Обезвреживание токсичных отходов при производстве цемента в развитых странах за последние десятилетия стало повседневной практикой [22]. Так, во Франции в 1996 г. работало 20 цементных печей, на которых было обезврежено 400 тыс. т токсичных отходов (более трети их количества в стране). В США на 22 цементных печах в указанном году было обезврежено 1,2 млн. т токсичных отходов. За счёт сжигания отходов во Франции в 1996 г. сэкономлено более 300 тыс. т мазута, а в США - не менее одного миллиона тонн угля. В этих странах приняты новые стандарты по контролю за отходящими газами цементных печей, при этом в США нормы на выбросы от цементных печей, сжигающих токсичные отходы, даже жёстче, чем на выбросы от обычных печей на полигонах по обезвреживанию опасных отходов.
Следует кратко остановиться на физико-химических процессах, протекающих при производстве цемента. Основными цементообразующими оксидами являются CaO, SiO2, Al2O3 и Fe2O3. Сырьём для производства цемента служат различные минералы, содержащие эти оксиды (например, мергель) или искусственно приготовленные смеси из известняка и глины. При их обжиге до 550оС происходят сушка и дегидратация минералов, с 550 до 900оС – разложение известняка с образованием СaО и СО2, а при 900-1450оС оксиды реагируют с образованием силикатов кальция, алюмосиликата и ферроалюмината кальция. Так, минералогический состав портландцемента (без добавок) содержит: 40-60% 3СaО.SiO2, 15-35% 2CaO.SiO2, 4-14% 3CaO.Al2O3 и 10-18% 4CaO.Al2O3.Fe2O3 .
Обезвреживание токсичных отходов при производстве цемента имеет следующие преимущества по сравнению с их сжиганием в специальных установках, описанных ранее:
- высокая температура в пламени – 2000оС;
- время пребывания газов при температуре выше 1200оС от 5 до 6 с, при требуемых 2с;
- избыток кислорода при сжигании и после него;
- высокая турбулентность;
- нейтрализация кислых газов (например, диоксида серы и хлористого водорода) оксидом кальция, присутствующим в большом избытке по сравнению со стехиометрически необходимым количеством;
- связывание тяжёлых металлов, находящихся в отходах, с включением в структуру клинкера (обожженная смесь оксидов); тяжёлые металлы обычно содержатся в сырьевых материалах и связываются в прочные соединения при спекании. Их добавка с отходами невелика и не превышает допустимых пределов;
- после очистки не образуются такие побочные продукты, как шлак, зола и шламы (мокрая газоочистка не требуется, а пыль после фильтров представляет собой готовый продукт или сырьевую массу);
- экономится энергетическое сырьё и уменьшается объем выделяющихся «парниковых» газов. Производство цемента требует большого количества энергии: на одну тонну клинкера расходуется 80 кг топлива. При сжигании токсичных органических отходов в цементных печах полезно используется 100% их энергетического потенциала, при термическом обезвреживании на полигоне – только та его часть, которая утилизируется в виде горячей воды и/или электроэнергии. Количество «парниковых» газов уменьшается пропорционально сэкономленному горючему;
- малые капитальные затраты.
При производстве цемента используется большое количество различных промышленных отходов, в том числе шламов очистных сооружений (органическая часть – в качестве горючего, минеральная – компонентов сырья, поскольку часто содержит значительное количество оксида кальция). В цементных печах нельзя использовать только радиоактивные и инфицированные медицинские отходы (из за сложности их подачи в печь).