摘要：文章通過(guò)建立水泥窯協(xié)同處置重金屬分析方案，從重金屬來(lái)源、配料方案調整、不同窯況對重金屬固化效率影響等方面系統地分析了熟料重金屬含量超標的根本原因，并制定了相應控制措施。

案列：我公司現有三條新型干法熟料生產(chǎn)線(xiàn)，其中一條5?000 t/d生產(chǎn)線(xiàn)配套建設了日處理垃圾300 t/d、污泥200 t/d的固體廢物處置項目，隨著(zhù)協(xié)同處置項目的正式運行，按照GB 30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規范》要求，將熟料重金屬納入例行監測范圍，通過(guò)一段時(shí)間檢測發(fā)現，熟料中個(gè)別重金屬含量處于超標狀態(tài)，尤其是鎘、砷（國標要求鎘≤1.5 mg/kg，砷≤40 mg/kg），有時(shí)鎘能達到1.6 mg/kg以上，砷能達到42 mg/kg以上，存在較大質(zhì)量風(fēng)險，重金屬超標成為亟需解決的問(wèn)題。

1.1　熟料中重金屬來(lái)源探討

（1）水泥窯協(xié)同處置廢物，如生活垃圾、污泥等。

（2）熟料生產(chǎn)用原料，如石灰石、粉煤灰、煤矸石、砂巖、河沙、銅渣等。

（3）熟料生產(chǎn)用破碎、粉磨以及燒成用耐火磚、刮片、澆注料等。經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)技術(shù)人員咨詢(xún)與相關(guān)資料文獻查找，上述粉磨、煅燒材質(zhì)基本不含鎘、砷，此項可予以排除。

1.2　不同配料方案以及垃圾（污泥）投入量對重金屬含量影響探索

（1）熟料同一配料方案以及相同原料下，垃圾以及污泥投入量對重金屬含量影響。

（2）熟料不同配料方案對熟料重金屬含量影響。

1.3　重金屬固化效率的影響

水泥窯利用其高溫、堿性環(huán)境、停留時(shí)間長(cháng)、易形成穩定的氧化環(huán)境等有利條件，使固廢中的大多數重金屬都可全部固溶在水泥熟料的晶格中，不再逸出或析出，實(shí)現重金屬在熟料中惰性化、穩定化，通過(guò)研究不同窯況對重金屬固化效率的影響可探究其是否會(huì )導致重金屬含量超標。

重金屬檢測方法包含電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）、火焰原子光譜吸收法（FAAS）、X射線(xiàn)熒光分析方法（XRF）、離子色譜法（IC）等，本試驗采用的是電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES，樣品前處理采用微波消解法）。檢測方法依據為GB 30760—2014《水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規范》以及HJ781—2016《固體廢物22種金屬元素的測定電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》。

ICP-OES法是以電感耦合等離子體為激發(fā)光源的一類(lèi)光譜分析法，準確度及精密度高，分析速度快，檢測限可達0.01 mg/L，是一種非常普遍的分析方法。我公司使用的美國安捷倫ICP-OES 5110型等離子發(fā)射光譜儀，其主要工作原理為：溶解好的待測試樣，經(jīng)過(guò)儀器的霧化器霧化后，引入到高頻等離子體火焰中，樣品被激發(fā)后，發(fā)出的光進(jìn)入分光器變成光譜，從中得出所分析元素的吸光度值，通過(guò)與已建立的標準曲線(xiàn)比對以及公式轉換計算，即可得出所測量重金屬的質(zhì)量濃度（mg/kg）。

3.1　原材料及廢物中重金屬含量

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，針對使用的原燃材料以及生活垃圾、污泥進(jìn)行多次取樣檢測，結果顯示，各原燃材料以及污泥、垃圾重金屬含量較為穩定，見(jiàn)表1。

從表1可以看出：

（1）銅渣中砷、鎘重金屬含量相對于其他材料高出許多，需要加強關(guān)注；

（2）生活垃圾、污泥總體重金屬含量較低。

3.2　垃圾、污泥投加量與鎘、砷重金屬含量的關(guān)系

選取生產(chǎn)過(guò)程中相同配料方案，以垃圾、污泥投加量為變量，進(jìn)行多次取樣試驗，得出垃圾、污泥投加量與熟料中鎘、砷重金屬含量的關(guān)系，分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1　垃圾投加量與熟料中鎘、砷重金屬含量的關(guān)系

圖2　污泥投加量與熟料中鎘、砷重金屬含量的關(guān)系

考慮垃圾、污泥重金屬含量較少，且其投加量占窯喂料量的比例較小，對熟料重金屬的影響不明顯。

3.3　正常配料時(shí)銅渣的限值

根據各原燃料重金屬含量，直觀(guān)得出銅渣摻入量多少，對熟料中鎘、砷含量影響較大，結合目前生產(chǎn)實(shí)際配料方案執行情況，按照熟料理論配料方法計算得出銅渣配比限值。本廠(chǎng)配料方案鎘、砷重金屬理論含量計算見(jiàn)表2。

從表2中可以得出：銅渣限值用量為1.9%，超過(guò)此限值，砷含量處于超標邊緣，若想解決重金屬超標問(wèn)題，必須減少銅渣使用量。

表2　本廠(chǎng)配料方案鎘、砷重金屬理論含量計算

3.4　不同窯況對重金屬固化效率的影響

固化效率=熟料中重金屬含量/進(jìn)總重金屬含量，進(jìn)總重金屬含量=煤灰重金屬含量+灼燒生料重金屬含量+灼燒垃圾和污泥重金屬含量。

結合生產(chǎn)實(shí)際情況，我們針對不同窯況（過(guò)燒、欠燒、正常煅燒）分別多次選取了對應階段入窯生料、入窯煤粉、入窯污泥/生活垃圾以及出窯熟料對以上物料進(jìn)行重金屬檢測，并加權計算得出8大重金屬固化效率，分別見(jiàn)表3~表5。

從表3~表5中可得知，不同窯況對熟料重金屬固化效率有一定影響，但影響相對于其總固化效率來(lái)說(shuō)較小，此項不是導致熟料中重金屬超標的主要因素。

通過(guò)以上分析，我們得知銅渣作為熟料重金屬鎘、砷含量超標的最主要影響因素，控制其使用量可以有效降低熟料中鎘、砷含量，圍繞這一中心思想，我們先后采取了調整熟料配料方案，采取低鐵配料，后經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗證，對熟料物理性能以及窯工藝煅燒有較大影響，此方案作廢。

后續開(kāi)始尋找鐵質(zhì)替代原料，試驗使用了硫酸渣配料，適當增加含鐵量高物質(zhì)（河沙）使用量，在不影響配料方案執行的同時(shí)，嚴格控制銅渣使用量低于1.9%，經(jīng)過(guò)對熟料重金屬含量長(cháng)期追蹤檢測，未再發(fā)生鎘、砷超標現象，熟料中重金屬含量全部合格，且噸生料質(zhì)量成本同比降低0.2元，按照年生料用量420萬(wàn)噸計算，年可節約成本84余萬(wàn)元。調整前后熟料重金屬含量對比見(jiàn)表6。

通過(guò)此次試驗研究的開(kāi)展，查明了熟料中重金屬超標的根本原因，規避了質(zhì)量風(fēng)險，改善了人們對水泥窯協(xié)同處置后產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有保障、有毒、有害等誤解認識。同時(shí)通過(guò)引入硫酸渣、加大河沙用量等措施，有效地降低了生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，同時(shí)也為水泥行業(yè)解決類(lèi)似問(wèn)題提供了實(shí)踐經(jīng)驗。