摘要:
固体废弃物的品种很多，所含的元素成分及其化合物也较多，这些元素化合物的熔融物随窑气和窑料侵蚀耐火材料，与耐火材料发生热化学反应，使得耐火材料使用条件更加苛刻，因而应对固体废弃物在水泥工业中循环利用带来的新问题，是摆在水泥工业用耐火材料迫在眉睫的难题。本文对目前水泥窑固废处理现状、固废处理对耐火材料的影响以及耐火材料的对策作重点论述。
1 水泥窑固体废弃物处理现状
1.1 水泥窑可以处理的废弃物种类
水泥工业利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Ca0、Si02、Al2O3、Fe2O3的水泥原料成分的工业废弃物可作为水泥原料，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。目前可以用作原燃料的固体废弃物主要有：
(1)固体废弃物作原料：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)固体废弃物作燃料：石油焦、石墨粉、焦碳屑、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、农作物的杆等，以及碎木屑、纺织废品、有机有害化工废料、医药废弃物等。
1.2 固体废弃物处理对耐火材料的影响
固体废弃物的品种很多，所含的元素成分及其化合物也较多，在熟料煅烧过程中，这些废弃物在低温部位，对耐火材料几乎没有影响或影响较少，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的内循环的过程中所富集的碱(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窑气和窑料侵蚀耐火材料，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，致使耐火材料的剥落及开裂。有些新生低熔矿物可使耐火材料结构变得疏松，这样耐火材料就失去它原有的特性，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。其中，对耐火材料使用周期影响最大的是碱(钾、钠)、卤族(氯、氟)和硫的化合物等。下面主要介绍这些元素化合物对耐火材料的影响。
表1为一些常见、可知的，如碱、氯、硫元素化合物的熔融温度及挥发温度，由表1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。
表1 碱、氯、硫元素化合物的熔融温度及挥发温度
|
化合物 |
K20 |
Na20 |
Na2S04 |
K2S04 |
CaS02 |
KCl |
NaCl |
CaCl2 |
Na 2C04 |
K 2C04 |
|
熔融温度(℃) |
350 |
|
852 |
1074 |
1397 |
772 |
80l |
776 |
897 |
891 |
|
挥发温度(℃) |
|
1275 |
|
1589 |
|
1500 |
1403 |
|
|
|
1.2.1 碱、硫等元素化合物与耐火材料的反应
1.2.1.1 高铝质耐火材料与碱、硫的反应：
A3S2+16Si02+3K20——3KAS6 (正长石)
A3S2+10Si02+3K20——3KAS4(白榴石)
2A3S2+8Si02+6K20——6KAS2(钾霞石)
A1203+K20+Na20——(K、Na)0·Al203 (β刚玉)
2CaS04+K2S04——2CaS04·K2S04
2CAS04·K2S04+H20——2CaS04·K2S04·H20(钾石膏)
1.2.1.2镁质耐火材料与碱、硫的反应
(1)氧化气氛
2C2S+MgO+S03——CaS04+C3MS2
C3MS2+MgO+S03——CaS04+CMS
CMS+MgO+S03——CaS04+M2S
2CaS04+K2S04——2CaS04·K2S04
3Mg0·Al203+4CaO+S03——4Ca0· 3A1203·S03+3MgO
(2)还原气氛
4MgO+2K20+4Fe0·Al203十8S03——4KFeS2+4Mg0·Al203+1102
MgFe204+K20+4S03——2KFeS2+Mg0+802
2KFeS2+802——K2S04+Fe2(S04)3
