有色金属冶炼烟气脱硫渣的水泥窑处置探讨

文玉，张磊（云南省建筑材料科学研究设计院有限公司 云南 昆明 650221）

0 引言

云南省是中国有色金属王国，其铅锌锡行业在中国具有十分重要的地位，铅锌锡在冶炼过程会产生含二氧化硫及重金属的烟气。烟气在脱硫处理时，会产生含重金属的脱硫渣，这些脱硫渣对当地环境和行业管理带来了很大的压力。

1 云南省有色金属冶炼烟气脱硫渣背景

1.1 有色金属冶炼烟气脱硫渣特点

铅锌锡行业在原料焙烧脱硫、物料的粗炼和精炼脱硫过程中，产生的烟气含有SO2、烟尘、重金属等。大多数冶炼企业的冶炼烟气达不到制酸要求，一般采用传统的石灰石/石膏法脱硫处理，该方法会产生含多种重金属的脱硫渣。

铅锌锡冶炼产生的脱硫渣，主要组成为亚硫酸钙、硫酸钙、碳酸钙、氢氧化钙，少量为氯化钙、氟化钙、烟尘，以及As、Cd 等有毒有害重金属元素；具有浸出毒性、易造成二次污染、难处理的特点，属于危险废物。贮存或利用处置不当会破坏生态环境、危害人体健康、制约可持续发展。因此，寻找一种安全环保、无害化和资源化的处置模式对于保护环境具有积极的意义。

1.2 有色金属冶炼烟气脱硫渣处置现状

参考《云南省危险废物利用处置规划（2016年—2020 年）》，有色金属冶炼烟气脱硫渣属于HW48 类，“目前有色金属冶炼废物产生257 万t，自行利用处置156.4 万t，委托利用处置29.2 万t，累计储存329.3 万t，主要分布在红河州、怒江州、曲靖市、大理州、昆明市。”

通过对云南省铅锌锡企业的调查，大部分企业是将脱硫渣按照危险性固体废物的标准进行储存，小部分企业将脱硫渣拌矿回用，剩余企业委托有资质的其它企业处置。

2 水泥窑处置技术研究

2.1 水泥窑处置危废的发展

对危险废物实现无害化和资源化处置，目前国际上流行的方法是焚烧处置。焚烧处置分为两种：一种是新建专门的焚烧系统，这种方法存在投资高、选址要求高、运行成本高以及二次污染等问题；另一种是对现有工业炉窑进行适当技改，使其适用于危险废物的焚烧处理。

近年来，中国水泥行业蓬勃发展，已具备广泛处置危险废物的物质和技术条件。将危废处置与水泥工业的可持续发展结合起来，是低成本、大规模处置危险废物的重要措施。国家先后颁布的《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）、《水泥窑协同处置工业废物设计规范》（GB50634-2010）、《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB30485-2013）、《水泥窑协同处置固体废物技术规范》（GB30760-2014）等标准和规范构成了我国水泥窑协同处置危险废物的完整标准体系。

2.2 水泥窑处置有色金属冶炼烟气脱硫渣的技术特点

水泥窑处置危废的技术已发展成熟，处置系统涉及的水泥生产设备设施主要有：熟料冷却机、烧成回转窑、窑尾烟室、分解炉、多级预热器、废气处理系统等，统称“新型干法水泥熟料烧成系统”，该系统的核心烧成设备为“烧成回转窑”。

水泥窑处置有色金属冶炼烟气脱硫渣具有以下特点：

（1） 烧成温度高。回转窑内最高温度可达1 800℃，主要有害成分焚毁率可达99.9%以上。

（2） 热工空间大。水泥回转窑是一个体积较大慢速旋转的筒体，而且瞬时大量且稳定的生料流、气流使得热工制度相当稳定。

（3） 物料停留时间长。物料在窑内高温下停留时间长，反应充分。而且，窑内热生料经过固相、液相、固相转化，并在窑内形成稳定的湍流，自身热容量巨大且稳定，可以使脱硫渣的固态物质随着生料一同煅烧，少量重金属可以被熔融固化在熟料的四面体晶格中。

（4） 相对处理规模大。我国水泥行业产能基数大。

（5） 新型水泥回转窑内呈碱性气氛，可以有效阻止S、Cl 等酸性气体的生成。

（6） 水泥窑系统呈负压状态，烟气和粉尘不会外溢，可以有效防止运行过程中的二次污染。

（7） 不产生需要后续处理的灰渣。水泥窑系统处置过程，废物中的固态物转化成的惰性灰渣已混入水泥熟料产品中，无需另加处理；废物中的气态物在尾气处理过程中被碱性生料捕捉后以粉状回入窑系统内，其余则达标排放。

综上所述，有色金属冶炼烟气脱硫渣也适用于水泥窑处置。该技术利用了新型干法水泥生产技术及设备，在正常连续稳定地生产合格水泥熟料、大气污染物达标排放的基础上，对脱硫渣进行协同处置。

3 水泥窑处置有色金属冶炼烟气脱硫渣的影响研究

3.1 对烧成系统的影响

水泥窑处置脱硫渣系统本身不会对水泥窑系统造成直接影响，其影响主要是对以下工艺参数造成变化，如：预热器温度、回转窑内温度、预热器通风量等。这些工艺参数的变化虽然会对水泥设备造成影响，如：高温风机排风量增大，系统温度变化、窑传动电流变化等，但在水泥窑设计时，考虑了工艺参数的变化，这些变化均在可控制的范围内，因此不会对水泥窑运行造成负面影响。

3.2 含重金属脱硫渣对熟料质量的影响

脱硫渣中的主要无机化学成分主要是Ca（OH）2、CaCO3、CaSO4和CaSiO3，这些成分与生产水泥所用原料的成分相同，因此脱硫渣可以用作水泥窑的资源化处理。但其As、Cd 等有毒有害重金属元素会对熟料质量造成影响，需通过检测控制脱硫渣的掺量，以生产合格的水泥熟料为前提。

3.3 含重金属脱硫渣中有害元素对系统烟气排放的影响

在生产过程中，水泥窑独特的碱性环境可以吸附S 和Cl 等元素，生成了硫酸盐和氯化物，并固化进入了熟料，基本不会造成SO2，H Cl 等酸性废气超标。但在脱硫渣处置过程中，需根据进厂前的检测结果优化配比，将脱硫渣中S 和Cl 等元素控制在标准范围内，以窑系统烟气达标排放为前提。

4 结语

（1） 水泥窑处置有色金属冶炼烟气脱硫渣的整个工艺是建立在水泥窑正常生产的基础上进行的，其处置设备的主体是水泥窑，从整体投资上讲其一次性投资少。

（2） 从水泥企业的工艺特点来看，熟料在烧制过程中对重金属元素具有较好的固化作用，水泥窑独特的碱性环境可以有效阻止S、Cl 等酸性气体的生成。水泥窑适合用于处置有色金属冶炼烟气脱硫渣。

（3） 利用水泥窑处置有色金属冶炼烟气脱硫渣，是冶金行业烟气脱硫渣无害化和资源化的一种有效途径；但需注重检测检验，科学控制脱硫渣的掺量，不影响水泥窑的正常运转及其产品质量。