水泥工业对环境的污染及其治理措施

武汉理工大学

水泥工业对环境的污染及其治理措施

刘明亮

（武汉理工大学 武汉 430070 ）

摘要：水泥工业是我国国民经济发展的重要基础性产业，我国是一个超级水泥大国，其水泥总产量已连续26年世界第一；但水泥工业是个高耗能、高污染的产业，在水泥的生产过程中，会对环境产生很大的污染，如粉尘污染、酸性氧化物SOx 和NOx及温室气体CO2的释放、噪音污染、重金属离子污染等。本文对这几种污染及其防治措施进行了简单的介绍。

关键词：水泥工业；污染；治理措施

Environmental pollution in cement industry and the control measures

Liu mingliang

(Wuhan University of Technology Wuhan 430070)

Abstract: Cement industry is an important basic industry in the economic development of China, China is a super-cement country, cement output of its 26 consecutive years ranks the first in the world; but the cement industry is a high energy and high-polluting industries, the cement production process in the environment have a great pollution, such as dust pollution, acid oxides SOx and NOx and CO2 release of greenhouse gases, noise pollution, heavy metals pollution. This prevention and control measures for these types of pollution are briefly introduced in this paper.

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Key Words：Cement industry; Pollution; The control measures

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目 录

前言 .................................................................................................................................................................................... 1 1 第一章 水泥工业粉尘污染及其治理措施 .................................................................................................................. 2

1.1 水泥厂尘源部位 .................................................................................................................................................. 3

1.1.1 破碎、运输及储存 .................................................................................................................................... 3 1.1.2 烘干机 ........................................................................................................................................................ 4 1.1.3 磨机 ............................................................................................................................................................ 4 1.1.4 立窑 ............................................................................................................................................................ 4 1.1.5 干法旋窑 .................................................................................................................................................... 5 1.2 水泥厂粉尘特点[3] ............................................................................................................................................. 5

1.2.1 烘干物料产生的烟气 ................................................................................................................................ 5 1.2.2 粉磨产生的废气 ........................................................................................................................................ 5 1.2.3 立窑的烟气 ................................................................................................................................................ 6 1.2.4 干法旋窑窑头、窑尾的烟气 .................................................................................................................... 6 1.3 水泥厂除尘难点与对策[4] ................................................................................................................................. 6

1.3.1 原材料的除尘 ............................................................................................................................................ 6 1.3.2 煤粉的除尘 ................................................................................................................................................ 6 1.3.3 生料粉的除尘 ............................................................................................................................................ 7 1.3.4 水泥粉的除尘 ............................................................................................................................................ 7 1.3.5 立窑烟气的除尘 ........................................................................................................................................ 7 1.3.6 旋窑窑头及窑尾烟气的除尘 .................................................................................................................... 8

2 第二章 水泥生产中有害气体及其防治措施[5] ......................................................................................................... 8

2.1 水泥生产过程中排放的有害气体 ...................................................................................................................... 8

2.1.1 CO2排放 ..................................................................................................................................................... 8 2.1.2 SO2排放 ...................................................................................................................................................... 9 2.1.3 NOX排放 .................................................................................................................................................... 9 2.2 降低有害气体排放的措施 ................................................................................................................................ 10

2.2.1 坚持不断地降低水泥工业的能源消耗 .................................................................................................. 10 2.2.2 通过各种措施，提高水泥熟料和水泥的质量 ...................................................................................... 10

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2.2.3 降低NOX排放的措施 ............................................................................................................................. 11 2.2.4 降低SOX排放的措施 .............................................................................................................................. 11

3 第三章 水泥厂中噪音污染分析及综合治理 ............................................................................................................ 12

3.1 水泥厂噪声污染的特点 .................................................................................................................................... 12 3.2 水泥厂噪声的危害[6] ....................................................................................................................................... 12 3.3 噪声污染综合治理途径[7] ............................................................................................................................... 13

3.3.1 采用低噪设备 .......................................................................................................................................... 13 3.3.2 合理布局噪声设备 .................................................................................................................................. 13 3.3.3 球磨机降噪 .............................................................................................................................................. 13 3.3.4 风机降噪 .................................................................................................................................................. 14

4 第四章 水泥生产中的重金属污染物及其治理 ........................................................................................................ 14

4.1 我国水泥生产中重金属的排放污染 ................................................................................................................ 15 4.2 结合我国水泥生产的实际情况来正确认识重金属的污染问题 .................................................................... 15 4.3 治理建议 ............................................................................................................................................................ 16 5 第五章 水泥企业生产过程中废水的排放和治理措施[17] ..................................................................................... 17 6 总结与展望 .................................................................................................................................................................. 17 7 参 考 文 献 ................................................................................................................................................................ 19

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前言

水泥工业是我国国民经济发展的重要基础性产业，数据分析表明，水泥工业的发展速度和国民经济发展速度密切相关，在我国国内生产总值发展速度较快的时期往往也是水泥产量增长较快的时期，见如下图1、图2。

图1 我国不同时期水泥产量和GDP 的关系 图2 我国1978～2007 年水泥产量

改革开放以来，我国水泥工业发展迅猛，已经成为世界上最大的水泥生产和消费国，2005 年我国水泥产量1016 亿t，占世界总产量的48%左右，从1985 年起到2010 年，我国水泥产量已连续26年位居世界第一位。据初步统计，我国2007 年水泥产量达到1316 亿t[1]，同比1978 年增长了近21倍，从1978～2007 年，我国水泥产量年均发展速度达到11 %见图1。

我国水泥工业的快速发展主要得益于我国经济的快速发展，同时又对我国经济保持快速发展提供了重要的物质基础支持。2010年我国水泥总产量达到18.7亿吨，约占全球总产量的60%，在数量上堪称世界水泥超级大国了，但这18.7亿吨的产量却是由数千家水泥厂、数万座窑炉来完成的，平均每个厂的生产规模约10多万吨，不足先进国家平均规模的1/10。若将我国水泥行业所有窑炉的烟囱和粉磨设备的排气筒按间距1公里排列，其长度足可以绕地球赤道两周。当前水

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泥工业不容乐观的污染问题由来已久，限于当初我国的历史条件及人们的认识水平，致使有关决策乏远见，造成历史上一度“小水泥“一哄而上。这些以立窑工艺为主、产品质量无保障、资源利用率低且污染严重的“小水泥” 。

我国水泥工业污染情况及存在的严重危害主要表现在以下几个方面：水泥生产过程中的粉尘污染、酸性氧化物SOx 和NOx及温室气体CO2的释放、噪音污染、重金属离子污染等。

而当前国际水泥工业的发展趋势是以节能、降耗、环保、改善水泥质量和提高劳动生产率为中心，走可持续发展的道路。社会与文明进步要求我国水泥工业的发展在满足国民经济发展的同时，还应减少环境污染，并最大限度地将人类活动中排出的废弃物和垃圾加以利用。因此我们必须吸取发达国家水泥工业发展的正、反两个方面的经验，结合国情，将长远和近期利益密切结合起来，制定可持续发展战略，紧紧围绕提高水泥产品质量、提高行业劳动生产率、节约能源和资源、利用废料、环境保护等方面发展水泥工业，做好各项工作[2]，使之向绿色工业迈进。

1 第一章 水泥工业粉尘污染及其治理措施

水泥厂中无论哪个生产环节都会产生大量粉尘并随废气排出. 根据水泥生产工艺中“两磨一烧”的三个环节将水泥除尘系统分为原材料制备系统(含石灰石破碎、粘土烘干、生料粉磨以及煤磨系统的除尘) 、熟料烧成系统(按窑型分旋窑除尘和立窑除尘)和水泥制成系统(水泥磨除尘和水泥包装及散装除尘) . 其中原材料制备(原料烘干除外) 和水泥粉磨过程中排出的气体一般为常温含尘气体，而原料烘干过程排出的气体一般是高温气体;立窑和旋窑窑尾、窑头(冷却机) 排出的含尘气体也是高温气体. 典型的干法旋窑水泥生产工艺流程如图3 所示

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图3 水泥生产工艺流程示意图

1.1 水泥厂尘源部位

1.1.1 破碎、运输及储存

水泥厂的破碎机按进料不同，可分为石灰石、石膏破碎机和熟料破碎机;按施工破坏力的不同，可分为冲击型和挤压型二种. 其中冲击破碎机的产品粒度较细，进入除尘器的气体的含尘浓度远大于挤压式破碎机. 由于破碎机工作时的冲击、挤压和摩擦等机械作用会产生部分热能使粉料温度上升，但上升不会太高.

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水泥厂运输原料的方式有皮带机、螺旋输送机和斗提机等. 由于在下料点处会产生扬尘，尤其是大型斗提机，会在物料进口处产生较强的扬尘. 原料储存有堆场和库存的方式，按原料种类可将储料库分为生料原料库、熟料库和水泥库等. 当物料从储料库库顶的放料口进入的同时会带入气体，在库仓内形成正压而使粉尘外泄.

1.1.2 烘干机

水泥厂采用的烘干方法，除自然烘干外，主要有两种，一种是粉磨过程中同时进行烘干，另一种是设置单独的烘干设备. 国内水泥厂烘干设备一般有回转烘干机、立式烘干机、悬浮烘干机和流态烘干机，而使用较为普遍的是回转烘干机. 烘干设备排出的废气是水泥厂主要的粉尘排放源，尤其是粘土排放系统. 其它需烘干的物料还有页岩、矿渣、钢渣和煤等。

1.1.3 磨机

磨机废气排放主要用于磨机内的通风。水泥厂的磨机包括生料磨、矿(钢) 渣磨、水泥磨和煤磨等。磨机消耗的能量大部分转化成热能使原料中的水分在粉磨过程中蒸发。当进磨物料水分高于2 % 时，必须采用烘干兼粉磨工艺，如生料磨和煤磨。不带烘干的生料磨有钢渣磨等。绝大部分水泥厂的旋窑是以煤粉作燃料，而煤粉气体颗粒较小，且是一种易燃易爆气体。

1.1.4 立窑

立窑采用的是半干法生产技术。 由于各厂的原料、配料和煅烧方式(分明火、浅暗火和深暗火) 不同，使立窑烟气的含尘浓度、含湿量、废气温度等工况条件变化很大，废气的成分也较复杂。立窑窑面湿料层的厚度直接影响立窑烟气的温度和含尘浓度.深暗火操作时，湿料层厚度达1000 mm 以上，通过湿料层的吸热和过滤作用，烟气的温度降低(一般都低于50℃)，含尘浓度也降低

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(5 g/m3 左右)；明火操作时，废气温度达250 ℃以上，含尘浓度超过20g/ m3。暗火操作则介于二者之间.

1.1.5 干法旋窑

干法旋窑生产工艺中，生料由窑尾悬浮预热器下料口喂入后，逐级与窑内的热气流进行充分热交换并实现气体粉尘与固体颗粒的分离，完成预热、分解和烧成后而产生的烟气则由窑尾预热器出风口排出，而烧成的熟料则由窑头经冷却后排出，因此干法旋窑窑尾排出的烟气非常复杂，既含有生料带入的飞灰，又含有经过一系列物理化学反应而形成的大量烟尘气体. 干法旋窑窑头冷却机的作用是由高压鼓风机鼓入强烈的冷空气，使高温熟料得到急剧冷却，而冷空气与熟料进行热交换后，一部分作为二次空气进入旋窑，多余的废气可利用其部分或全部作为其他用途的热源，或经收尘后排入大气。

1.2 水泥厂粉尘特点[3]

1.2.1 烘干物料产生的烟气

烘不同物料所产生的烟气的特性有所不同，但一般含尘浓度比较高，含湿量大且波动范围大，露点温度高，正常情况下废气温度较低，废气中粉尘粒径范围宽且有一定的腐蚀性。

1.2.2 粉磨产生的废气

生料磨废气中的含湿量因各厂工艺不同区别较大。水泥磨入磨物料都是干料，其排风含湿量低，一般无结露危险，粉尘粒径较小。随着水泥工艺技术的进步，高效选粉机的使用会使水泥磨排出的灰尘浓度越来越高，有时会超出1000 g/ m3。

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1.2.3 立窑的烟气

立窑烟气的治理难度不是其烟气量大(比旋窑窑尾废气量小得多) ，也不是其粉尘浓度高(立式磨和O-Sepa 选粉机的排放浓度几十倍甚或上百倍于它) ，而是其烟气的“湿、蚀、变”的特殊工况。“湿”指烟气含湿量大，露点温度高，酸露点温度更高；“蚀”指含腐蚀性烟气，尤其是添加复合矿化剂后氟酸的腐蚀尤为强烈；“变”指废气量、含尘量、温度、湿度和粉尘比电阻值等参数随工艺操作条件的频繁变化，而波动范围较大。

1.2.4 干法旋窑窑头、窑尾的烟气

干法旋窑窑头（冷却机） 的烟气主要为冷却熟料的废气，具有颗粒粗且干燥，温度高且波动大，粉尘浓度一般较小的特点。干法旋窑窑尾烟气的特点是：烟气量大，温度高，粉尘浓度高，粉尘细而粘、比电阻值高且含有酸碱氧化物等腐蚀性烟气。窑单体操作与窑磨联合操作相互转换时，进入除尘器烟尘的工况变化较大。

1.3 水泥厂除尘难点与对策[4]

1.3.1 原材料的除尘

原材料的破碎、输送与储存过程中的扬尘点近年来改用袋式除尘器，将几个扬尘点集中除尘. 但对扬尘点除尘器的选型，清、卸灰参数的确定及滤料选用存在许多问题. 解决方法一般有:针对不同类型的破碎机. 如在过滤风速上选择冲击式小于积压式破碎机，因为冲击式破碎机的微细粉尘易造成袋式除尘器穿袋。

1.3.2 煤粉的除尘

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由于含煤粉气体易燃易爆，成堆的煤粉在一定条件下也会自燃，所以煤磨系统除尘设备必须考虑防燃防爆、安全卸压问题，如在除尘器上设防爆阀.同时煤磨用袋式除尘器必须采用抗静电滤料（如纤维防静电混纺织物），防止由于静电引起燃烧、爆炸事故。

1.3.3 生料粉的除尘

生料磨除尘的难点是原材料中的水气致使除尘设备结露，尤其在冬季，其关键是保温和抗结露，必要时可在磨机出口处装一小型热风炉，使废气温度高于70℃.同时冷空气的漏入也会使磨内烟气温度接近露点温度而引起普通生料磨除尘器结露，时间一长滤袋就会板结，使清灰效果恶化，故应采取措施以保证漏风率低于2%.不带烘干的生料磨可采用常温脉冲袋式除尘器。

1.3.4 水泥粉的除尘

当前水泥磨主要采用“气箱脉冲袋除尘器”这种除尘器因采用压缩空气清灰，清灰力度较大。采用“气箱脉冲袋除尘器”的同时，还要选择能够处理高浓度含尘气体的滤料，如薄膜覆合聚酯针刺毡具有独特的交叉微孔特性，可实现近于零排放，并且阻力低而稳定，过滤速度快(1.5m/min)，对吸湿性强、易粘结硬化的粉尘具有良好的剥离性。薄膜覆合聚酯针刺毡的正常使用寿命可达3～8年，可保证废气的粉尘排放浓度低于20 g/ m3 。

1.3.5 立窑烟气的除尘

目前，国内已有2000 多台玻纤袋式除尘器成功地运用于立窑烟尘污染的治理。另外，将传统的玻纤袋式除尘器的钢结构外壳设计成砖混结构，可以使因立窑烟气腐蚀除尘器壳体而使除尘器失效的问题得以解决.

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1.3.6 旋窑窑头及窑尾烟气的除尘

目前，国内干法旋窑窑尾有不少带余热发电锅炉，烟气温度一般为200～240℃，露点为35℃左右，可直接使用“玻纤脉冲袋式除尘器”，过滤风速经济值为0.8～1.0 m/min。烟气不需冷却但要做保温措施。因为在通风不良的烟气滞留区，除尘器外部的局部仍可能低于露点。

2 第二章 水泥生产中有害气体及其防治措施[5]

2.1 水泥生产过程中排放的有害气体

2.1.1 CO2排放

在水泥生产过程中CO2气体主要由水泥熟料煅烧窑及烘干设备排放。在水泥煅烧窑中排放的CO2，其来源于水泥原料中碳酸盐分解和燃料燃烧。当前，中国水泥市场所供应的水泥品种，主要是由硅酸钙为主要组分的水泥熟料所生产的。生产水泥熟料的主要原料为石灰石。为了保证水泥熟料有高的质量，必须保证水泥熟料中有较高的硅酸钙矿物含量， 通常要求达到75% 以上，其中C3S含量要求在60% 以上，因此在水泥生产中不可能通过降低配料中石灰石的用量来减少CO2气体的排放。每生产1吨水泥熟料约消耗1.3吨石灰石。以我国2008 年水泥年产量已达13.9亿吨计算， 每吨水泥平均耗用0.72吨熟料， 每年用于生产水泥的石灰石达13亿吨。因此每年锻烧水泥熟料仅石灰石分解所产生的CO2就达5.1亿吨左右。

在水泥生产过程中，CO2排放的另一重要来源是燃料燃烧。很明显，由燃料燃烧所产生的CO2与耗用的燃料量有关。随着水泥工业技术的不断进步，特别是新型干法技术的全面采用，水泥工业熟料烧成热耗已有大幅度的下降。先进的干法生产线熟料热耗在105kg标煤/t熟料左右，而小型干法生产线或其它生产方法的熟料热耗在130-200kg 标煤/t 熟料之间。我国水泥熟料平

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均热耗约在135kg标煤/t 熟料左右，按此估计，我国水泥工业年需消耗标煤约15750万吨，由于燃料燃烧年排放的CO2 达4.94亿吨左右。因此，采用先进生产技术，降低水泥熟料烧成热耗是减少CO2排放的重要有效途径。

2.1.2 SO2排放

水泥工业废气中的SO2主要来源于水泥原料或燃料中的含硫化合物，在高温氧化条件下生成的硫氧化物。对于新型干法生产来说，硫和钾、钠、氯一样，是引起预热器、分解炉结皮堵塞的重要因素之一，是一种对生产有害的成分，是需要加以的一种组分。在带旋风预热器的烧成系统内，存在钾钠氯硫的内部循环。对硫来说，在高温条件下，生成的硫氧化物可以和氧化钙、氧化钾、氧化钠生成矶酸盐，在低温端它们被冷凝后随物料重又进人高温区，在这里一部分硫酸盐再次被挥发，重新随高温气流到达窑系统的低温端。而绝大部分硫酸盐随熟料一起被排出系统。由于氯化物的挥发性强于硫酸盐，氯化物内循环对烧成过程的影响远大于硫酸盐，在某些情况下，当钾钠含量偏高时，适当在原料中增加一些硫的含量或选用较高硫含量的燃料，控制硫碱比在适当的范围内，可以缓解钾钠对烧成的不利影响。可以认为，由于在水泥回转窑内存在充足的钙和一定量的钾钠，所形成的硫酸盐挥发性较差而80%以上残留在熟料中，因而在废气中排放的SO2相比其它工业窑炉，如电力锅炉要轻微得多。相反，在电力锅炉的脱硫技术中往往有采用石灰石作为脱硫剂的。而对于干法中空窑、立窑和湿法水泥生产工艺而言，所排放的SO2量相对要比新型干法生产大得多。据有关专家估计，我国水泥工业每年排放的SO2约为120万吨。

2.1.3 NOX排放

在水泥生产过程中排放的NOX主要来源于燃料高温燃烧时，燃烧空气中的N2在高温状态下与氧化合生成。其生成量取决于燃烧火焰温度，火焰温度越高，则N2被氧化生成的NOX量越多。在新型干法生产系统中，由于5-60%的燃料是在温度较低的分解炉中燃烧的， 因此，从新型

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干法生产系统中排放的NOX远低于传统生产方法。此外，在还原性气氛条件下，由于存在CO、H2等还原性气体，在生料中存在的Fe2O3和Al2O3的催化作用下，可以将已被氧化生成的NOX还原成为无害的N2，从而大大降低了NOX 排放。NOX的这一反应机理，为水泥窑降低NOX排放的措施指出了努力方向。据估计，我国水泥工业每年排放的NOX约为100万吨左右。

2.2 降低有害气体排放的措施

通过新型工业化的道路，在大力发展新型干法生产的同时，不断吸取国内外现代科学最新理论及高新技术成果，尤其是降低环境负荷、保护环境方面已取得的丰硕成果，使水泥工业迅速向“环境材料型”产业转变，是水泥工业在提高经济效益的同时，克服和减小对环境的危害，保持持续快速发展的必由之路。为了降低水泥工业对大气污染的影响，可以采取下述措施。

2.2.1 坚持不断地降低水泥工业的能源消耗

如上所述，我国水泥工业降低熟料烧成热耗和水泥综合电耗的潜力十分巨大。以烧成热耗为例，如果我国熟料烧成热耗都能降低到当前国内的先进水平，则熟料烧成热耗一项可节约22%，由于燃料燃烧可减少CO2排放量达0.375亿吨，相当于水泥工业减少了CO2排放 9.5%。我国水泥综合电耗在110-130 KWh/t，而国外水平仅为 90-100 KWh/t，节约潜力在20%-30%，显然，节电间接地降低了水泥工业对大气的污染。

2.2.2 通过各种措施，提高水泥熟料和水泥的质量

从目前的生产工艺和条件来看，水泥熟料不大可能脱离以硅酸钙为主要成分。其主要原料为石灰石，且必须经过高温煅烧，因此，CO2、SO2、和NOX的排放在所难免。但是通过提高水泥熟料质量，生产高性能的水泥，降低水泥在混凝土中的用量，或者通过多掺或掺人优质混合材的

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措施，降低水泥中的熟料用量，显然这也是降低水泥工业对大气污染的重要措施。

2.2.3 降低NOX排放的措施

据资料介绍，烟气中的氮氧化物(NOX) 主要为N2、NO等。窑在高温作业时，熟料中的氮及空气中氮与氧化物生成NO等氮氧化合物，其生成数量与燃烧温度、火焰中的过量氧的多少、烟气在高温下经过的时间等因素有关。温度越高，生成的NO量越多，生成NO所需的时间也越短，一般情况下，生成的NO不分解，也极少氧化成NO2据报道，目前已有许多方法可以降低NOX 排放。有些方法已在水泥工业中成功应用， 现介绍如下：a.选择性非催化还原法 b.采用低NOX 排放的分解炉

2.2.4 降低SOX排放的措施

据资料介绍，SO2仪是一种有臭味的窒息性无色气体， 是污染大气的主要毒气， 对人类和生物的危害也很大。SO2在空气中停留时间为几小时至一周时，在下雨或下雪时降到地面，但数量仅为20%。SO2在大气中氧化后遇到水蒸气，就变成硫酸烟雾而长期在大气中存在，其毒性比SO2高10倍，例如大气中SO2浓度为8×10-6时，人感到有刺激作用，而当硫酸雾浓度为0.8×10-6时，人就感觉到难受，当空气中有尘粒与SO2同时存在时，能产生烟雾，若当尘粒为SO2时，能促进空气中的SO2氧化，生成硫酸液沫，该液沫附着在烟尘上或凝聚在雾核上，进人人的呼吸系统，使人得癌症、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等多种呼吸道疾病。SO2及由它转化的酸雨，会威胁植物的生长，降低其生长率，污染江河湖泊，毒死水生动物。SO2还能腐蚀铁、铜、镍，损害CaCO3质建筑材料，能降低布匹的强度和使纸发脆，对皮带有亲和性，并使其强度下降。SO2在大气中存在，还会影响能见度、天文观察和太阳辐射。目前世界各国研究防止SO2 的方法很多，但其技术成熟、效果较好的是排烟脱硫。目前一般采用干法和湿法脱硫，湿法也是今后的发展方向。

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3 第三章 水泥厂中噪音污染分析及综合治理

按噪声产生的机理，噪声源可为机械噪声、空气动力噪声、电磁噪声和燃烧噪声。就水泥厂而言，其磨机、破碎机等工作时产生机械噪声，风机工作时产生空气动力噪声，电机工作时产生电磁噪声。因此，水泥企业噪声源的性质较复杂。

3.1 水泥厂噪声污染的特点

水泥厂噪声的特点是：声源点固定，声源种类复杂、声源分布广，声压级别高，如原料磨、煤磨、水泥磨、风机、空压机等声压级都在85~1050dB，属于强噪声源。

(1) 磨机噪声污染。磨机是水泥厂重要的粉磨设备，水泥厂生产过程中，磨机主要用于煤粉、生料和水泥的制备。以球磨机为例，工作时筒体转动，钢球与钢球、钢球与筒体、钢球与物料等相互撞击后产生的机械噪声由筒体表面向外辐射，声压级在85～105 dB 左右， 峰值频率为500~2000Hz 之间。其特点是噪声级高、频带宽、传播距离远，不仅影响操作工人的身体健康，而且对周围环境造成严重污染。新型干法水泥厂基本上采用立式磨粉磨生料， 生料磨的噪声较传统管磨低。

(2) 风机。风机是水泥厂主要的排风和供风设备，如水泥厂水泥磨、原料磨、窑尾、电除尘器等都有排风机。风机工作时由于进出口空气摩擦及风机振动会产生噪声，其噪声特点是声压级高， 频带宽。

3.2 水泥厂噪声的危害[6]

研究结果还表明，长期工作在噪声环境中，还会导致肠胃功能紊乱，如消化不良、食欲不

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振、恶心呕吐等；易患心血管系统疾病，如冠心病和高血压的发病率比正常情况高出2~3 倍；噪声对视觉器官也会造成不良影响，如会导致眼痛、视力减退、眼花等症。可见，噪声对人健康的危害是多方面的，应引起水泥企业的重视。

3.3 噪声污染综合治理途径[7]

3.3.1 采用低噪设备

用立磨或辊压机替代管磨机。立式辊磨是通过挤压原理对物料进行粉磨，产生的噪声低于靠冲击力对物料进行粉磨的管式磨约20dB(A)。采用低噪声型的离心风机、三叶罗茨风机、螺杆式压缩机；或采用加工精度较高的进口设备，都可降低噪声。

3.3.2 合理布局噪声设备

水泥厂应综合考虑噪声设备整体布局的合理性。高噪声的磨机、风机等噪声设备所在车间的布置，应尽可能远离厂前区、车间办公室、化验室等对噪声敏感的区域。如果条件允许，可用仓库、食堂、围墙等对噪声不敏感的建筑物做屏障隔声，或利用自然地形降低噪声。

3.3.3 球磨机降噪

球磨机是水泥厂重要的设备，也是水泥企业的强噪声源，其声压级可达105 dB，通常采用隔声罩、隔声屏、筒体阻尼包覆、用橡胶衬板代替锰钢衬板、非球形钢研磨体等措施进行降噪，仅能降噪100dB左右，降噪效果不理想，要使噪声级降低到85 dB 以下，较理想的途径是采用隔声室。

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隔声室降噪就是将球磨机运转区域进行封闭，降低球磨机噪声。一般水泥企业的球磨机房为两面或三面砖墙，砖墙本身的隔声量和阻尼作用已经很大，一般不做考虑。隔声室设计时，重点是考虑门、窗和磨房内墙的吸声处理。

3.3.4 风机降噪

风机也是水泥厂一大噪声源，特别是新型干法水泥厂的窑尾排风机和熟料篦式冷却机风机，噪声高达105 dB(A)。对风机进行降噪处理，是减小水泥企业噪声污染的重要方面。

(1)风机的进出风管道安装消声器。在气流通过的管道内，将超细矿渣棉、矿渣棉玻璃丝、工业毛毡等多孔消声材料与管道内壁紧密接触，吸收噪声。消声材料的厚度可根据噪声的频率选择，高频噪声应选用较厚的消声材料，消声材料厚度小时对低频声的吸收效果较好。

(2) 根据消声量确定消声器长度和消声弯头的数量。消声器有效长度长，采用消声弯头时，消声效果好，但压力损失大，较高的气流速度又会产生新的噪声。

(3) 风管用阻尼材料外包扎减少通风风管传播噪音，使用阻尼涂料粉刷风机、风管。

(4) 增大增重风机、电机基础及采用橡胶隔振垫等隔振措施，也可用密封罩密封风机等。

(5) 风机房屋采用吸声的墙体，如多孔混凝土砌块、内贴吸声材料，或采用双墙隔声墙处理等。

4 第四章 水泥生产中的重金属污染物及其治理

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随着水泥工业的发展，许多废弃物作为代替原料被广泛的应用于水泥生产，减少了资源消耗，有利于水泥行业的可持续发展[8-12]。但在带来经济效益的同时，也带来了环境污染的问题。废弃物的种类繁多，其组分非常复杂，一些有害组分会随着废弃物和其它原材料被引入，部分有害组分在生产过程中会排放出来，造成环境污染。其中，Hg、Pb、Cd 等重金属的排放污染问题尤为值得注意。

4.1 我国水泥生产中重金属的排放污染

我国有不少水泥厂利用废弃物取代部分原料煅烧水泥熟料[8-12]，以降低成本，但相当部分水泥厂仅关心其经济效益，对环境污染的问题却没有足够的重视。

一些立窑水泥厂利用Pb、Cd 等重金属含量较高的铅锌尾矿、废渣代替部分原料，取得了提高水泥质量，降低成本的效果，但却忽视了重金属的排放污染。对YH、MS 等几家立窑水泥厂的入窑生料、熟料及周围土壤进行取样，检测重金属Hg、Pb、Cd 的含量，结果表明：绝大部分的Hg 会逸放出来，Pb 和Cd 的逸放率高达84%～90%，且周围的土壤已受到重金属污染，破坏生态平衡，对水泥生产中Hg、Pb、Cd 逸放污染的防治刻不容缓。

4.2 结合我国水泥生产的实际情况来正确认识重金属的污染问题

水泥生产中重金属的排放污染不仅跟生产原料有关，而且受到生产过程中各种工艺因素的影响，如温度、窑型等，必须结合我国水泥生产的实际情况，才能更好的认识重金属的排放污染问题。

德国水泥研究所曾对带悬浮预热器和炉篦式加热机的回转窑系统中一些微量元素的挥发性进行研究，并把这些微量元素按其挥发性分为不挥发、难挥发、易挥发、高挥发四个等级。属不挥

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发类的重金属元素有Zn、V、Be、As、Co、Ni、Cr、Cu、Mn、Sb、Sn；难挥发类的有Pb、Cd；易挥发类的有Tl；高挥发类的有Hg[13]。易挥发和高挥发类的重金属元素比较容易引起人们的重视，但对于不挥发类和难挥发类重金属元素则存在着一些认识的误区，认为其对环境影响不大，对此应有正确的认识。

首先是难挥发类的重金属Pb、Cd 的问题。Pb 和Cd 在不同的水泥窑中的排放率差别很大。带悬浮预热器的回转窑具有强氧化条件，Pb 和Cd 在水泥熟料煅烧过程中形成硫酸盐和氯化物，并在700～900 ℃温度范围内冷凝，于预热器窑系统内形成内循环，很少被带出窑系统外，故其排放率比较低。但在立窑中，热废气穿过水泥生料球层，生料球层对废气的冷凝吸附能力远低于悬浮预热器窑的粉料幕，故Pb和Cd的排放率远高于悬浮预热窑[14-15]。我国有相当部分水泥生产使用的是立窑，且水泥窑的收尘设备还不够完善，在此情况下，会有更多的Pb 和Cd 会随含尘废气排放。发达国家的水泥厂大部分使用带悬浮预热器的回转窑，尽管其废气Pb 和Cd 排放率较低，但仍制定了排放的法规。我国大部分使用的是Pb 和Cd 排放率较高的窑型，更有必要制定相关的环保法规。

其次，对列为不挥发类的重金属元素的污染问题也应有正确的认识。随原燃料带入水泥窑的重金属等组分可以有几个去向：(1)结合到熟料中；(2)以气相的形式随废气排放；(3)以固相的形式随粉尘排放；(4)沉积于窑灰中[13,16]。不挥发类的重金属元素大部分可与熟料结合，但存在着一定的极限量，当重金属含量超过其限量，其逸放率就会大幅增加，对环境造成污染。因而，不能因为某些重金属元素属于不挥发类元素，就对其不作监控。

4.3 治理建议

利用废弃物作为代替原料应用于水泥生产，有利于水泥行业的可持续发展，但不可忽视其带来的环境污染问题，尤其当使用Hg、Pb、Cd 等重金属含量较高的废弃物时，尤需注意。不同水

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泥窑中重金属的排放率差别很大，在立窑水泥生产中，绝大部分的Hg会逸放出来，Pb 和Cd 的逸放率高达84 %～90 %，且周围的土壤已受到不同程度的重金属污染。因此，必须加强对水泥厂所排放废气、粉尘的处理，减少重金属等有害组分随之排放污染；淘汰立窑，大力发展新型干法窑；同时，应进一步完善控制水泥生产排放污染的相关法规，增列重金属等有害组分的排放限量，并制定水泥生料中重金属限量等规定，从源头防治水泥生产中重金属的排放污染。

5 第五章 水泥企业生产过程中废水的排放和治理措施[17]

水泥企业生产过程中一般并不直接产生废水，仅各类磨机、回转窑、空压机等高温、高速运转设备需要冷却水，冷却水不直接与原燃料及成品接触，仅作为热交换介质，除水温略有升高外，水质基本不发生变化，设备冷却水可循环使用。水泥生产企业产生的废水主要为洗涤、冲厕等生活污水，有机物含量较高。废水经生化处理达到《污水综合排放标准》(GB78—1996)后，建议用于厂区绿化、洒水，做到厂内消化不外排。根据《室外给水设计规范》（GBJ13—86）和《建筑给水排水设计规范》（GBJ15—88，98 修订)中关于浇洒道路、绿化用水量定额指标，浇洒道路为2L/m2·次，绿化为4L/m2·次，按厂区道路、广场每天洒两次水，绿化每天浇一次水，在非雨季节，该部分废水用作厂区广场洒水降尘、厂区绿化及道路洒水，一般并不存在富余情况。考虑到雨季连阴天，可在厂区专门设置一个蓄水池，满足约三周的蓄水量，用以储存天晴时备用，厂区实现废水“零”排放是可行的。

采矿及运输过程不产生生产废水，产生的废水主要来自矿山工业场地的综合办公室、工人休息室、厕所等处，主要是生活污水，除含悬浮物和有机物外，不含有毒物质。生活污水经地埋式污水处理一体化装置处理，用于矿山绿化、洒水，因此对外界环境影响不大。

6 总结与展望

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水泥生产企业应采用国内外先进的生产工艺和装备，充分利用各类工业固废及窑系统余热，实现节能降耗和可持续发展的目标，对废气、噪声、废水、重金属等各类污染源采取可行的治理措施，以确保废气、噪声稳定达标排放，努力做到废水对外“零”排放；对采石场进行植被恢复措施可在一定程度上减轻工程建设对生态环境带来的负面影响。同时缓解矿石开采对矿区附近居民生存环境的影响，增加当地居民收入，促进社会安定。

为了使水泥工业成为可持续发展的行业，必须通过新型工业化的道路，采用国内外成熟的先进科学和技术，节能降耗，提高水泥质量，降低对环境的污染，使水泥工业迅速转变成为环境材料型的产业，这是每一个水泥生产、科研设计者所面临的紧迫任务之一。

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