水泥窑协同处置危险废物中氯的析出及转化机理研究

While co-processing of hazardous waste in cement kiln，as hazardous materials always contain chlorine, and excessive existence of chlorine will affect not only operation of cement kiln but also quality of cement products, so chlorine evolution and transformation mechanism research on co-processing of hazardous waste in cement kiln is necessary. This project intends to select calorific value distillation residue as can burn material and without calorific value burning residue as burned material in the following research, using thermogravimetric infrared analysis system, high temperature tube furnace, vacuum arc furnace for combustion and melting experiments when co-processing of hazardous waste. First, respectively for hazardous waste, mixture of hazardous waste and cement raw meal, comparative study on both evolution rate of chlorine, chlorine into gas phase and solid phase features; Second, study on chloride evolution and influence law of transformation characteristics, considering different temperature, different proportion of hazardous waste, different dry inhibitor and its content. Third, research on chloride evolution and the synergy influence of transformation, considering different reaction environment, different kinds of heavy metal and its content. Finally, study on curing rate of chlorine and chlorine existence form in the clinker as well as in the crust material, and explore the associated impact on crust materials formation, including hazardous waste composition, kiln thermal condition. Thus, the project can provide theoretical support on co-processing of hazardous waste in cement kiln.

水泥窑协同处置危险废物时，由于危险废物常不同程度的含有氯元素，且窑内氯的超量存在会影响水泥窑协同处置工艺和水泥成品质量，因此有必要对水泥窑协同处置危险废物中氯的析出及转化机理开展研究。本项目拟选取有热值可燃烧的精馏残渣和无热值的焚烧残渣为典型危险废物，分别采用热重红外联用装置、高温管式炉、真空电弧炉对协同处置进行燃烧和熔融实验研究。首先，分别针对危险废物以及危险废物和水泥生料的混合物，比较研究二者氯的析出速率，氯转化到气相和固相的迁移特性；其次，研究不同温度、不同危险废物比例、不同干抑制剂及其含量等对氯析出和转化特性的影响规律。再次，研究不同协同处置气氛环境、不同重金属种类及其含量等对氯析出和转化的协同作用规律。最后，研究熟料和结皮物料对氯的固化率，以及氯在熟料和结皮物料中的存在形态；并探索危险废物成分、窑的热工状态等对窑结皮物料形成的关联影响，为水泥窑协同处置危险废物提供理论支持。

水泥窑协同处置危险废物技术具有焚烧温度高、停留时间长、处理效果好、改造成本低等优势，应用前景广泛。但是水泥窑协同处置危险废物时，危险废物中氯的超量存在会影响水泥窑协同处置工艺和水泥成品质量。. 本项目围绕水泥窑协同处置典型高氯危险废物中氯的析出和转化机理开展研究，研究内容主要包括：危险废物协同处置时与单独危险废物焚烧处置时，氯的析出和转化特性的对比研究；协同处置条件对氯析出和转化特性的影响规律研究；协同处置过程中碱金属对氯析出和转化的协同作用研究；以及典型危险废物协同处置中氯转化到熟料和结皮物料的规律以及对窑结皮的关联影响机制研究。. 通过热重红外实验研究获得氯的掺入降低了水泥生料的分解温度，当氯含量达到3%时，可使水泥生料分解DTG峰值对应温度降低80℃。在热解情况下，氯含量的增大和升温速率的加快对HCl的析出均有促进作用；而在燃烧情况下，氯含量对HCl的析出时间和峰值强度几乎没有影响。通过高温管式炉等实验可知氯在烟气和飞灰中的比例随停留时间的增加而增大，直到30 min左右，氯的析出基本结束；当温度为700℃时，氯主要存在于水泥熟料中，当温度升高到1300℃时，氯在飞灰和烟气中的比例逐渐增大到3.39%和52.35%，而氯在熟料中的比例则降低。当氯含量由0.50%增大到5.00%时，氯在烟气中的比例由38.60%增大到48.39%，而熟料中的比例由60.35%降低到49.71%，与此同时，熟料中氯的量也由0.039%增加到4.07%；不同氯含量的混合样品产生的二噁英均以OCDD、1,2,3,4,6,7,8-HpCDF和OCDF为主。通过化学热力学、扫描电镜和晶相衍射分析分析，在结皮生成中除了关心常见的碱金属钾和钠以外，镁也应该被重视；随着氯含量的增加，熟料中C2S和C3S降低，而CaO和C3A增加，也即原料中氯离子的增加不仅会造成水泥的腐蚀性，同时会降低水泥的强度。