水泥窯灰（Cement kiln dust，簡稱CKD）是迴轉窯生產矽酸鹽類水泥熟料時從窯尾廢氣中經收塵設備收集到的乾燥粉末。
基本介紹
- 中文名：水泥窯灰
- 外文名：Cement kiln dust
- 簡稱：CKD
- 主要成分：碳酸鈣和二氧化矽
簡介,基本性質,物理性質,化學性質,處理方法,利用,國內CKD 套用現狀,國外CKD 套用現狀,
簡介
用迴轉窯生產矽酸鹽類水泥熟料時,隨氣流入窯尾排出的灰塵,經收塵設備收集所得的乾燥粉末,稱為迴轉窯窯灰(簡稱窯灰)。它是一種灰黃色或灰褐色的粉末,吸濕性很強。一般在磨製水泥時採用入磨或不入磨的方式,作為水泥組分均勻地摻入水泥中。另外,我國化肥生產中,氮、磷、鉀比例失調,鉀肥缺口很大,因此也有廠家將窯灰製成窯灰鉀肥。窯灰鉀肥含氧化鉀一般為 8%～12%,高的可達20%以上,此外,還含有一定 數量的鈣、鎂、矽、鐵及多種微量元素。窯灰鉀肥中所含的鉀,按其溶解性及對作物的有效性劃分,可分為水溶性鉀、枸溶性鉀和難溶性鉀(主要為礦石中未分解的鉀長石、雲母石等)。但作為肥料,窯灰鉀肥的有效養分顯然偏低。據窯灰的性質、化學成分和礦物成分特點,有4種可供選擇的加工方案,1)熱溶結晶法生產無氯鉀肥;2)解法;3)用ω(KO2)為25%的波蘭特水泥窯灰,添加0.025%～0.5%的糖或廢糖蜜作調整劑,製成顆粒肥料;4)用KO2含量為ω(KO2)為8%～12%的水泥窯灰,作基肥和追肥使用。
基本性質
物理性質
從外觀顏色上觀察, 窯灰多為灰白色. 灰色、黃灰色及土黃色等。窯灰細度較細:0.08m m孔徑篩餘一般小於15%,0.2mm孔徑篩餘一般小於5%，窯灰的比重在2. 6一2. 7之間。
化學性質
由於各廠原料、燒成制度及窯型不同，窯灰的礦物組成也不盡相同組成窯灰的主要礦物包括:碳酸鈣、游離CaO,硫酸鉀(鈉)、硫酸鈣、α一石英、β一C2S、C2F、C4AF等等。CKD 的主要成分為碳酸鈣和二氧化矽，與水泥原料成分接近。含有非常少量的金屬元素，因為含量少，通常不擔心其金屬元素的負面影響。
各個水泥廠所使用原料，窯型、除塵設施和燃料類型等方面差異很大，這些因素對CKD 化學和物理性能造成很大影響。所以不同水泥廠CKD 的化學成分、礦物組成和物理性能存在著明顯差別。
處理方法
從窯灰的化學成分可以看出，只要在窯灰中加入適量的鈣質原料，便能製備出合適的生料.其鍛燒熱耗比較低，這是有利的。
1、在處理含鹼不高的窯灰時，往往把窯灰與生料一起餵入窯內。窯灰回窯的方法有以下三種:
(1)窯尾回窯法
在濕法廠中，將窯灰與料漿混合，送入窯內鍛燒。有淘泥池的窯外混合式和窯內自然混合式兩種方式。這些方法比較簡單，能節省投資，但是易引起窯內鹼的惡性循環、結圈.甚至造成窯的工作不正常。因此，最好在料漿已烘乾的部位餵入窯內。
(2)窯頭吹入法
大多數情況下，回窯的最佳方法是吹入法。研究者通過調查得出的結論是:①通常窯灰最大吹入量不超過熟料量的1 /4,②吹入法的關鍵在於準確控制吹入量(最好以重量計)。利用從窯頭吹入的窯灰控制鍛燒溫度，可延長耐火磚的壽命。③吹入管的位置決定於窯灰的鍛燒性能細度、窯的風速以及控制溫度，與燃料無關。
(3)窯中餵料法
這種方法沒有規律性，往往引起窯操作不正常，除了密封問題外，還常常形成窯灰圈和循環負載，並影響熟料質量。
2、處理含鹼高的窯灰比較複雜。
因為揮發性的鹼鹽、氯化鈉等會在窯系統中富集，產生惡性循環.影響設備正常運轉，也影響熟料的質量。利用含鹼高的窯灰燒制熟料時，需要對窯灰進行適當的處理。根據了解，處理方法可歸納為以下三種:
(1)分選法按照窯灰粒度不同，鹼含量也不同的性能，把含鹼高的細粉選出去，而含鹼低的粗粉回窯鍛燒。
(2)瀝取法從窯灰中瀝出鹼鹽後，把含鹼低的濾餅回窯鍛燒。
(3)鍛燒法根據窯灰中鹼鹽在高溫下易揮發的特性，另建小窯鍛燒窯灰，加以利用。邯鄲水泥廠把幾個迴轉窯的窯灰集中起來經過適當的配料，送入一個小窯內緞燒，在變廢為寶方面有一定積極意義。
另外，單獨建窯鍛燒窯灰也是一種窯灰回窯鍛燒的好方法。對立波窯和立窯來說，窯灰利用的關鍵問題在於它的成球性能。可以用瀝取法製成料餅，再成型或成球。但要注意，因游離C a0要水化，成型料不能長時間貯存。成球性能不好時，可加粘結劑。燃燒試驗表明，CaCI2是一種有效的粘結劑，它可以增加鹼、硫揮發率。
利用
國內CKD 套用現狀
近年來，隨著國內對CKD 套用技術研究的日益加深，CKD的用途也越來越廣泛。陸續形成了多種較為成熟的CKD 處置方法。例如利用CKD 製取鉀肥等；利用CKD 作為房屋砌築和抹灰材料；利用CKD 和粒化高爐礦渣製備生態水泥等。儘管水泥產量在迅速的增加，但CKD 的填埋量卻在持續不斷的減少。這主要是因為CKD 利用技術的不斷發展，為處理CKD 提供了多種不同的處理方式，使得CKD 的有效處理量不斷增大。
1.制鉀肥
CKD 中鉀肥含氧化鉀一般為8%～12%，高的可達 20%以上，此外，還含有一定數量的鈣、鎂、矽、鐵及多種微量元素。CKD 中所含的鉀，按其溶解性及對作物的有效性劃分，可分為水溶性鉀(主要有K2SO4、K2CO3)、枸溶性鉀(主要為 K2AlO3、K2SiO3)和難溶性鉀(主要為礦石中未分解的鉀長石、雲母石等)。CKD 中鉀、鋁元素採用酸浸溶法，可得到優質的複合化肥硝酸鉀銨，CKD 中鉀的抽提率可達到70%，並得到副產工業原料硝酸鋁。
2.房屋砌築和抹灰材料
用窯灰代替部分水泥和白灰，不僅可以滿足砂漿的強度、和易性等指標，而且十分經濟。
與普通的白灰砂漿相比窯灰砂漿具有節水、抗壓強度高的特點，而且窯灰砂漿具有很好的保水性、和易性和抗凍性能，既有利於保證施工質量，又方便了施工操作。窯灰砂漿用於抹面，不會像白灰砂漿那樣經常出現起泡炸裂等現象。
3.生態水泥
國內已經開始利用CKD 與粒化高爐礦渣（GBFS）生產生態水泥，此生態水泥的膠砂抗壓強度和淨漿水化產物與的化學成分相關性很大，其中CKD 的高鹼度和f-CaO 可以對水化反應起到激發作用，適當控制CKD 的成分可製成具有較高活性指數的生態水泥。
國外CKD 套用現狀
相對於國內來說，國外對CKD 的利用技術的開發相對超前，除將CKD 部分作為水泥生產原料使用外，還針對CKD 的化學和物理性能開發了很多種不同的用途。例如：替代部分混合水泥生產中的粉煤灰和粒化高爐礦渣摻合料、用於道路路基的固化、用於處理精煉和鑽井工業的一系列固體和液體危險廢棄物、用做阻水材料墊層和覆蓋料、用於農業土壤改良等。
1.CKD 用於混合水泥的生產
國外研究發現只摻CKD 的混合水泥的工作性能、凝結時間和強度有所降低。強度的降低是因為受到CKD 中的鹼性成分影響。如果CKD 和粉煤灰一起以一定比列摻入混合水泥，將提高水泥的強度，主要是因為粉煤灰能夠消除CKD 中鹼性成分的影響。總的來說，CKD 中的鹼、氯化物和硫酸鹽含量對混合水泥的性能影響很大。
2.用於道路路基的固化
在路面基礎建設中發現CKD 能充分發揮其火山灰性，具有穩定路基的作用。因為CKD 本身含有一定量的游離氧化鈣，所以CKD 可以代替石灰粉煤灰骨料道路基礎系統中的Ca（OH）2。庫存較長時間的CKD 游離氧化鈣含量偏低，這導致其套用性能相對較差。
CKD 混合物具有高抗凍融性、溶解性，一些水泥混合物早期強度發展快。剛出廠的CKD 與任何粉煤灰搭配使用都具有較高的強度，甚至比搭配熟石灰和粉煤灰使用的強度都高。與使用熟石灰達到同樣的強度相比，CKD 的用量相對要大的多。
3.用於處理精煉和鑽井工業的一系列固體和液體危險廢棄物
CKD 具有較好的吸收性和高鹼性能，使得它用於中和酸性原料PH 值的效果顯著，用於處理精煉和鑽井工業的一系列固體和液體危險廢棄物效果同樣顯著。在處理固體和液體危險廢棄物時需確定合適的處理工序，首先通過實驗室測定被處理物大致成分並抽樣檢測化學成分和有害物質，然後為凝固或處理原料製造合適的配料方案，之後開始處理。將處理料裝入一個容量處理罐，加入CKD，最後通過攪拌機攪拌均化。
4.用做阻水材料墊層和覆蓋料
CKD 與適量三級粉煤灰和矽灰一起使用時，可以被穩定固化。固化後的混合物抗滲性低於10–7cm/sec，經測試結果表明這些混合體具有一定的吸收重金屬能力，所以CKD 也被用作填填埋場表面覆蓋材料，可以防止暴風和雨水的侵蝕。
5.用於農業土壤改良
CKD 中石灰和鉀濃度含量高，在世界許多地區都將它作為土壤改良劑或化肥使用。CKD 具有中和抵消因多年耕作引起土壤酸化的作用，還可以提供鉀元素和其他一些微量元素，這些元素可被作物從土壤中直接吸收。
因為CKD 是粉狀的，直接使用比較困難，因此建議將CKD製成大顆粒或結塊後再在農業土壤中使用。另外，必須注意，不能使顆粒過於硬化，否則降雨等自然過程不能解散或分解顆粒，使得其中的有益元素無法釋放出來。
6.利用CKD 製備可控制性低強度材料
可控制性低強度回填料（CLSM）是一種自密實膠凝材料，主要作為填料密實土壤。CKD 的CaO 含量高低和燒失量大小對CLSM 的性能影響很大，比較CKD 的CaO 含量和燒失量，其中CKD 的燒失量是影響CLSM 的凝結性的主要因素。
7.已填埋CKD 的再利用
現在一些水泥廠開始將填埋的CKD 重新分離或提取後加以利用。因為CKD 成分與進窯原料接近，且含有部分處理過熟料成分，這使得CKD 具有較高的利用價值。但是以前填埋處理過的CKD 的化學和物理性質存變化很大。水泥廠需要對CKD 做全面的分析，在根據自身情況，選擇合適的處理方式。
