工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)的綜合應(yīng)用

王明亮

摘 要：我國正處在城市化的加速階段，目前城市化的水平已經(jīng)超過了55%。城市實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的出路是進(jìn)行綠色、環(huán)保的資源利用。近些年來，大力發(fā)展節(jié)能減排、可再生能源發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域，對相關(guān)的低碳城市試點(diǎn)也從政策研究、能力建設(shè)等方面給予了有力的支持。在廢渣的綜合利用方面，實(shí)現(xiàn)廢渣的再利用是一條可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。而在廢渣的各種利用途徑中由于水泥行業(yè)的自身特點(diǎn)，可以對相關(guān)的廢渣進(jìn)行有效的利用。文章從實(shí)際工作出發(fā)，對工業(yè)廢渣在水泥混凝土工業(yè)的綜合利用進(jìn)行論述，得出結(jié)論，工業(yè)廢渣只有與水泥混凝土工業(yè)進(jìn)行緊密的結(jié)合才能走出一條適合自身的可持續(xù)發(fā)展之路。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢渣；水泥工業(yè)；綜合應(yīng)用

山西是我國的重要的煤炭能源基地，也是具有中部典型特征的資源型地區(qū)。其中煤焦鐵是山西的主要經(jīng)濟(jì)支柱之一；另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展山西上馬了大批的低熱值電廠，這就使得每年有大量的粉煤灰、爐渣、脫硫石膏等工業(yè)廢渣。我們知道資源的開發(fā)利用是一把雙刃劍，長期以來，粗放的資源開發(fā)，使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展付出的代價相當(dāng)大。資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，全面開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，是解決山西資源困境的必然選擇，又是實(shí)現(xiàn)“二次資源”價值化的現(xiàn)實(shí)出路。綜上可知，在水泥工業(yè)上對工業(yè)廢渣進(jìn)行綜合利用可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的綠色、環(huán)保的發(fā)展。

1 工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

1.1 鋼渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

由于我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)生了大量的鋼鐵廢渣，目前鋼渣的利用率僅僅為20%，這些堆積的鋼渣占用了大量土地，并造成了環(huán)境的污染。鋼渣在水泥工業(yè)中的綜合應(yīng)用主要有以下兩個方面：

（1）鋼渣用作為生料配料的原料。鋼渣的主要成分如下：Cao，F(xiàn)eO，F(xiàn)e2O3，MgO，Al2O3，這也是構(gòu)成水泥的主要成分。因此，鋼渣可以作為煅燒水泥熟料的原料，來替代傳統(tǒng)的鐵質(zhì)原料—鐵粉和石灰石，配比一般為5%～7%。主要是利用了鋼渣與水泥熟料組成相似的特點(diǎn)，同時，摻入鋼渣還具有很多好處如：水泥熟料的易燒性得到改善、熟料形成時間縮短，熟料熱耗降低，同時還可以減少因煅燒石灰石而產(chǎn)生大量CO2的問題。另一方面，以鋼渣代替鐵粉作鐵質(zhì)校正原料可以解決硅酸鹽熟料中鋁酸鹽礦物含量多、硅酸鹽礦物含量少的問題，這是因?yàn)殇撛需F鋁比值較大，易于調(diào)節(jié)生料IM值，配制硅酸率較高的熟料，提高熟料的28d強(qiáng)度2～3MPa。

（2）鋼渣用作水泥混合材。鋼渣的主要成分為：硅酸二鈣和硅酸三鈣。因其含有水硬膠凝硅酸二鈣和硅酸三鈣，因此常被稱為過燒硅酸鹽熟料。GB/T20491—2006《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》中，將鋼渣粉的比表內(nèi)面積進(jìn)行控制使其在400m2/kg以上（并允許摻入范圍大致在2%～3%的石膏以激發(fā)其早期強(qiáng)度），這樣鋼渣在水泥中的摻入量可達(dá)到30%，另一方面鋼渣粉也可直接用于混凝土中等量代替水泥進(jìn)行摻入。在礦渣水泥中加入適量的鋼渣，不但可以激發(fā)礦渣的活性，體現(xiàn)出復(fù)合材料內(nèi)部之間的“協(xié)調(diào)互利”作用，也改善了水泥的抗碳化、抗硫酸鹽侵蝕、抗干燥收縮和抑制堿集料膨脹性能。

1.2 ?；郀t礦渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

鋼鐵企業(yè)在冶煉鋼鐵過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生?；郀t礦渣和水淬高爐礦渣，其具有很高潛在活性并且為玻璃體結(jié)構(gòu)?！锻ㄓ霉杷猁}水泥》GB175—2007標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在礦渣硅酸鹽水泥中礦渣的最高摻入量為70%。傳統(tǒng)的水泥生產(chǎn)粉磨工藝是把熟料與礦渣混合后進(jìn)行粉磨，但是礦渣的易磨性與水泥熟料相比很差，因此在水泥進(jìn)行粉磨的過程中，在熟料已被粉磨至規(guī)定細(xì)度時，而礦渣的顆粒不能夠達(dá)到要求，導(dǎo)致其潛在的活性無法發(fā)揮。并且使得礦渣在水泥中的摻入量范圍在30%～45%之間，無法達(dá)到礦渣水泥中的摻入上限70%。隨著粉磨技術(shù)的提高，水泥企業(yè)已經(jīng)可以將礦渣細(xì)度磨至400m2/kg。并通過高細(xì)、超細(xì)粉磨的方式，改變國體的晶格缺陷發(fā)生、使其比表面積增大、表面能增加等，改變了礦渣的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生規(guī)律性的變化。另一方面，水泥中礦渣微粉的摻加量范圍最高可達(dá)65%～70%，降低了生產(chǎn)成本，并減少熟料的使用量，同時減少了CO2的排放。礦渣微粉可作為混凝土摻合料，可以提高混凝土的耐久性及強(qiáng)度，這就拓展了礦渣的使用量和礦渣水泥的應(yīng)用范圍。

1.3 脫硫石膏在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

火力發(fā)電廠煙氣脫硫項(xiàng)目的實(shí)施和脫硫設(shè)施的運(yùn)行，越來越多的脫硫副產(chǎn)物產(chǎn)生出來。濕法脫硫工藝常會形成脫硫石膏，其主要成分與天然二水石膏一致，為二水硫酸鈣，且含有少量未反應(yīng)的石灰石、亞硫酸鈣等。通常情況下，煙氣脫硫石膏呈較細(xì)顆粒狀，平均粒徑范圍大致為40～60μm，顆粒狀態(tài)呈短柱狀，徑長比在1.5～2.5之間，顏色為灰、黃色，并且二水硫酸鈣含量較高，通常在90%以上，游離水的含量一般在10%～15%之間，并伴隨有還含飛灰、有機(jī)碳、碳酸鈣、亞硫酸鈣及由鈉、鉀、鎂的硫酸鹽或氯化物組成的可溶性鹽等雜質(zhì)。相關(guān)試驗(yàn)表明：脫硫石膏被用來代替二水石膏用作水泥的緩凝劑，水泥強(qiáng)度、凝結(jié)時間、 細(xì)度等性能表現(xiàn)較好，不存在不利影響。

1.4 粉煤灰在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

在我國，粉煤灰多數(shù)來自于大、中型火電廠的煤粉發(fā)電鍋爐，或者城市集中供熱的粉煤鍋爐。其主要成分為硅鋁玻璃、微晶礦物顆粒和未燃盡的殘?zhí)课⒘Ｋ瘜W(xué)成分主要是氧化硅和氧化鋁。粉煤灰的主要成分與粘土類似，因此可以部分替代粘土配料來生產(chǎn)水泥熟料。而對于使用較差煤種的燃燒爐所形成的粉煤灰，由于機(jī)械燃燒不夠完全，且細(xì)度較粗、燒失量較高，則可利用其殘余可燃物發(fā)熱的特征，把它摻入生料配料中，摻入量一般在3%～5%之間，同時可有效降低噸熟料生產(chǎn)能耗。當(dāng)粉煤灰經(jīng)過分選后符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 GB/T1596—2005中用于水泥生產(chǎn)中粉煤灰的要求之后，可將其用作水泥的混合材。粉煤灰的摻入量的不同，生產(chǎn)的水泥種類也迥異。

2 結(jié)語

工業(yè)廢渣伴隨人類的工業(yè)發(fā)展將近幾百年的歷史，而工業(yè)廢渣的利用在20世紀(jì)才開始，并且其價值也逐漸為人們所認(rèn)識，成為了一種寶貴的資源。有相當(dāng)大一部分的工業(yè)廢渣或者尾礦，可以被用于作水泥或混凝土的摻合料，這是一種機(jī)遇在某種程度上來說也是一種挑戰(zhàn)，因此，我們應(yīng)抓住這個發(fā)展的機(jī)會，從“ 科學(xué)發(fā)展觀”的角度來研究工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)中的利用和新技術(shù)的開發(fā)，這是具有十分重要的意義和價值的。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃弘，唐明亮，沈曉冬等.工業(yè)廢渣資源化及其可持續(xù)發(fā)展（Ⅱ）——與水泥混凝土工業(yè)相結(jié)合走可持續(xù)發(fā)展之路[J].材料導(dǎo)報，2006， 20（S1）：455-458.

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