预测城市固体废弃物在水泥窑中协同处置时氯的归宿：转化、熟料固存与窑循环

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Predicting Chlorine Fate during Municipal Solid Waste Co-processing in Cement Kilns: Transformation, Clinker Retention, and Kiln Cycling

　　本文系统研究了水泥窑共处理城市生活垃圾（MSW）过程中，源自MSW的有机氯（O-Cl）的转化行为，以及其对水泥熟料矿物学和水泥水化的双重影响。研究以聚氯乙烯（PVC）作为模型化合物来模拟MSW中有机氯的转化。**研究背景：**- 水泥生产约占全球人为CO?排放的7%，其中熟料生产贡献了70%-80%的排放。- MSW兼具燃料和原料的双重角色，已被广泛应用于水泥窑共处理，但MSW中氯含量（0.15%-1.94%）远超常规原料（<0.03%），对窑内运行和熟料性能产生不利影响。- MSW中的氯分为无机氯（主要为NaCl）和有机氯（O-Cl，如PVC中的氯）。此前研究多采用MSW焚烧飞灰进行实验室研究，但MSWI飞灰中的氯以挥发性盐类为主，与MSW中O-Cl的形态和转化行为存在显著差异。**研究方法：**- 将含PVC的水泥生料（CRM）分别在950°C、1200°C和1450°C下煅烧，模拟分解炉和窑内温度条件，测定残余氯含量和氯挥发率。- 采用FactSage热力学计算分析氯在不同温度下的相平衡与物种分布。- 建立了动态稳态水泥窑模型，模拟窑内氯的内部循环过程。**主要发现：**1. **O-Cl转化产物：** 在实验室炉中共处理PVC与CRM时，释放的O-Cl被捕获形成氯铝酸盐相C??A?Cl?和Alinite。2. **熟料矿物相影响：** 当初始氯含量为0.50%和1.0%时，C??A?Cl?和Alinite保留在水泥熟料中，改变了熟料矿物组成。3. **水泥水化性能：** 水泥最高强度出现在熟料氯含量为0.74%时，表明适度的氯含量有利于水泥水化性能。4. **氯循环模型：** 基于回转窑内常规原料氯挥发率建立了氯循环模型。模型模拟表明，熟料中0.74%的氯含量对应初始原料中0.51%的氯含量，揭示了在持续氯循环条件下初始氯含量与熟料残余氯含量之间的定量关系。5. **氯挥发行为：** O-Cl在煅烧过程中转化为氯盐（如NaCl、KCl、CaClOH等）和HCl，部分挥发性氯盐在窑内高温区域被富集循环，部分通过旁路放散系统排出。**研究意义：**- 揭示了MSW中O-Cl在水泥窑共处理中的完整转化路径，弥补了O-Cl热行为的系统研究空白。- 建立了氯循环定量模型，为优化旁路放散比和确定可接受的原料氯含量提供了理论依据。- 明确了熟料中氯的适宜控制范围，有助于实现水泥窑大规模共处理MSW技术的推广应用。**作者信息：** 来自华中科技大学环境科学与工程学院，通讯作者为梁莎教授。研究获国家重点研发计划（2019YFC1904003）和湖北省科技攻关项目（2025CSA138）资助。**补充说明：** 作者声明使用Gemini进行了语言润色，但该工具未影响研究设计、数据分析、结果和结论。各作者分别参与了写作、研究指导、实验执行、数据整理和方法学设计等工作。