在水泥建材中綜合利用工業(yè)廢渣節(jié)能增效分析

周小勇

隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)改革和發(fā)展的不斷深入，水泥等建材產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈來(lái)愈激烈。為進(jìn)一步貫徹落實(shí)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源綜合利用，加快水泥企業(yè)發(fā)展，不斷適應(yīng)我國(guó)建材工業(yè)的發(fā)展規(guī)劃和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)對(duì)企業(yè)的要求，我市水泥企業(yè)與高等院校、水泥研究機(jī)構(gòu)合作，研究綜合利用鋼渣微粉及礦渣微粉等工業(yè)廢渣?，F(xiàn)就以下幾個(gè)方面對(duì)在水泥建材中綜合利用工業(yè)廢渣節(jié)能增效進(jìn)行初步分析。

一、綜合利用工藝流程

（一）鋼渣、礦渣預(yù)均化堆場(chǎng)

堆場(chǎng)選用65m×260m長(zhǎng)型露天堆場(chǎng)，其中65m×160m儲(chǔ)存鋼渣，有效儲(chǔ)量為8萬(wàn)噸，儲(chǔ)期為100天，65m×100m儲(chǔ)存礦渣，有效儲(chǔ)量為2萬(wàn)噸，儲(chǔ)期為13天，儲(chǔ)存的鋼渣、礦渣經(jīng)鏟車取料，由膠帶輸送機(jī)送至烘干車間烘干。

（二）鋼渣、礦渣烘干

鋼渣、礦渣由鋼渣、礦渣預(yù)均化堆場(chǎng)經(jīng)膠帶輸送機(jī)送入一臺(tái)Φ3.6m×28m烘干機(jī)烘干，當(dāng)入料水份≤12%、出料水份≤1%時(shí)，系統(tǒng)烘干能力為100t/h,烘干后的礦渣經(jīng)輥式除鐵后，由膠帶輸送機(jī)、提升機(jī)分別送入三座Φ8m×24m儲(chǔ)存庫(kù)儲(chǔ)存。烘干熱源采用燃煤高效節(jié)能沸騰爐。烘干收塵采用袋式除塵器。

（三）鋼渣、礦渣配料庫(kù)

烘干后的鋼渣、礦渣經(jīng)膠帶輸送機(jī)送入三座Φ8m×24m儲(chǔ)存庫(kù)儲(chǔ)存，其中二座儲(chǔ)存礦渣，一座儲(chǔ)存鋼渣，礦渣庫(kù)、鋼渣庫(kù)底均各設(shè)一臺(tái)定量給料機(jī)。礦渣、鋼渣經(jīng)計(jì)量后分別送入二臺(tái)礦渣粉磨和一臺(tái)鋼渣粉磨中粉磨。

（四）鋼渣粉磨

鋼渣粉磨是由一臺(tái)Φ3.8m×9m中卸磨和一臺(tái)組合式選粉機(jī)組成的粉磨系統(tǒng)。鋼渣由鋼渣配料庫(kù)底經(jīng)定量給料機(jī)秤量后經(jīng)一臺(tái)膠帶輸送機(jī)由輥式除鐵器除鐵后送至一臺(tái)Φ3.8m×9m的中卸磨中粉磨，鋼渣粉磨后的出磨物料經(jīng)循環(huán)提升機(jī)送至組合式選粉機(jī)分選，粗粉經(jīng)管式除鐵器選鐵后重新送回磨機(jī)粉磨，細(xì)粉由分離器和收塵收集后作為半成品，一起經(jīng)空氣輸送斜槽送入半成品儲(chǔ)存及攪拌車間儲(chǔ)存。當(dāng)鋼渣入磨粒度≤25mm，水份≤1%，成品比表面積為≥380m2/kg左右時(shí)，系統(tǒng)粉磨鋼渣能力為35t/h。鋼渣選出的鐵經(jīng)一個(gè)儲(chǔ)存?zhèn)}儲(chǔ)存，經(jīng)汽車運(yùn)輸出廠。

（五）礦渣粉磨

礦渣粉磨系統(tǒng)是由二臺(tái)規(guī)格為Φ3.8m×13m管式球磨機(jī)組成，磨機(jī)為開路粉磨系統(tǒng)。當(dāng)?shù)V渣進(jìn)磨粒度≤5mm，入料水份≤1%，成品比表面積為≥420m2/kg左右時(shí)，每套粉磨系統(tǒng)粉磨礦渣能力為32t/h。

（六）石膏堆場(chǎng)及破碎

石膏經(jīng)汽車運(yùn)輸進(jìn)廠后堆入一個(gè)24m×42m石膏堆棚，有效儲(chǔ)量為3500噸，儲(chǔ)期為12天，石膏經(jīng)鏟車送入卸車車坑，由膠帶輸送機(jī)送入顎式破碎機(jī)破碎后由斗式提升機(jī)送入石膏庫(kù)儲(chǔ)存。

（七）煤矸石儲(chǔ)存及破碎

煤矸石經(jīng)汽車運(yùn)輸進(jìn)廠后直接卸入卸車坑，經(jīng)膠帶輸送機(jī)送入一個(gè)Φ40m的帳篷庫(kù)堆放，其有效儲(chǔ)量為2萬(wàn)噸，儲(chǔ)期為27天，煤矸石庫(kù)底設(shè)置三條出料膠帶輸送機(jī)，煤矸石經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)入庫(kù)側(cè)煤矸石破碎機(jī)破碎后由提升機(jī)送入煤矸石配料庫(kù)儲(chǔ)存。

（八）煤矸石、石膏、外加劑配料庫(kù)

設(shè)置兩座Φ6m×18m儲(chǔ)存圓庫(kù)，其中一座儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)存煤矸石，一座儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)存石膏，設(shè)置一座Φ4m×10m儲(chǔ)庫(kù)儲(chǔ)存外加劑。進(jìn)廠外加劑直接由提升機(jī)入庫(kù)。各庫(kù)庫(kù)底均各設(shè)置一臺(tái)定量給料機(jī)，物料經(jīng)給料機(jī)分別計(jì)量后由一臺(tái)膠帶輸送機(jī)送至煤矸石、石膏粉磨車間分別粉磨。

其中：Iα-1, 4和 Iα-1, 6分別代表淀粉分子中 α-1,4鍵（大約5.11×10-6）和α-1,6鍵（大約4.75×10-6）在核磁共振圖譜中所代表峰的積分面積。

（九）煤矸石、石膏粉磨

煤矸石、石膏粉磨系統(tǒng)采用一臺(tái)規(guī)格為Φ3.2m×9m球磨機(jī)、一臺(tái)O_Sepa選粉機(jī)的閉路粉磨系統(tǒng)。煤矸石、石膏粉磨后出磨的物料經(jīng)循環(huán)提升機(jī)送至O_Sepa選粉機(jī)選粉后，粗粉經(jīng)空氣輸送斜槽重新送回磨機(jī)內(nèi)粉磨，細(xì)粉由分離器和收塵器收集后作為半成品一起經(jīng)空氣輸送斜槽送入半成品儲(chǔ)存及攪拌車間儲(chǔ)存。當(dāng)煤矸石進(jìn)磨粒度≤5mm、入料水份≤1%、成品比表面積為≥380m2/kg左右時(shí)，每套粉磨系統(tǒng)粉磨煤矸石能力為45t/h。當(dāng)石膏進(jìn)磨粒度≤5mm、入料水份≤1%、成品比表面積為≥350m2/kg左右時(shí)，每套粉磨系統(tǒng)粉磨石膏能力為70t/h。

（十）半成品儲(chǔ)存及攪拌

Φ8m×24m帶充氣系統(tǒng)的鋼板均化庫(kù)，其中兩座儲(chǔ)存礦渣粉、兩座儲(chǔ)存煤矸石、一座儲(chǔ)存鋼渣粉、一座儲(chǔ)存石膏粉。庫(kù)下均設(shè)置一臺(tái)轉(zhuǎn)子秤，四種物料根據(jù)產(chǎn)品品種，按一定比例配料后由空氣輸送斜槽送入混合機(jī)混合，將混合料攪拌均勻后即成鋼渣微粉和礦渣微粉成品，成品經(jīng)提升機(jī)、空氣輸送斜槽送入成品庫(kù)儲(chǔ)存。

二、環(huán)保治理措施

綜合利用工業(yè)廢渣對(duì)環(huán)境的污染主要是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵、廢氣、噪聲和廢水。

（一）粉塵

主要產(chǎn)生于鋼渣、礦渣、煤矸石和石膏的粉磨、輸送、包裝等環(huán)節(jié)。為有效控制粉塵，在工藝設(shè)備的選型和布置上，均采用除塵效率高、性能質(zhì)量可靠的袋式除塵設(shè)備，對(duì)于大型袋式除塵器采用循環(huán)風(fēng)的方式減少粉塵排放量。確保達(dá)到參照的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）。

（二）廢氣

綜合利用工業(yè)廢渣各粉磨系統(tǒng)為物理變化過程，系統(tǒng)無(wú)廢氣產(chǎn)生，僅在礦渣和鋼渣烘干車間燃燒煤產(chǎn)生廢氣，產(chǎn)生的有害廢氣主要有SO2和NOx等。SO2的排放主要是烘干車間，經(jīng)計(jì)算排放濃度為0.03mg/Nm3,噸產(chǎn)品排放量0.144kg/t，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。烘干車間沸騰爐的最高煙氣溫度一般在900度左右，因此，只會(huì)有極少量NOx形成，因此，NOx的排放量很少。

（三）噪聲

噪音污染是綜合利用工業(yè)廢渣項(xiàng)目生產(chǎn)除粉塵等大氣污染之外，較為嚴(yán)重的影響之一。這與粉磨生產(chǎn)工藝中主要以沖擊、擠壓、碾磨和流體介質(zhì)的增壓及管道輸送與排放的機(jī)械和流體動(dòng)力性加工工藝有關(guān)。對(duì)于高出標(biāo)準(zhǔn)很多分貝值的噪音，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)加吸聲、消聲措施，如在粉磨房加設(shè)雙層玻璃窗，門縫密封的操作室，確保操作工人在8小時(shí)當(dāng)班中90%的工作時(shí)間處在80dB（A）以下。

（四）廢水

三、節(jié)能降耗措施

為了確保各項(xiàng)能耗指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，綜合利用工業(yè)廢渣項(xiàng)目采用了一系列節(jié)能效果明顯、技術(shù)先進(jìn)可靠的新工藝、新技術(shù)和新裝備。

（一）所有原材料均采用分別粉磨的工藝

可按工藝要求調(diào)節(jié)微粉的顆粒級(jí)配，節(jié)省單位產(chǎn)品的煤耗和電耗，節(jié)能效果十分明顯。

（二）強(qiáng)化計(jì)量工作

計(jì)量工作不僅能促進(jìn)生產(chǎn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且對(duì)節(jié)約能源、降低消耗有重要作用。原料配料采用微機(jī)控制配料系統(tǒng)，使原料配料計(jì)量精確，從而為生產(chǎn)高質(zhì)量的鋼渣微粉和礦渣微粉提供了基本條件，使鋼渣微粉和礦渣微粉產(chǎn)量、質(zhì)量大幅提高，熱耗下降。

（三）在適用前提下，盡可能選用節(jié)能產(chǎn)品

FU型鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，XZ型空氣輸送斜槽和NE型高效斗式提升機(jī)等新型輸送設(shè)備，該設(shè)備具有輸送量大、運(yùn)距遠(yuǎn)、運(yùn)行安全可靠、低故障率、無(wú)揚(yáng)塵、可比傳統(tǒng)輸送設(shè)備節(jié)電40%以上等優(yōu)點(diǎn)。

（四）采取了較完善的收塵措施

生產(chǎn)中產(chǎn)生的粉塵99.9%都被回收，不僅產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且回收了大量的資源。

（五）在電氣設(shè)計(jì)方面采用節(jié)能電力設(shè)備

如節(jié)能變壓器、變頻調(diào)速裝置等；功率因素補(bǔ)償，采取就地和集中補(bǔ)償相結(jié)合的方式減少無(wú)功損耗，使總降功率因素達(dá)0.92以上；在各用電系統(tǒng)上安裝計(jì)量表，以便考核獎(jiǎng)懲，促進(jìn)節(jié)電管理。

四、綜合利用增效分析

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，水泥摻和料市場(chǎng)需求量呈上升趨勢(shì)，由此帶來(lái)的資源、能源、環(huán)境等問題越來(lái)越成為我國(guó)建材行業(yè)發(fā)展的制約因素。建材行業(yè)走可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的道路，大量利用和消耗工業(yè)廢渣、生活垃圾等有害廢棄物，實(shí)現(xiàn)“四零一負(fù)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，已是中外業(yè)界人士的普遍共識(shí)。所謂“四零一負(fù)”是指建材行業(yè)生產(chǎn)過程對(duì)生態(tài)環(huán)境的零污染、對(duì)外界電能的零消耗、對(duì)廢水的零排放、對(duì)天然化石燃料的零消耗，以及對(duì)全社會(huì)部分廢物的循環(huán)利用。

（一）鋼渣

鋼渣的處理利用問題仍是當(dāng)前鋼鐵企業(yè)迫切需要解決的重要課題,提高鋼渣的綜合利用率也是國(guó)家節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容。

1、鋼渣的形成。鋼渣是煉鋼過程中利用空氣或氧氣去氧化爐料中所含的碳、硅、錳、磷等元素，并在高溫下與熔劑起反應(yīng)，形成的熔渣，數(shù)量約為鋼產(chǎn)量的15%～20%。鋼渣主要是來(lái)自金屬爐料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蝕的爐襯料和爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料。鋼渣的形成溫度在1500～1700℃,高溫下呈液體狀態(tài)，緩慢冷卻后呈塊狀或粉狀。轉(zhuǎn)爐渣一般為深灰、深褐色,電爐氧化渣多為黑色,電爐還原渣多為白色。鋼渣夾帶部分鐵粒,硬度大,密度一般為 3.0～3.59g/cm3。

2、活性分析。鋼渣是由鈣、鐵、硅、鋁、鎂、錳、磷等氧化物所組成,其中氧化鈣、氧化硅、氧化鐵占絕大多數(shù)。鋼渣的礦物成分比較復(fù)雜,鋼渣慢冷或急冷均為晶體結(jié)構(gòu),其主要礦物組成為硅酸三鈣、硅酸二鈣、橄欖石、普薇輝石、R0等,其中C3S和C2S為活性礦物,具有水硬膠凝性。評(píng)價(jià)鋼渣活性高低一般用鋼渣堿度Ca0/(Si02+P205)來(lái)衡量。此外,鋼渣中一般含有5%～10%的殘鋼需要進(jìn)行回收利用。

3、綜合利用分析。鋼渣處理工藝應(yīng)與鋼渣利用途徑相匹配。鋼渣可以說(shuō)是一種過燒硅酸鹽水泥孰料，鋼渣粉的主要成分也是 Si02、Al2O3、Fe2O3、Ca0 等，其礦物成份主要為C3S、C2S。鋼渣粉具有潛在水硬性，因此鋼渣粉可以做混凝土摻合料。其綜合性能僅次于?；郀t礦渣粉,但較高的耐磨性、抗凍性、堿度高、后期強(qiáng)度高等特性是其它礦物摻合料所不及的。因此,鋼渣粉作混凝土摻合料也是鋼渣高價(jià)值利用的方向之一。目前,最能提高鋼渣利用價(jià)值的是利用廢棄鋼渣生產(chǎn)鋼渣微粉作為生產(chǎn)水泥和混凝土的摻和料,提高鋼渣的附加值。鋼渣冷卻后,經(jīng)破碎——篩分——磁選——回收廢鋼——粉磨后,由于鋼渣中含有一定量C3S、C2S等水硬膠凝活性礦物,把它與一定量的煤矸石、石膏配合磨細(xì)即可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鋼渣微粉。所產(chǎn)鋼渣微粉可符合《用于水泥和混凝土中的鋼渣粉》GB/T20491—2006，可作為混凝土添加劑，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、道路工程、水利工程、機(jī)場(chǎng)道面工程中。

（二）礦渣

1、礦渣的形成。高爐礦渣是鋼鐵廠高爐煉鐵的副產(chǎn)品,經(jīng)水淬急冷處理后,呈淺灰色玻璃晶體顆粒狀,屬于工業(yè)廢渣材料。

2、活性分析。長(zhǎng)期以來(lái)被直接作為水泥混合材使用。由于礦渣比水泥孰料易磨性差,在通常的水泥粉磨后所含礦渣的粒度比水泥的粒度粗很多,礦渣的活性得不到充分發(fā)揮，粗粒度的礦渣在水泥水化過程中僅起到微集料的填充作用。近幾年，經(jīng)過大量細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，將礦渣研磨成高比表積、高細(xì)度、使其改性成為具有潛在的膠凝性材料的可能已變成現(xiàn)實(shí),其在堿性條件下活性能夠得到充分發(fā)揮,使混凝土和水泥的多項(xiàng)性能得到了極大的改善和提高，礦渣粉磨站生產(chǎn)規(guī)模將影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此,以提高混合材摻量的方式實(shí)現(xiàn)企業(yè)規(guī)模生產(chǎn)就顯得經(jīng)濟(jì)而重要。具有“潛在水硬性”的礦渣是生產(chǎn)水泥最好的混合材。高爐水淬礦渣(水渣)是煉鐵高爐中以熔融態(tài)流出的鐵渣經(jīng)水淬急冷處理而成,水淬好的礦渣為微晶狀態(tài)，活性好，含有80%～90%的玻璃相。資料表明，我國(guó)年產(chǎn)礦渣數(shù)千萬(wàn)噸，50%以上用作水泥生產(chǎn)的混合材。

3、綜合利用分析。礦渣作為混合材可生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：普通硅酸鹽水泥中礦渣摻量不能超過15%，而礦渣硅酸鹽水泥中礦渣摻量可為20%～70%。因此，礦渣硅酸鹽水泥對(duì)最大限度地利用礦渣和降低水泥生產(chǎn)成本更有意義。但是，傳統(tǒng)礦渣硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法是將水泥熟料和礦渣在粉磨設(shè)備（主要為球磨機(jī)）內(nèi)混合粉磨而成,因熟料和礦渣兩者易磨性差別較大，所得水泥中礦渣平均粒度偏大,細(xì)粉含量低,其潛在活性得不到有效發(fā)揮，影響了水泥的早期強(qiáng)度等性能,也制約著礦渣摻量的提高。研究表明：超細(xì)粉磨的礦渣不僅可以提高水泥中礦渣的摻量,而且可以顯著地改變水泥和混凝土的性能。以前，從廢物利用及節(jié)能環(huán)保角度將礦渣作為“經(jīng)濟(jì)組分”摻入水泥中，如今，隨著對(duì)其材性的深入研究，超細(xì)粉磨的礦渣具有更大的水硬活性和優(yōu)越的施工性能，而將其發(fā)展成為“功能組分”加以利用。礦渣超細(xì)粉改性的深入研究為其在水泥和混凝土中的應(yīng)用開辟了新的途徑,而高效低耗的礦渣超細(xì)粉磨技術(shù)的不斷進(jìn)展又為其實(shí)際應(yīng)用提供了可能。

五、綜述

通過對(duì)工業(yè)廢渣包括鋼渣和礦渣的粉磨,生產(chǎn)鋼渣微粉、礦渣微粉，推進(jìn)工業(yè)廢渣在水泥建材中的資源綜合利用，即符合水泥企業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的需要，為企業(yè)帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益，也符合我國(guó)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路的需求，減少污染、改善環(huán)境,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展作貢獻(xiàn)。