2019-08-16
水泥生產過程中不僅產生大量煙塵、粉塵，還生成二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、氟化物、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）等有害氣體污染大氣。粉塵治理已有成熟的技術與裝備，本文只對主要有害氣體的危害及其防治進行淺述。
1．主要有害氣體與危害
1．1二氧化硫（SO2）
水泥工業廢氣中的SO2、主要來源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，及在高溫氧化條件下生成的硫氧化物。對于新型干法生產來說，硫和鉀、鈉、氯一樣，是引起預熱器、分解爐結皮堵塞的重要因素之一，是一種對生產有害、需要加以限制的一種組分。由于在水泥回轉窯內存在充足的鈣和一定量的鉀鈉，所形成的硫酸鹽揮發性較差、有80％以上殘留在熟料中，因而在廢氣中排放的SO2、和其它工業窯爐（如電力鍋爐）相比，要少許多。而對于干法中空窯、立窯和濕法水泥生產工藝而言，所排放的SO2量、相對要比新型干法生產大得多。
SO2是含硫大氣污染物中最重要的一種。SO2為無色、有刺激性臭味的有毒氣體，不可燃，易液化。SO2是造成全球大范圍酸雨的主要原因。
1．2 氮氧化物（NOX）
在水泥生產過程中排放的NOx，主要來源于燃料高溫燃燒時、燃燒空氣中的N2在高溫狀態下與氧化合生成。其生成量取決于燃燒火焰溫度，火焰溫度越高、則N2被氧化生成的NOx量越多。在新型干法生產系統中，由于50％～60％的燃料是在溫度較低的分解爐中燃燒的，因此從新型干法生產系統中排放的NOx遠低于傳統生產方法。據估計，我國水泥工業每年排放的NOx約為100萬噸左右。
氮氧化物中，NO和NO2是兩種最重要的大氣污染物。
NO為無色氣體、淡藍色液體或藍白色固體，在空氣中容易被O3和光化學作用氧化成NO2。
NO2為黃色液體或棕紅色氣體，能溶于水、生成硝酸和亞硝酸，具有腐蝕性。NO和血紅蛋白的親和力比CO大幾百倍，動物接觸高濃度的NO，可出現中樞神經病變。NO2對眼和呼吸氣管有刺激作用，高濃度的NO2急性中毒能引起氣管炎和肺氣腫，嚴重者可導致死亡。NOX還可形成光化學煙霧、嚴重影響視野，NOX分級濃度的危害程度見表1。
表1 NOX 對人體危害程度
1．3 SO2、NOx與酸雨
酸雨是造成全球性環境污染的元兇之一。酸雨中含有多種無機酸和有機酸，絕大部分是硫酸和硝酸。二氧化硫和氮氧化物在大氣成雨過程中，被水氣凝結成的液滴吸收，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；含酸雨滴在下降過程中不斷合并、吸附、沖刷其它含酸雨滴和含酸氣體，形成較大雨滴，最后落到地面上，形成了酸雨。酸雨酸度過高，PH值降到5．6以下時，就會產生嚴重危害。它可以直接使大片森林死亡，農作物枯萎；也會抑制土壤中有機物的分解和氮的固定，淋洗土壤粒子中的鈣、鎂、鉀等營養元素，使土壤貧瘠化；還可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水體底泥中的重金屬、使之進入水中，毒害魚類；加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風化過程；還可危及人體健康。
1．4 氟化物
原料中含有氟的礦物質如螢石（CaF2）時，在高溫下會產生一種或多種揮發性含氟的無機化合物排放到大氣。若存在硅酸鹽化合物，則會形成SiF4排入大氣，SiF4進一步水解，生成氟化氫（HF）——氟化氫（HF）為無色氣體，在19．54℃以下為無色液體、極易揮發，在空氣中發煙，有毒，刺激眼睛，腐蝕皮膚。無水氟化氫為最強的酸性物質之一，對普通鋼材有強烈的腐蝕性。
四氟化硅（SiF4），無色非燃燒氣體，劇毒，有類似氯化氫的窒息氣味，在潮濕空氣中水解生成硅酸和氫氟酸，同時生成濃煙。
當含氟化合物在大氣中的殘留濃度超過允許的濃度時，對植物和動物生命，以致氣候都會產生顯著影響。
1．5一氧化碳（CO）
水泥煅燒過程中由于碳的不完全燃燒會產生少量CO，屬易燃物質。使用電除塵器處理窯尾廢氣時，常因廢氣中CO濃度過高而引起爆炸。CO為無色無嗅氣體，極毒！不易液化和固化，微溶于水。CO燃燒時在空氣中呈藍色火焰，能與許多金屬或非金屬反應，與氯氣反應生成極毒的光氣（COCL2）。在立窯窯面或檢修除塵器時，不時發生中毒事件。
1．6二氧化碳（CO2）
1．6．1水泥生產過程中CO2氣體的產生
水泥生產過程中CO2氣體主要由水泥熟料煅燒窯及烘干設備排放。
1．在水泥煅燒窯中排放的CO2，來源于水泥原料中碳酸鹽分解和燃料燃燒。當前，生產水泥熟料的主要原料為石灰石。普通硅酸鹽水泥熟料含氧化鈣65％左右，根據化學反應方程式（CaCO3＝CaO＋CO2）算出：每生產1噸水泥熟料生成0．511噸CO2。
2．由燃料燃燒所產生的CO2與耗用燃料的發熱量及數量有關。
水泥廠用的燃料煤發熱量為22000kJ／㎏時，約含有65％左右的固定碳，根據化學反應方程式：
C＋O2＝CO2 可知，碳完全燃燒時、每噸煤產生2．38噸CO2。
水泥生產對環保不僅是無害的，而且是有利的。單純的垃圾發電會產生有害氣體。而通過水泥窯協同處置就能把有害氣體處理掉。而這些有毒氣體一般為CO氣體、SO2氣體、NO2氣體，在處理的過程中，需要實時的監測這些氣體是否會泄漏到環境中。
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