水泥窑协同处置污染土对熟料性能的影响

水泥窑协同处置污染土对熟料性能的影响

夏枫1，刘晨浩1，李飞1，段亚军2，毛凯明1

1.中国葛洲坝集团水泥有限公司，湖北武汉，430073；2.葛洲坝嘉鱼水泥有限公司，湖北咸宁，437000

 摘要：随着我国城市建设进程的加快，三大攻坚战的持续推进，当前企业异地搬迁，产生了大量的污染土。水泥窑协同处置污染土在各地开展了实践，为无害化处置污染土提供了经验。本文通过研究污染土生替代部分校正原材料生产水泥熟料，不同掺量对熟料物理化学性能影响，确定污染土配料方案。

关键词：污染土；熟料

0 引言

自2016年，国务院印发《土壤污染防治行动计划》以来，全国范围内涌现出大量的污染场地修复项目。其中，重金属污染土壤由于其处置过程简单，无需大规模设施投资，而备受水泥窑线企业的青睐。湖北省内，自2018年4月习总书记视察长江后，已涌现出了大量的水泥窑协同处置污染土壤项目，各大水泥厂处置规模逐年加大，发展势头迅猛。

因此，研究水泥窑协同处置污染土壤对水泥熟料性能影响，合理调整投料方案，减小污染土中有害成分对熟料品质和环境的影响，对于水泥窑协同处置行业发展和建材行业转型升级具有重要意义。

1污染土处置的基本情况[1]

根据公司窑线熟料4800t/h生产能力，我公司设计年处置15万吨/年废弃土处置线。污染土从厂外进来后卸入污染土储库，然后经抓斗喂入破碎机，破碎后的成品进入成品储库，再经抓斗喂入中间仓，进皮带秤参与生料配料，见图1：

图1：污染土处置工艺流程图

我公司使用的污染土主要是由土壤修复工程中污染土壤，含大量砖头、啤酒瓶类杂物长期沉降形成的，经专家论证评审确认不属于危险固体废弃物。其分批次化学成分见表一。我公司日常使用的砂岩、页岩化学成分见表二。

表一：不同批次污染土化学成分

表二：砂岩、页岩化学成分

从表一可发现污染土中主要含有SiO2和Al2O3，其中SiO2含量在60%左右，Al2O3约为12%，污染土中硅含量少于公司日常所使用的砂岩，略低于页岩；铝含量略高于砂岩，低于页岩，可作部分替代铝质和硅质原材料使用。

2 不同掺量污染土对熟料强度的影响

为研究污染土对熟料性能的影响，我公司以0、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%的污染土掺量进行生料生产梯度实验以及熟料煅烧梯度实验。生料配料三率值控制范围为：KH:0.98~1.01，SM:2.5~2.6，IM:1.4~1.5。其结果见表三和表四。

表三 不同掺量污染土对熟料化学成分的影响

从表三可以看出，熟料三率值在可控范围内，KH:0.905~0.920，SM:2.5~2.6，IM:1.5~1.6，熟料的三率值波动率较小。

SO3含量随着污染土掺量的增加，呈先上升后下降最后升高的趋势，表现为N字形的变化

形态。随着污染土掺量的增加，在2%时达到高点，当掺量在3%时与不掺时相当，随后随着掺量增加，4%时达到最高值。由于污染土中SO3含量高于砂岩和页岩，以污染土部分替代两种原材料，造成熟料中SO3含量升高。

碱含量随着污染土掺量的不断增加，呈递增趋势。从污染土的化学组成可以看出，污染土中碱含量成分显然高于砂岩和页岩。因此随着污染土掺量增加，碱含量随之升高。MgO含量随着掺量的递增而减少，在2.5%时，达到最低值，随后增加，但依低于不掺污染土时的含量。虽然污染土中MgO含量高于砂岩和页岩，但可能受制于石灰石MgO含量变化影响，并未随着污染土掺量的增加而增加。

表四 不同掺量污染土对熟料物理性能的影响

从表四可以看出，污染土掺量对熟料的细度和比表面积基本无影响，熟料安定性符合国标要求。熟料的稠度有所增加，但增幅不大。初凝和终凝时间是先增加后降低，再增加的趋势，表现为N字形的变化形态。随着污染土掺量的增加，在2%时达到高点，当掺量在3%时与不掺时相当，随后随着掺量增加，4%时达到最高值。与SO3含量变化趋势一致。这是由于SO3含量决定了熟料的凝结时间。

熟料强度随着污染土掺量的增加，先保持不变，后升高再降低。掺量在0~2%时，熟料强度基本无变化，当掺量为2.5%时，熟料强度达到最高值为63.0MPa，随着掺量增加强度逐渐下降，在掺量为4%时，强度达到最低值为58.2MPa。

3 结论

（1）以0~4%污染土替代砂岩和页岩，将生料三率值控制为：KH:0.98~1.01，SM:2.5~2.6，IM:1.4~1.5，熟料三率值基本无变化；

（2）熟料中SO3含量随着污染土掺量的增加，呈先上升后下降最后升高的趋势，表现为N字形的变化形态，与凝结时间变化规律一致。

（3）熟料中碱含量随着污染土掺量的不断增加，呈递增趋势，未超过1%。

（4）熟料强度随着污染土掺量的增加，先保持不变，后升高再降低。在污染土掺量为2.5%时，熟料强度最高，稠度最高，凝结时间适中。

参考文献：

[1]程稳，王尉，刘晨浩，等.水泥窑协同处置废弃土对生料制备的影响[J].中国水泥，2021,(08)：84-85

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