Главная ↓

Хром VI в цементе: откуда берётся и как перейти на безхромовую футеровку

Откуда в цементе шестивалентный хром, какая норма действует в ЕС, почему восстановителя мало и как по шагам перевести зону спекания на безхромовый периклазошпинельный кирпич.

Шестивалентный хром (Cr⁶⁺, хром VI) попадает в цемент из сырья, топлива, мелющих тел и из хромсодержащей футеровки печи: в окислительной среде со щелочами трёхвалентный хром переходит в растворимые хроматы. Хром VI вызывает аллергический дерматит у строителей и относится к канцерогенам, поэтому в ЕС его содержание в цементе ограничено 2 мг/кг. Часть проблемы закрывают восстановителем при помоле, а источник в печи убирают переходом на безхромовый периклазошпинельный кирпич.

Коротко

  • Предел для растворимого Cr⁶⁺ в цементе в ЕС — 2 мг/кг (0,0002 %) от сухой массы цемента, Регламент REACH, приложение XVII, пункт 47.
  • Источники хрома: сырьё, топливо, износ мелющих тел и броней мельниц, хромсодержащий огнеупор зоны спекания.
  • В кирпиче ПХЦ и ПШЦ по ГОСТ 21436-2004 — от 7 до 18 % Cr₂O₃; в печи часть этого хрома окисляется до Cr⁶⁺.
  • Восстановитель (сульфат железа или олова) при помоле снижает Cr⁶⁺ в цементе, но действует ограниченное время.
  • Безхромовые замены для зоны спекания — периклазошпинельный, периклазогерцинитовый и доломитовый кирпич.

Что такое хром VI и почему его ограничивают

Хром в природе и в огнеупорах находится в основном в трёхвалентной форме (Cr³⁺, оксид Cr₂O₃) — она малорастворима и малотоксична. Шестивалентный хром (хроматы CrO₄²⁻) растворяется в воде и легко проникает через кожу. При контакте с влажным цементным раствором он вызывает аллергический контактный дерматит — так называемую «цементную экзему», одну из самых распространённых профессиональных болезней строителей. Соединения хрома VI Международное агентство по изучению рака (МАИР) относит к канцерогенам группы 1.

В Евросоюзе требование действует с 2005 года: цемент и смеси с цементом нельзя продавать и применять, если после смешивания с водой в них больше 2 мг/кг растворимого хрома VI. Сейчас норма закреплена в Регламенте (ЕС) № 1907/2006 (REACH). Для заводов, которые поставляют цемент или клинкер на рынки с такими требованиями, контроль Cr⁶⁺ — обязательная часть качества.

Откуда хром VI берётся в цементе

ИсточникКак хром попадает в продуктКак снизить
Сырьё (известняк, глина, железистые добавки)Природный Cr₂O₃ окисляется при обжиге и переходит в клинкерКонтроль хрома во входном сырье и корректирующих добавках
Топливо (уголь, шины, альтернативное топливо)Хром из золы и отходов уходит в клинкерВходной контроль альтернативного топлива
Мелющие тела и брони мельницИзнос высокохромистой стали при помоле добавляет хром в цементВыбор материала мелющих тел, контроль износа
Хромсодержащая футеровка печиCr₂O₃ кирпича в окислительной среде со щелочами переходит в хроматы и уходит с клинкером и пыльюПереход на безхромовый кирпич в зоне спекания и переходных зонах
Вклад каждого источника на конкретном заводе определяют анализом сырья, клинкера и цемента.

Как хром из кирпича превращается в хром VI

Периклазохромитовый кирпич ПХЦ и периклазошпинелидный ПШЦ по ГОСТ 21436-2004 содержат от 7–8 до 15–18 % Cr₂O₃. Название ПШЦ сбивает с толку: «шпинелидом» здесь называют хромшпинель, поэтому кирпич не безхромовый. В печи такой кирпич встречается с тремя условиями сразу: высокой температурой, окислительной атмосферой (избыток кислорода) и щелочами K₂O, Na₂O вместе с CaO и SO₃ из сырья и топлива.

В этих условиях трёхвалентный хром окисляется и образует хроматы щелочных металлов и кальция — растворимые соединения Cr⁶⁺. Они мигрируют в более холодную часть кирпича, переходят в обмазку, клинкер и печную пыль. Чем больше щелочей приносит топливо (особенно альтернативное), тем активнее идёт процесс.

Вторая сторона проблемы — отработанный кирпич. После кампании в нём остаются хроматы, поэтому лом хромсодержащих огнеупоров относят к опасным отходам: его нельзя просто вывезти на свалку, а персоналу при ломке футеровки нужны средства защиты. У безхромового кирпича этой проблемы нет.

Цементный завод: силос и наклонный ленточный транспортёр клинкера
Склад и транспорт клинкера на цементном заводе. Фото: Mumtaz Niazi, Pexels

Почему восстановителя недостаточно

Большинство заводов добавляют при помоле цемента восстановитель — сульфат железа (II) или сульфат олова (II). Он переводит растворимый Cr⁶⁺ обратно в Cr³⁺ при затворении цемента водой. Но у восстановителя ограниченный срок действия: со временем и от влаги при хранении он окисляется, поэтому на упаковке указывают дату и срок, в течение которого содержание Cr⁶⁺ остаётся в норме.

Восстановитель решает задачу на выходе, но не убирает источник. Чем больше хрома приходит из печи, тем больше нужно реагента, тем дороже помол и тем выше риск выйти за норму при длительном хранении. К тому же восстановитель никак не помогает с отработанным хромсодержащим кирпичом. Поэтому европейские и японские цементные заводы ещё с 1990-х годов массово перевели зону спекания на безхромовые огнеупоры.

Чем заменить хромсодержащий кирпич

МатериалОсноваСильная сторонаОграничение
Периклазошпинельный безхромовыйПериклаз MgO и алюмомагнезиальная шпинель MgO·Al₂O₃Высокая термостойкость, стабилен при сходе обмазкиОбмазку держит чуть хуже герцинитового
ПериклазогерцинитовыйПериклаз и герцинит FeAl₂O₄Лучше всех удерживает обмазкуЧувствителен к восстановительной среде
ДоломитовыйСпечённый доломит CaO·MgOБыстро набирает обмазку, экономиченБоится влаги (гидратация), хуже переносит частые остановы
Свойства — по паспорту изготовителя; марку подбирают под условия печи.

Шпинель MgO·Al₂O₃ расширяется при нагреве меньше, чем периклаз. Поэтому в периклазошпинельном кирпиче ниже внутренние напряжения и он лучше переносит тепловые удары, чем периклазохромитовый. Подробнее о роли обмазки и о том, какой кирпич её лучше держит, — в статье «Обмазка в цементной печи».

Как перейти на безхромовую футеровку: по шагам

  1. Собрать данные печи. Диаметр и длина, способ производства, топливо и доля альтернативного, данные сканера кожуха, история замен и срок службы по зонам.
  2. Определить границы зон. По сканеру кожуха и истории износа уточнить, где реально лежат зона спекания и переходные зоны, — от этого зависит, сколько безхромового кирпича нужно.
  3. Выбрать материал по зонам. Зона спекания — периклазошпинельный или периклазогерцинитовый; переходные зоны — периклазошпинельный повышенной термостойкости.
  4. Подобрать клинья. Пару торцовых клиньев рассчитывают под диаметр печи и толщину рабочего слоя — 200, 220 или 250 мм — по ГОСТ 21436, ISO 5417 или VDZ.
  5. Переходить на плановом ремонте. Удобнее всего заменять футеровку целыми участками во время планового останова. Разные кирпичи не смешивают внутри одного кольца кладки.
  6. Набрать первую обмазку и наблюдать. Первые недели после ремонта — ровный режим и частый контроль сканера; по результатам кампании корректируют материал и длину участков.

Частые вопросы

ПШЦ по ГОСТ — это безхромовый кирпич?

Нет. Марка ПШЦ по ГОСТ 21436-2004 — периклазошпинелидная, в ней 7–15 % Cr₂O₃. Безхромовый — периклазошпинельный кирпич на основе алюмомагнезиальной шпинели; хром в него не вводят.

Сколько хрома VI допускается в цементе?

В ЕС — не больше 2 мг/кг (0,0002 %) растворимого Cr⁶⁺ от сухой массы цемента после смешивания с водой (REACH, приложение XVII, пункт 47).

Если добавлять восстановитель, можно оставить хромсодержащий кирпич?

Технически можно, но расход восстановителя будет выше, а риск превысить норму при длительном хранении цемента — больше. Отработанный хромсодержащий кирпич остаётся опасным отходом.

Безхромовый кирпич служит меньше?

При правильном подборе по зонам — нет. Периклазошпинельный кирпич лучше переносит тепловые удары, а периклазогерцинитовый хорошо держит обмазку. Срок службы зависит прежде всего от режима печи и стабильности обмазки.

Что прислать для подбора безхромовой футеровки?

Чертёж или размеры печи, способ производства и топливо, текущие материалы по зонам и их срок службы, данные сканера кожуха и фото износа после останова.

Источники

  • Регламент (ЕС) № 1907/2006 (REACH), приложение XVII, пункт 47 — ограничение растворимого хрома VI в цементе.
  • Директива 2003/53/ЕС — первое введение ограничения Cr⁶⁺ в цементе в ЕС (с 2005 года).
  • ГОСТ 21436-2004 «Изделия огнеупорные и высокоогнеупорные для футеровки вращающихся печей. Технические условия».
  • Монографии МАИР (IARC), том 100C — соединения хрома VI.

Материалы для всех зон печи — на странице «Огнеупоры для вращающейся цементной печи» и в разделе «Магнезиальные огнеупоры».

Перейти на безхромовую футеровку

Напишите диаметр печи, топливо и какой кирпич стоит сейчас в зоне спекания. Консультант предложит безхромовый материал по зонам и пару клиньев под ваш диаметр.

+7 778 775-22-55

Запросить КП

Напишите, что нужно, — консультант свяжется с вами.

+7 778 775-22-55