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水泥废弃物耐火物中硫、氯的腐蚀

2020-09-26

水泥窑协同处置城市生活垃圾具有燃烧温度高(物料温度约1450℃,气体温度达1800℃以上),气体在窑内停留时间长(约6~10s),可消除二噁英排放等优点,因此得到了广泛应用。采用水泥窑协同处置垃圾能利用水泥窑内碱性运行环境中和处理硫化物和氯化物等酸性气体,硫的挥发和富集,将于水泥熟料、耐火材料发生反应,生成钙明矾石(2CaSO4·K2SO4)、双硫酸盐、硅方解石(2C2S·CaCO3)、硫硅钙石(2C2S·CaSO4)等易结皮产物,影响水泥窑的正常运转。氯的挥发性强,其反应生成的氯化物盐熔点低(如KCL、NaCL和CaCL2)的熔点分别是770、801和772℃这些盐类将在耐火材料的表面沉积,并与材料内部组分发生反应,渗透到材料的内部,加剧了耐火材料的侵蚀甚至损毁。

1100℃ 3h热处理后坩埚试样的剖面照片可以看出。从侵蚀结果看,城市生活垃圾的侵蚀反应层,主要表现为渗透。这是由于在高温热处理过程中,垃圾粉料中的碱(Na2O和K2O)与SO3、CL挥发并发生反应,生成硫酸盐(Na2SO4、K2SO4)、氯盐(KCL、NaCL)以及他们的复合盐,熔点较低,腐蚀性强,形成的反应盐通过耐火材料的显气孔率等孔隙扩散,同时与耐火砖反应生成新的化合物,从而在耐火材料内部生成了变质层。

水泥协同处置垃圾,由于垃圾中的Na2O、K2O、S、CL等挥发性组分燃烧挥发而在水泥窑窑尾、分解炉、预热器等部位富集,加剧了相关部位耐火材料的侵蚀,降低耐火材料的寿命。表现在两个方面:一方面是这些侵蚀组分渗透到耐火材料的内部并发生了改变,如体积密度、气孔率、热膨胀系数等,导致在热应力作用下发生剥落:另一方面是由于这些侵蚀组分与水泥熟料、耐火材料发生反应,生成钙明矾石、双硫酸盐、硅方解石、硫硅钙石等易结皮产物,影响水泥窑的正常运转。因此,在相关部位耐火材料的选择上要充分考虑材料的抗侵蚀性能和抗剥落性能。

在不同的部位应选用相应功能的耐火材料。在预热器部位,选用高强耐碱砖和高强耐碱浇注料,应尽量降低定形制品的显气孔率,浇注料施工时应严格控制加水量,降低浇注料的气孔率,减少侵蚀通道:在分解炉及窑尾预分解带部位,选用抗剥落高铝砖,抗剥落高铝砖中含有部分ZrO2,可有效地提高材料的抗侵蚀性和抗剥落性:在分解炉锥部和烟室部位么选用Sic抗结皮浇注料,SiC在高温下发生反应,在材料表面形成氧化层,可以有效地降低气孔率,抵制侵蚀性组分的侵蚀而产生结皮产物。

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