固體廢棄物對(duì)水泥窯用耐火材料使用壽命的影響
①可做原料的廢棄物有:粉煤灰、爐渣、煤矸石、石灰殘?jiān)㈦娛?、制糖廢渣、高爐爐渣、鋼渣、銅礦渣、硫酸渣、銻礦尾砂、鋁礬土、錫回收渣、磷石膏、氟石膏、化學(xué)石膏、硅砂、飛灰、型砂、水廠污泥、河流淤泥等。
?、诳勺鋈剂系膹U棄物有:石油焦、石墨粉、焦炭屑、廢輪胎、橡膠、塑料、造紙工業(yè)廢料、生活垃圾、肉骨粉、油面巖、泥碳、電池、農(nóng)作物秸稈等,及碎木屑、紡織廢品、有機(jī)有害化工廢料、醫(yī)藥廢棄物等。
2.固體廢棄物處理對(duì)耐火材料的影響如上所述,固體廢棄物的品種很多,在熟料煅燒過(guò)程中,這些廢棄物在低溫部位,對(duì)耐火材料影響較小,還有一些熔融在熟料里形成窯皮附在耐火磚上,這樣對(duì)耐火材料影響也非常小,甚至對(duì)耐火材料有一定的保護(hù)作用。對(duì)耐火襯料直接影響的是在燒成過(guò)程中,預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間內(nèi)循環(huán)所富集的堿(鉀、鈉)、鹵族(氯、氟)和硫的化合物等,這些元素化合物的熔融物隨煙氣和原料侵蝕耐火材料,與耐火材料發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng),生成新的低熔礦物,而新生礦物在體積上出現(xiàn)不同程度上的膨脹,致使耐火材料剝落或開裂。有些新生低熔礦物會(huì)使耐火材料結(jié)構(gòu)變得疏松,這樣耐火材料就失去了原有的特性。比如強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)及彈性系數(shù)等物理性能發(fā)生一系列變化,致使耐火材料的使用壽命變低。(表1)為一些常見的堿、氯、硫元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度,由表中可知,這些元素化合物的熔融溫度及揮發(fā)溫度都在水泥燒成溫度范圍內(nèi),只是在不同的部位影響不同而已。
其中生熟料中堿硫比值的大小反應(yīng)出堿硫在窯料和窯尾內(nèi)存在的形式和對(duì)耐火材料的侵蝕類型,一般來(lái)說(shuō),合適的堿硫比為0.8~1.2,此時(shí)對(duì)耐火材料的侵蝕較弱(見表2)。
由(表2)可知,堿硫比不同,其主要有害元素出現(xiàn)也不同,即耐火材料侵蝕的機(jī)理也不同。
?、賶A含量過(guò)剩的侵蝕情況(ASR>1)。一是鋁質(zhì)耐火材料。當(dāng)鋁含量為小于30%的黏土質(zhì)耐火材料與堿反應(yīng)時(shí),生成堿鋁硅化合物,呈玻璃熔融體。二是堿性耐火材料。一般而言,鎂鋁尖晶石磚抗堿侵蝕性遠(yuǎn)高于鎂鉻磚,但若在高含量堿的作用下,堿與MA尖晶石也起反應(yīng),生成堿鋁化合物和MgO,致使材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、產(chǎn)生剝落,影響材料的使用壽命。
?、诹蚝窟^(guò)剩的侵蝕情況(ASR<1)。在氧化氣氛下,煙氣內(nèi)的SOx與C2S中的CaO反應(yīng),生成無(wú)水石膏CaSO4(體積增加27.5%)。游離的SO3與窯內(nèi)C2S及鎂鉻磚內(nèi)的MgO等成分起化學(xué)反應(yīng),生成熔融化合物,主要有C2S、C3S、MgS2、CMS,上述反應(yīng)所生成的低熔融化合物,滲透耐火襯磚內(nèi),既破壞了襯磚的耐火度,又損壞了襯磚的致密結(jié)構(gòu),降低襯磚的使用壽命。同時(shí),鎂鐵尖晶石磚在CaO作用下,Mg+被取代,生成Ca2Fe2O5,在此過(guò)程中,由于新相的成立,失去原有的陶瓷結(jié)構(gòu),降低了材料的強(qiáng)度。
?、蹓A硫平衡時(shí)的侵蝕情況(ASR=1)。堿硫平衡時(shí),所生成的化合物,一部分在高溫下?lián)]發(fā)隨煙氣經(jīng)煙囪排至大氣,另一部分被熟料吸收,其余填充在耐火磚的孔隙內(nèi),磚體結(jié)構(gòu)致密,在此過(guò)程中,所有的堿硫都不和耐火磚內(nèi)的成分起化學(xué)反應(yīng),只是對(duì)耐火磚造成物理性能的變化,侵蝕相對(duì)而言比較弱,對(duì)耐火材料的使用周期影響也較小。
3.堿、氯、硫?qū)饘馘^固件的腐蝕水泥窯用固體廢棄物大量用作原燃料,相應(yīng)增加了堿氯硫的富集,加重了對(duì)耐火襯料內(nèi)部金屬錨固件的腐蝕,特別是煙氣穿過(guò)膨脹縫、耐火襯料的裂縫等間隙,與金屬錨固件反應(yīng),錨固件被氧化、腐蝕及一層層剝落,最后失去它的機(jī)械性能、熱應(yīng)力等,導(dǎo)致耐火材料整體脫落,縮短耐火襯料的使用壽命。固體廢棄物在水泥行業(yè)大量用作原燃料時(shí),產(chǎn)生的煙氣有大量有害元素,這些元素化合物在中高溫腐蝕金屬錨固件,所以采用煙氣與金屬錨固件隔離是耐火工作者及設(shè)計(jì)人員解決錨固件被腐蝕的途徑。由上述可知,阻止熱煙氣與金屬錨固件接觸,避免錨固件與熱煙氣發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng),腐蝕錨固件,成為耐火工作者所要解決的首要問(wèn)題,同時(shí),采用其他材質(zhì)的錨固件也成為目前耐火工作者解決此類問(wèn)題的主要手段。
總之,水泥窯用固體廢棄物大量用作原燃料是水泥工業(yè)發(fā)展的方向,而固體廢棄物成分較復(fù)雜,在水泥熟料煅燒過(guò)程中,有害元素在系統(tǒng)中揮發(fā),熔融并產(chǎn)生富集,其中對(duì)耐火材料造成直接損壞的是堿氯硫,因此弄清楚其與耐火材料及金屬錨固件的化學(xué)、物理反應(yīng)情況,開發(fā)新一代的耐火材料、新的錨固件及新的設(shè)計(jì)方案,以提高耐火襯料的使用周期,滿足煅燒工業(yè)對(duì)固體廢棄物的需求是必要的,也是水泥工業(yè)用耐火材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。
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