=1)。碱硫平衡时,所生成的化合物,一部分在高温下挥发随烟气经烟囱排至大气,另一部分被熟料吸收,其余填充在耐火砖的孔隙内,砖体结构致密,在此过程中,所有的碱硫都不和耐火砖内的成分起化学反应,只是对耐火砖造成物理性能的变化,侵蚀相对而言比较弱,对耐火材料的使用周期影响也较小。

  3.碱、氯、硫对金属锚固件的腐蚀水泥窑用固体废弃物大量用作原燃料,相应增加了碱氯硫的富集,加重了对耐火衬料内部金属锚固件的腐蚀,特别是烟气穿过膨胀缝、耐火衬料的裂缝等间隙,与金属锚固件反应,锚固件被氧化、腐蚀及一层层剥落,最后失去它的机械性能、热应力等,导致耐火材料整体脱落,缩短耐火衬料的使用寿命。固体废弃物在水泥行业大量用作原燃料时,产生的烟气有大量有害元素,这些元素化合物在中高温腐蚀金属锚固件,所以采用烟气与金属锚固件隔离是耐火工作者及设计人员解决锚固件被腐蚀的途径。由上述可知,阻止热烟气与金属锚固件接触,避免锚固件与热烟气发生热化学反应,腐蚀锚固件,成为耐火工作者所要解决的首要问题,同时,采用其他材质的锚固件也成为目前耐火工作者解决此类问题的主要手段。

  总之,水泥窑用固体废弃物大量用作原燃料是水泥工业发展的方向,而固体废弃物成分较复杂,在水泥熟料煅烧过程中,有害元素在系统中挥发,熔融并产生富集,其中对耐火材料造成直接损坏的是碱氯硫,因此弄清楚其与耐火材料及金属锚固件的化学、物理反应情况,开发新一代的耐火材料、新的锚固件及新的设计方案,以提高耐火衬料的使用周期,满足煅烧工业对固体废弃物的需求是必要的,也是水泥工业用耐火材料发展的必然趋势。

  【作者:陶贵华】

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