【水泥人網】編者按
隨著我國水泥工業(yè)向著大型、高產、節(jié)能方向的發(fā)展，新型干法水泥生產技術日漸成熟并得到了大規(guī)模的推廣和應用。截止2012年，我國水泥總產量達22.1億噸，新型干法水泥生產線達到1637條。新型干法水泥窯與傳統水泥窯相比具有窯溫更高、窯速更快、堿和其他化學侵蝕更加嚴重，以及燒成設備結構更加復雜等特點。傳統的耐火材料已經不能適應其發(fā)展要求，例如鎂鉻磚，直接結合鎂鉻磚等。直接結合鎂鉻磚應用于水泥窯的燒成帶有著優(yōu)良的傳統和表現，但其使用后帶來的"鉻公害"問題日益引起國家、行業(yè)和人們的普遍重視。本文致力于從清潔生產出發(fā)，開發(fā)系列高效能、長壽命的產品以及服務模式的角度來介紹無鉻耐材的研發(fā)過程及幾種綠色環(huán)保耐材，以期為水泥工業(yè)降低能源消耗、改善環(huán)境保護做出貢獻。
水泥工業(yè)作為我國主要的高耗能、高排放產業(yè)，是工業(yè)領域節(jié)能減排的重點和難點，其節(jié)能減排效果對完成我國能源消耗目標、工業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用。水泥窯通過使用隔熱耐火材料節(jié)能減排的途徑主要有兩個方面。其一，在窯尾預熱系統、三次風管、冷卻機使用高效能、長壽命隔熱耐火材料;其二，在回轉窯使用高強隔熱燒結耐火材料。窯尾預熱系統等部位的高效能、長壽命耐火材料主要是解決高效能隔熱功能和長時間使用壽命的矛盾?；剞D窯使用高強隔熱燒結耐火材料主要隔熱功能和機械強度以及堿侵蝕的問題。
水泥窯用耐火材料作為水泥窯內襯是水泥回轉窯的關鍵材料，起著維持燒成水泥熟料所需的高溫，同時保護窯爐設備并減少窯爐散熱損失的作用。耐火材料質量優(yōu)劣、配套的正誤、施工水平的差異、使用及維護的好壞，對水泥生產的產量高低、質量好壞、能耗大小和設備壽命都有重要的影響。
耐材“鉻公害”問題凸顯
鉻是一種銀白色金屬，在自然界中主要形成鉻鐵礦，化合價有+2、+3、+6三種。其中六價鉻更易被人體吸收，通過消化、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體，而且可在人體內蓄積，有致癌作用。
在水泥中，鉻元素的存在狀態(tài)不同，其中Cr6+逐漸向外浸出時會對水質產生影響。曾經有學者指出，隨著pH值的變化，水泥中Cr6+的溶出量是不同的。Cr6+在堿性條件下溶出量較小，pH值降低到6～8時，溶出量驟然增加，達到2.0～2.5mg/L，而正常的飲用水中六價鉻含量小于0.05mg/L。德國的研究表明，盡管前7天內的溶出較快、溶出量大，后期溶出量較少，但是持續(xù)溶出時間還是很長的，據統計，六價鉻在水泥中的溶出時間高達7個月。
除此之外，鉻在耐材中的應用更為廣泛，鎂鉻磚就是其中之一。鎂鉻磚是方鎂石和尖晶石為主要礦物組分的耐火材料制品，其中含有10%~20%的鉻礦石，因其具有抗熱震性好，掛窯皮性俱佳，導熱率低等優(yōu)點，深受水泥企業(yè)喜歡。然而就是如此優(yōu)質的耐火材料，由于鉻的存在成為了環(huán)境污染的又一源頭。
研究表明，在水泥回轉窯使用后的鎂鉻磚殘磚中，Cr6+含量約為0.1%～0.5%，平均為0.3%，其主要有害物質為K2CrO4。一般認為重鉻酸根(Cr2O7)2-(橙紅色)比鉻酸根(CrO4)2-(黃色)有更大的危害性。
針對鎂鉻磚中鉻的危害，中國建筑材料科學研究總院袁林教授舉了個例子：“我國一條4000t/d水泥窯年拆卸鎂鉻殘磚180t，向環(huán)境排放Cr6+共180kg。為使環(huán)境水達到IV級標準(Cr6+<0.05mg/L)，年需凈水180kg/(0.05×10-6)/1000=360萬噸凈水稀釋。如達到I級標準 (Cr6+< 0.01mg/L)，則年需1800萬噸凈水稀釋。其中，殘磚最高的Cr6+含量高達2577mg/kg。該磚可以污染約相當于自身重量25萬倍的純凈水，危害可見一斑?！?/P>
目前，“鉻公害”已經成為了引起國際關注的重大問題。為了限制、禁止六價鉻產品的生產和使用，各個國家相繼制定了相關的法規(guī)，其中歐盟發(fā)布了WEEE和ROHS兩項指令，禁止六價鉻的產品和工藝美國在全境取消六價鉻的工藝，日本的UE委員會表示采用歐盟兩項指令，全面廢除六價鉻的使用。中國對六價鉻產品的限制更為嚴格，分別在《中國人共和國環(huán)境保護法》，《中國人共和國清潔生產促進法》，《關于加強含鉻危險廢物污染防護的通知》，《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，以及工信部編制并印發(fā)了《水泥行業(yè)清潔生產技術推行方案》、《關于促進耐火材料產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的若干意見》等文件中對六價鉻制品有明確的限制和制裁措施。其中，我國國家標準GB-3838-88，在地面水環(huán)境質量標準中對Cr6+的含量有明確規(guī)定。(見表1)
