我國GB175-2007「通用矽酸鹽水泥標準」規定,通用矽酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為:矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥和複合矽酸鹽水泥六大類。
普通矽酸鹽水泥主要成分是石灰石、粘土、鋼渣(鐵粉)。它是由石灰石、粘土、鐵礦粉按比例磨細混合,這時候的混合物叫生料。然後進行煅燒,一般溫度在1450度左右,煅燒後的產物叫熟料。然後將熟料和石膏一起磨細,按比例混合,才稱之為水泥。
水泥生料由石灰石、粘土和鋼渣(鐵粉)組成。石灰石的主要成份是氧化鈣( CaO )和氧化鎂( MgO ),粘土的主要成分是二氧化矽( SiO2 )和三氧化二鋁( Al2O3 ),鋼渣的主要成份是三氧化二鐵( Fe2O3 )。
水泥生料中的鋼渣是水泥不可缺少的一部分原料,除了可以用鋼渣,鐵粉外,有的水泥還會使用銅尾礦。無論使用哪種礦料摻加在水泥原料中,這些大多數採用的廢棄尾礦,那為什麼會選用這些尾礦呢?
以銅尾礦為例來說明。顧名思義,是銅礦石經破碎,磨礦,分選後排出的固體廢棄物,但銅尾礦含有豐富的礦物成分,可作礦化劑,鐵質原料,代替粘土生產水泥熟料,而且銅尾礦可降低水泥熟料燒成溫度,提高熟料質量和產量。銅尾礦具有與火山灰材料相似的礦物物相,用作混合材料可降低水泥生產成本。銅尾礦作為細集料或摻和料用於混凝土,具有較好的強度特性和耐久性能。
▲銅尾礦
曾在水泥原材料含量的普查分析,水泥生料和熟料鉻含量較高,分別可達208.57mg/kg和312.30mg/kg. 像鋼渣作為生料輔材在高溫燒制熟料過程中,鉻易固溶在熟料礦物質中,且相對於更易溶於矽酸鹽相,在水泥或熟料水化過程中易以離子形式溶解出來,且在強鹼條件下鉻離子更易氧化為六價,造成熟料或水泥六價鉻含量上升。因此,水泥六價鉻過高主要因其熟料六價鉻高,而熟料六價鉻與生料用高鉻礦尾原料有直接聯繫。
從現行的國家法律法規及相關標準來看,暫時沒有對正常生產的熟料生產線產品的重金屬含量進行限制,但對處理危廢的熟料生產線產品的重金屬含量進行了明確的規定。在GB30760-2014《水泥窯協同處置固體廢物技術規範》中,詳細規定了入窯生料重金屬含量參考限值。水泥熟料重金屬含量限值以及水泥熟料中可浸出重金屬含量限值。通過以上分析,造成水泥六價鉻偏高主要因生料中使用了高鉻鋼渣燒制熟料,導致熟料全鉻和六價鉻較高,為降低水泥六價鉻通常有兩種途徑。(1)更換生料鐵質材料。在生料配料表中,常用的鐵質原材料有鐵礦石、鋼渣、硫酸渣等。鐵礦石作為一種天然的含鐵量較高的校正材料,其全鉻含量一般不大於100mg/kg,但價格較貴。(2)使用還原劑。因為鋼鐵渣資料相對豐富、易獲得,可嘗試先不更換鐵質校正材料,通過在水泥中摻入一定量還原劑(硫酸亞鐵),利用還原劑的強還原性,將水溶性六價鉻還原為不可溶,毒性低的三價鉻,從而降低六價鉻的含量。綜上,(1)針對水泥中可溶性六價鉻含量高問題,分析了其主要原因是生料中使用高鉻鋼渣作為鐵質材料配料,導致熟料全鉻、礦物中固溶的鉻和六價鉻含量較高,水泥中六價鉻含量高主要與熟料六價鉻含量直接相關,而高鉻鋼渣作混合材未經高溫煅燒,對水泥六價鉻含量幾乎沒影響。
(2)採用還原劑和替換鐵質校正材料降低熟料和水泥六價鉻。採用硫酸亞鐵作為六價鉻還原劑,成本較低,而更換生料鐵質材料價格較貴。
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