本发明属于环保技术领域，具体地说，涉及一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料及其制备工艺和应用。
背景技术：
改革开放以来，经济粗增长型的发展模式对环境带来了极大挑战，近几十年的经济发展对环境付出了极大代价，发展经济的同时必须注重对生态环境的保护。目前，我国环境污染主要分类为，土壤污染、水体污染、固体废物污染以及大气污染等。其中我国含有大量酸性土壤需要治理。有色金属采选冶及硫酸生产过程中也排放了大量酸性废水，其中含有毒有害重金属离子，对水资源环境造成了严重污染。此外，有色金属采选冶过程中排放了大量酸性工业废渣，对周围土壤、水体以及大气造成了破坏。上述大量的酸性土壤、酸性废水、酸性废渣处理处置是当前我国环境污染治理的关键。
目前国内外处理处置酸性土壤、酸性废水、酸性废渣等污染物，主要采用生石灰。例如，专利申请号：cn201810725896.8，发明了一种用于处理重金属复合污染土壤的稳定化药剂和方法，该稳定剂中采用的ph调节剂即为生石灰。专利申请号：cn201810307819.0，发明了一种用于污染底泥重金属固化稳定剂及其制备方法，该稳定剂中包含18-25份的生石灰。专利申请号：cn201810994511.8，发明了一种用于生石灰消化的设备系统。专利申请号：cn201310260888.8，一种无害化处理电解锰渣的方法，该无害化处理的主要药剂即为生石灰。此外，生石灰除了能够中和酸性废水、稳定固化废水及工业废渣中重金属离子，还能够作为改性剂改性工业固体废弃物，提高其使用活性。例如，专利申请号：cn201810051193.1，利用电解锰渣作缓凝剂制备混凝土的方法及由其制备的混凝土，该专利中采用的改性剂即为生石灰。虽然生石灰作为工业上常用碱性物料用于处理处置传统酸性污染物。但由于生石灰制造行业的规模经济优势低于水泥工业，导致其制造成本处于高位。加之，我国酸性土壤污染面积大、有色冶炼行业含重金属酸性废水排放量大、工业酸性矿渣和尾矿堆存量大，导致生石灰用量大、处理效率低、成本较高等现状。因此，急需寻找一种低成本、高效、易制备且可替代传统生石灰的新型碱性物料。
技术实现要素：
针对现有技术中上述的不足，本发明的第一目的在于提供一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺，该制备工艺在不影响水泥熟料主体工艺和质量前提下，采取类似搭便车式的方式制备得到一种水泥熟料中间产物，即水泥灼烧生料；相比于传统生石灰，该水泥灼烧生料的制备方便，成本较低。
针对现有技术中上述的不足，本发明的第二目的在于提供一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料，该水泥灼烧生料成本较低，可替代传统生石灰应用于酸性土壤、酸性废水、酸性废渣等污染物的处理处置中。
针对现有技术中上述的不足，本发明的第三目的在于提供一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料在环境污染治理中应用，并能够取得优异的治理效果。
为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：
一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺，包括：(1)分料：在所含碳酸盐的分解率为90-95％的高温水泥灼烧生料入窑前，提取高温水泥灼烧生料量的1-10％作为备用料；(2)冷却：备用料先经过旋风冷却器进行空气冷却，旋风冷却器出口的备用料温度为720-760℃；备用料接着进入粉体流热回收器进行水冷却至温度小于120℃得到水泥灼烧生料；(3)备料：水泥灼烧生料接着通过输送系统进入水泥灼烧生料仓，备用。
一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料，采用上述制备工艺得到。
一种上述可替代传统生石灰的水泥灼烧生料在环境污染治理中的应用。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的该种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺；在水泥生成过程中，在不影响水泥熟料主体工艺和质量前提下，采取类似搭便车式的方式制备得到一种水泥熟料中间产物，即水泥灼烧生料；相比于传统生石灰，该水泥灼烧生料的制备简单方便。不需要新选址建厂，目前工业级生石灰价格在500-600元/吨，经成本核算，水泥灼烧生料的价格可控制在250-300元以内，价格优势较为明显。
(2)本发明提供的该种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料，是来源于水泥生成过程中的中间产物，其原料资源丰富；通过本发明提供的制备方法所得到的水泥灼烧生料属于高碱性物料，其中cao含量达到65％以上；且水泥灼烧生料呈现多孔疏松状，颗粒粒径为100-300nm，其比表面积大，活性高；高温灼烧后，含有活性高的钙盐、铝酸盐、镁盐、硅酸盐等，这些纳米碱性物料具有丰富的活性位点，能中和大量氢离子，且具有较强的吸附稳定固化重金属能力。
(3)本发明提供的该种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料，可替代传统生石灰应用于酸性土壤、酸性废水、酸性废渣等污染物的处理处置中。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺进行具体说明。
通常的水泥熟料制造工艺包括：
(1)按重量份数计，将80-90份的石灰石、10-15份的硅质原料以及1-5份的铁质校正原料混合，烘干粉磨得到生粉料；生料粉经气力均化后，进入水泥窑悬浮预热器及分解炉系统(下简称预热分解炉系统)。
(2)当生料粉经预热分解炉系统中的各级预热器干燥升温至800℃左右时便进入其分解炉中，在分解炉中，生料粉中的石灰石中的碳酸盐(以caco3为主，少量mgco3)发生高温分解，当分解率达到90-95％时，经预热分解炉系统中的末级预热器进行料气分离后，得到入窑前的、料温840-860℃的高温灼烧生料。需要说明的是，碳酸盐分解率的检测方法为现有水泥生产常规例行方法。该高温灼烧生料经预热分解炉系统中的下料管(下称“入窑下料管”)进入水泥回转窑发生固相及烧结反应，形成水泥熟料。
需要说明的是，本发明制备的能替代传统生石灰的水泥灼烧生料是在水泥熟料生产过程中，在不影响其主体工艺和质量前提下，通过专用装置搭便车式的制备得到。
本实施例提供的一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺包括：
(1)分料：在入窑下料管的取料点安装分料阀，通过分料阀的分料作用，实现上述所含碳酸盐的分解率为90-95％的入窑高温灼烧生料的部分提取，其提取量为入窑高温灼烧生料总量的1-10％作为备用料。
具体地，可通过调节分料阀阀芯位置来实现不同比例高温灼烧生料的提取。分料阀阀芯位置通过刻度盘对应的标注显示不同比例的提取量，提取比例可根据市场或项目需要进行调整。
(2)冷却：提取的备用料先经过旋风冷却器进行风冷。在本实施例中，旋风冷却器的入风口对应外界空气，其出风口(中心排风管)对接窑尾余热发电sp锅炉，借助窑尾余热发电sp锅炉内的系统负压实现高温灼烧生料的悬浮空气冷却。旋风冷却器出口的备用料温度为720-760℃，备用料接着进入粉体流热回收器进行水冷却至温度小于120℃得到水泥灼烧生料。水冷却中的水为水泥行业采用的余热发电机组乏气冷凝后的30-40℃的软水，一条日产5000t水泥熟料行业标准生产线，其循环软水量为每小时约5-6t。该水泥灼烧生料即为接近常温、便于运输和行业使用的，并可直接替代传统生石灰的新型碱性材料。
(3)备料：该水泥灼烧生料通过输送系统进入水泥灼烧生料仓，然后再通过如水泥散灰车等常规运输装置进入固废处理等环保应用领域。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺，包括：
(1)分料：在水泥厂正常生产过程中，经取样检测，入窑高温水泥灼烧生料的碳酸盐分解率为91％，温度为845℃，满足可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺质量要求。调节分料阀阀芯位置到刻度盘5的位置，实现入窑高温水泥灼烧生料总量5％的提取。
(2)冷却：备用料先经过旋风冷却器进行空气冷却，出旋风冷却器的出口的备用料温度为745℃，备用料接着进入粉体流热回收器进行水冷却，最后经粉体流热回收器中的三块换热模组换热冷却得到温度为110℃的水泥灼烧生料。
(3)备料：然后经斗式提升机及皮带输送机等输送系统进入水泥灼烧生料仓，然后再通过如水泥散灰车等常规运输装置进入固废处理等环保应用领域。
实施例2
本实施例提供了一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺，包括：
(1)分料：在水泥厂正常生产过程中，经取样检测，入窑高温水泥灼烧生料的碳酸盐分解率为93％，温度为856℃，满足可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺质量要求。调节分料阀阀芯位置到刻度盘10的位置，实现入窑高温水泥灼烧生料总量10％的提取。
(2)冷却：备用料先经过旋风冷却器进行空气冷却，出旋风冷却器的出口的备用料温度为760℃，备用料接着进入粉体流热回收器进行水冷却，最后经粉体流热回收器中的三块换热模组换热冷却得到温度为120℃的水泥灼烧生料。
(3)备料：然后经斗式提升机及皮带输送机等输送系统进入水泥灼烧生料仓，然后再通过如水泥散灰车等常规运输装置进入固废处理等环保应用领域。
实施例3
本实施例提供了一种可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺，包括：
(1)分料：在水泥厂正常生产过程中，经取样检测，入窑高温水泥灼烧生料的碳酸盐分解率为92％，温度为850℃，满足可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺质量要求。调节分料阀阀芯位置到刻度盘6的位置，实现入窑高温水泥灼烧生料总量6％的提取。
(2)冷却：备用料先经过旋风冷却器进行空气冷却，出旋风冷却器的出口的备用料温度为745℃，备用料接着进入粉体流热回收器进行水冷却，最后经粉体流热回收器中的三块换热模组换热冷却得到温度为118℃的水泥灼烧生料。
(3)备料：然后经斗式提升机及皮带输送机等输送系统进入水泥灼烧生料仓，然后再通过如水泥散灰车等常规运输装置进入固废处理等环保应用领域。
实验例1
采用实施例1提供的水泥灼烧生料对电解锰渣稳定固化实验：
电解锰渣是电解金属锰生产过程中压滤车间排放出来的一种酸性工业固体废弃物(ph＝5.0-6.5)，其中含有大量的锰和氨氮，极易污染环境。
其中本实验例中电解锰渣中氨氮浓度为1563mg/l，锰离子浓度为3102mg/l。步骤如下：
(1)电解锰渣与水泥灼烧生料按照电解锰渣：水泥灼烧生料＝10：1.5(干电解锰渣10kg：水泥灼烧生料1.5kg)进行均匀混合；
(2)将步骤(1)中的混合料按照固液比＝1：0.5制成浆体(干电解锰渣和水泥灼烧生料混合物：水＝11.5kg：5.8l)，堆存20天；
(3)将步骤(2)混合物料输送堆存地堆存或用于其它利用；经过5天堆存后，对电解锰渣浸出测试可知，电解锰渣浸出液中氨氮浓度为6.5mg/l，锰离子浓度为0.82mg/l；浸出液中锰和氨氮浓度低于《污水综合排放标准gb8978-1996》-氨氮(25mg/l)，锰(2mg/l)国家一级排放标准。
实验例2：
采用实施例2提供的水泥灼烧生料对磷石膏浸出无害化处理处置实验：
磷石膏是硫酸浸出磷矿后压滤车间排放出来的一种酸性工业固体废弃物(ph＝2.0-3.5)，其中含有可溶性磷酸盐和氟离子，极易污染环境。
其中本实验例中磷石膏中磷酸根浓度为867mg/l，氟离子浓度为185mg/l。步骤如下：
(1)磷石膏与水泥灼烧生料按照电解锰渣：水泥灼烧生料＝10：1(干磷石膏10kg：水泥灼烧生料1kg)进行均匀混合；
(2)将步骤(1)中的混合料按照固液比＝1：0.5制成浆体(干电解锰渣和水泥灼烧生料混合物：水＝11kg：5.5l)，堆存10天；
(3)将步骤(2)混合物料输送堆存地堆存或用于其它利用；经过10天堆存后，对磷石膏浸出测试可知，磷石膏浸出液中磷酸根浓度为11.2mg/l，氟离子浓度为7.8mg/l；浸出液中氟离子、磷酸盐浓度符合《磷肥工业水污染物排放标准中的排放标准gb15580-1995》-氟(15mg/l)，磷酸盐(20mg/l)标准。
实验例3：
采用实施例3提供的水泥灼烧生料水泥灼烧生料对氨氮废水吹脱实验：
电解金属锰企业排放出大量含锰氨氮废水。
本实验例中废水中氨氮浓度为432mg/l，锰离子浓度204mg/l。步骤如下：采用水泥灼烧生料调节电解锰废水ph至12.5-13.0，在温度60℃，气液比在300：1的条件下，吹脱反应4h，逸出的气体采用稀硫酸吸收，吹脱后废水中氨氮浓度低于25mg/l，锰离子浓度为1.2mg/l。采用水泥灼烧生料对电解锰渣中锰和氨氮进行无害化处理，浸出液中锰和氨氮浓度低于《污水综合排放标准gb8978-1996》-氨氮(25mg/l)，锰(2mg/l)国家一级排放标准。
结合实验例1-3说明，由本发明实施例提供的水泥灼烧生料可以完全替代于传统生石灰用于酸性废渣、氨氮废水等酸性污染物无害化处理处置。
综上所述，采用本发明提供的可替代传统生石灰的水泥灼烧生料的制备工艺，该制备工艺在不影响水泥熟料主体工艺和质量前提下，采取类似搭便车式的方式制备得到一种水泥熟料中间产物，即水泥灼烧生料；相比于传统生石灰，该水泥灼烧生料的制备方便，成本较低。采用本发明提供的可替代传统生石灰的水泥灼烧生料，该水泥灼烧生料成本较低，可替代传统生石灰应用于酸性土壤、酸性废水、酸性废渣等污染物的处理处置中，并能够取得优异的治理效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。