工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用研究

（華新水泥（恩平）有限公司，廣東 江門 529000）

在建筑材料之中，水泥屬于最具影響力的材料之一，伴隨水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)不斷的深入調(diào)整，在水泥生產(chǎn)線上，新型水泥的生產(chǎn)比重逐漸增加，水泥生產(chǎn)能力也快速得到提升，水泥行業(yè)的市場競爭也日趨激烈，如何使生產(chǎn)成本得到有效降低，并使市場占有率不斷提升，是每一個水泥生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)考慮的問題，在水泥生產(chǎn)之中，這些工業(yè)廢渣能夠變廢為寶，若能將其應(yīng)用于水泥工業(yè)生產(chǎn)之中，不僅會降低水泥生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且還會使環(huán)境污染得以減輕，因此，將工業(yè)廢渣應(yīng)用于水泥工業(yè)之中具有重要的社會經(jīng)濟(jì)效益。

1 工業(yè)廢渣的一般處理方法

由于工業(yè)廢渣的種類比較多，且來自不同工業(yè)行業(yè)，所以工業(yè)廢渣處理的方法也存在著不同，通過匯總各種工業(yè)廢渣處理方法得出工業(yè)廢渣的一般處理方法包含以下幾種：

1.1 埋填法

埋填法主要是對有害的工業(yè)廢棄物進(jìn)行掩埋處理，此方法基本要求是需要保證填埋的安全性。采取此方法之前應(yīng)該對目標(biāo)地的地質(zhì)條件以及水文特征進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并選擇合理有效的場地，確保不會因滲漏、濾瀝而造成的廢棄物淋出或是排入地下水等情況，以免地下水及周邊環(huán)境受到污染。在對有害物進(jìn)行處理的過程中，需要嚴(yán)格記錄有害廢棄物的種類、數(shù)量、存放位置等內(nèi)容，以免出現(xiàn)各類化學(xué)成分之間產(chǎn)生反應(yīng)，同時，還應(yīng)該對淋出液實(shí)施有效監(jiān)測，針對水溶性物質(zhì)進(jìn)行填埋的過程中，還應(yīng)該事先鋪設(shè)塑料和瀝青，做好防滲漏工作，以免低層出現(xiàn)滲漏。若要保證填埋的安全性，應(yīng)該對場地進(jìn)行有效選擇，一般應(yīng)該選擇干旱或者說半干旱地區(qū)。

1.2 焚化法

工業(yè)廢渣之中會存在較多的有害物質(zhì)，其產(chǎn)生的毒性源于該物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)，而并非所含元素所致。所以在對此類工業(yè)廢渣進(jìn)行處理的過程中，通常倉應(yīng)該通過焚化法來對其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解。例如，在對一些有機(jī)物廢渣進(jìn)行處理時，可以通過焚化法將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳、灰分和其他少量或微量的氮、硫、鹵素以及磷的化合物。

1.3 化學(xué)處理法

化學(xué)處理法主要是采取化學(xué)反應(yīng)的方式將有毒害的工業(yè)廢渣轉(zhuǎn)化為少毒或者是無毒的產(chǎn)物。一般采取的處理方法包括氧化還原法、酸堿中和法以及化學(xué)沉淀法等，此外，還可以采用瀝青、水泥以及硅酸鹽的物質(zhì)和材料實(shí)施化學(xué)固定法等進(jìn)行處理。

1.4 生物處理法

生物處理法一般是對有機(jī)物廢渣進(jìn)行處理，主要是采用生物降解的方式來實(shí)現(xiàn)處理，常見的生物降解方法主要包括滴瀝池法、活性污泥法、氧化塘法、氣化池法、土地處理法等處理方法。

1.5 海洋投棄

通過適當(dāng)處理后或者回收利用的工業(yè)廢渣和垃圾，在不會對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響的情況下，可以將工業(yè)廢渣投棄到大海之中，但對于含鎘、汞等一些有毒害物質(zhì)不可投入到大海之中，此外，塑料制品、原油、放射性物質(zhì)以及能夠在海面上漂浮的物質(zhì)也不可將其投入到大海之中，以免發(fā)生海洋污染。

水泥行業(yè)在對工業(yè)廢渣進(jìn)行處理所采用的方法即為化學(xué)處理法，主要是對工業(yè)廢渣的化學(xué)成分組成以及化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行利用，來達(dá)到處理以及再利用的目的。

2 工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)之中的具體應(yīng)用

水泥工業(yè)中對工業(yè)廢渣的應(yīng)用比較廣泛，所使用的常見工業(yè)廢渣包括鋼渣、銅渣、礦渣、磷石膏、粉煤灰以及脫硫石膏等，以下將對這些工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)之中的具體應(yīng)用進(jìn)行探究。

2.1 鋼渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

鋼渣主要是鋼鐵生產(chǎn)時產(chǎn)生的一種固體狀渣體，是由煉鋼原料、造渣材料、金屬爐料以及脫落爐體等帶入的雜質(zhì)構(gòu)成。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)出1 噸鋼鐵便能夠排放15%～20%的鋼渣。當(dāng)前國內(nèi)煉鋼廠所排放的鋼渣已逾2億噸，并且其排放量仍在持續(xù)增長，因堆積造成的占地面積已逾1 萬畝，若鋼渣廢棄物未能夠得到有效利用，不僅會造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，而且還會導(dǎo)致環(huán)境污染。近年來，有研究人員通過研究表明，鋼渣與水泥之中的礦物組分比較相似，在水泥生產(chǎn)中，可將其作為鐵質(zhì)校正原料、混合材料以及礦化劑來進(jìn)行有效利用。

2.1.1 混合材料方面的應(yīng)用

水泥成分中包含的硅酸鹽礦物C2S 以及C3S 能夠?qū)λ嗟膹?qiáng)度產(chǎn)生重要影響。當(dāng)鋼渣處于中堿度狀態(tài)下，石灰相通常會以硅酸三鈣以及硅酸二鈣的形式出現(xiàn)，而鋼渣處于高堿度狀態(tài)下，石灰相則主要以硅酸三鈣的形式出現(xiàn)。鋼渣出爐之后，其冷卻所用時間比較長，并且鋼渣之中包含的硅酸二鈣會在逐漸冷卻時從介穩(wěn)態(tài)（β-C2S）轉(zhuǎn)化成穩(wěn)態(tài)（γ-C2S），在逐漸冷卻的過程中，β-C2S 也將轉(zhuǎn)化為γ-C2S。這種冷卻方式同水泥生產(chǎn)過程中的冷卻方式存在較大不同，水泥熟料產(chǎn)出時應(yīng)該快速將其冷卻，而需要快速冷卻的水泥熟料之中包含的C2S 以及C3S 均處于介穩(wěn)態(tài)，所以其水化活性非常高，但鋼渣因冷卻速度非常慢，所以鋼渣的活性非常低，相關(guān)研究表明，鋼渣在進(jìn)行48h水化之后，其所釋放出的總熱量只能夠達(dá)到水泥的11%。而在對傳統(tǒng)水泥進(jìn)行生產(chǎn)時，水泥熟料以及鋼渣均會一同入磨完成粉磨，由于鋼渣粉磨比較困難，并且水泥的細(xì)度還必須與國家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符，在這種情況下，如果水泥之中包含的鋼渣粒徑達(dá)到70μm，則粒度比較粗，會造成鋼渣的活性作用無法得到有效發(fā)揮。如果對鋼渣進(jìn)行粉磨，使其表內(nèi)面積大于400m2/kg的情況下，鋼渣活性將會較大程度的得到提升，在這種情況下，鋼渣摻入量能夠大于30%。

2.1.2 原料及礦化劑方面的應(yīng)用

在硅酸鹽熟料之中包含著較多的C4AF 及C3A，當(dāng)硅酸鹽中包含的礦物C2S 以及C3S 的含量比較少的情況下，可通過鋼渣之中富含F(xiàn)eO 這一特點(diǎn)，在鐵質(zhì)校正過程中將鋼渣當(dāng)做原料，通常配入量應(yīng)該在5%～7%之間。除此之外，鋼渣的特點(diǎn)與水泥熟料之中包含的礦物特點(diǎn)相似，將鋼渣摻入到水泥生料之中，還能夠發(fā)揮晶種作用，并且還能夠?qū)⑺嗍炝纤邆涞囊谉赃M(jìn)行改善，使熟料燒成所耗用的時間縮減，從而使熟料的熱耗得到有效降低，進(jìn)而使CO2的排放得以減少。

2.2 銅渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

銅渣主要是在銅冶煉時形成的，熔融狀態(tài)下的銅渣通過水淬緊急制冷之后，會形成玻璃體粒狀或者說菱角狀渣。我國當(dāng)前粗銅的年產(chǎn)量高達(dá)60 多萬噸，每年排放的銅渣均處于較高水平。銅渣對生態(tài)環(huán)境造成的污染主要是通過以下途徑實(shí)現(xiàn)的：第一，大量銅渣在堆放過程中會占用較多的土地，不僅影響土地利用，而且對土質(zhì)環(huán)境也會造成不良影響；第二，當(dāng)銅渣之中包含的細(xì)微粉塵達(dá)到10μm 的情況下，將會導(dǎo)致大氣污染形成，并且會使人類以及動物受到侵害；第三，在銅渣堆放時，有害物質(zhì)會隨著降雨滲入到地下水以及江河之中，從而容易造成水體污染。

銅渣各項(xiàng)成分通常均已玻璃體這種亞穩(wěn)態(tài)的形式存在的，并且還具備水化活性，當(dāng)前研究表明，在水泥生產(chǎn)過程中，可以將銅渣當(dāng)做混合材料以及礦化劑進(jìn)行使用。首先，將銅渣當(dāng)做水泥混合材料使用方面，主要是因銅渣之中包含SiO2、Al2O3以及CaO 三個主要成分，這些成分均屬于水泥熟料之中硅酸鹽礦物制備時需要的物質(zhì)成分。有研究表明，在銅冶煉的過程中會形成水淬渣，將其當(dāng)做主要原料，并向其中加入少量激發(fā)劑以及其他材料，然后再通過細(xì)磨便能夠制備成水泥。所制備的水泥對比于其他水泥而言，具有較小的收縮率，水化熱也比較低，抗凍性也比較好，并且還具有良好的耐磨損性和耐腐蝕性，此類水泥的生產(chǎn)工藝也比較簡單，所產(chǎn)生的能耗也比較低，所以將銅渣當(dāng)做混合材料摻加到水泥之中，不僅能夠使水泥產(chǎn)量提升，還能夠使銅渣活性組分受激發(fā)劑的影響，提升水泥水化反應(yīng)后的強(qiáng)度，但因水泥之中缺乏熟料，導(dǎo)致水泥的等級比較低，所以銅渣摻入水泥生產(chǎn)主要適用于低標(biāo)號混凝土制備、抹灰砂漿的制備以及小型砌塊環(huán)保墻施工過程中所使用的材料；其次，將銅渣當(dāng)做礦化劑使用方面，主要是因銅渣之中富含F(xiàn)eO、SiO2等多種微量元素，因FeO 與Fe2O3相比，其熔點(diǎn)比較低，從而能夠使最低共熔溫度得以降低，進(jìn)而在熟料煅燒的過程中會提前出現(xiàn)液相，與此同時，還能夠?qū)⒁合嗟恼扯冉档?，并降低例子擴(kuò)散時的阻力，從而使質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的速度得以增加，并使C3S 的形成得到促進(jìn)。

2.3 礦渣在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)中，礦渣的種類比較多，本文主要對粒化高爐礦渣進(jìn)行研究。在使用高爐進(jìn)行鐵冶煉時，除使用燃料以及原料之外，為了使冶煉的溫度得到有效降低，還會向其中加入一定量的石灰石以及白云石熔劑，鐵礦石之中包含的土質(zhì)成分以及焦炭會同熔劑之間產(chǎn)生反應(yīng)，形成MgO 以及CaO 等熔融物，通過水淬緊急制冷后便會產(chǎn)生粒狀顆粒物，即?；郀t礦渣，我國每年排放的這種礦渣數(shù)量較多，若對其堆積則會對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。此類礦渣之中富含玻璃體，屬于高潛在活性材料，若礦渣細(xì)度方面比較粗的情況下，將其同水拌合并不會產(chǎn)生水化反應(yīng)，水硬性非常弱。而如果存在水泥熟料、石灰或者說石膏能夠?qū)溲趸}溶液予以提供的情況下，便能夠同水之間形成非常強(qiáng)烈的水化反應(yīng)，從而使水化產(chǎn)物得以形成，并使強(qiáng)度提升。

2.4 粉煤灰在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

粉煤灰在水泥工業(yè)中的應(yīng)用主要當(dāng)做原料以及混合材料使用，原料方面，粉煤灰一般是由硅鋁玻璃、未燃盡殘?zhí)课⒘Ｒ约拔⒕УV物顆粒所構(gòu)成，其成分相似于粘土，在水泥熟料生產(chǎn)過程中，可將其對粘土配料部分替代。針對煤質(zhì)較差或者說有著較差燃燒效果的燃燒爐所形成的粉煤灰，由于存在機(jī)械不完全燃燒，導(dǎo)致存在較高的燒失量，這種情況下可通過可燃物殘余發(fā)熱量在生料配料過程中使用，摻入量應(yīng)該保持在3%～5%之間，能夠?qū)⑹炝蠠岷慕档停换旌喜牧戏矫?，粉煤灰屬于密?shí)度較高的一種玻璃質(zhì)球，在粉煤灰各項(xiàng)成分中，玻璃體的含量大約占50%～80%，其結(jié)構(gòu)不盡致密，而且還具有一定的穩(wěn)定性，通過對粉煤灰摻量的控制，可對粉煤灰水泥、礦渣硅酸鹽水泥、常規(guī)硅酸鹽水泥以及復(fù)合型硅酸鹽水泥進(jìn)行生產(chǎn)。

2.5 磷石膏在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

在磷酸萃取過程中，磷石膏屬于一種副產(chǎn)物，該物質(zhì)經(jīng)脫酸改性處理之后能夠?qū)μ烊皇噙M(jìn)行取代，從而在水泥之中發(fā)揮緩凝劑作用。在磷石膏成分之中，P2O5的含量比較高，將其當(dāng)做水泥混凝劑使用的情況下，一般會導(dǎo)致水泥的強(qiáng)度降低，且凝結(jié)時間比較慢，無法直接對天然石膏進(jìn)行取代，但若通過脫酸改性之后，便能夠?qū)λ嗟哪Y(jié)時間進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，并且此材料的價格比較低廉，在使用過程中也比較方便，若磷石膏通過改性之后對其摻加量進(jìn)行合理控制，則其發(fā)揮的性能還要比天然石膏更占優(yōu)勢。

2.6 脫硫石膏在水泥工業(yè)中的應(yīng)用

含硫煤通過燃燒之后，其煙氣中會富含較多的SO2，通過CaCO3對其進(jìn)行脫硫處理，便會使脫硫石膏形成。近些年來我國火力發(fā)電企業(yè)開始重視控制二氧化硫排放，使得脫硫石膏的產(chǎn)生量越來越多，大量的脫硫石膏若遺棄，將會嚴(yán)重造成資源浪費(fèi)。事實(shí)上，脫硫石膏同天然石膏相比非常相似，能夠?qū)λ嗄Y(jié)時間進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，向水泥中摻入一定量脫硫石膏，水泥強(qiáng)度、凝結(jié)時間以及穩(wěn)定性等均能夠符合國家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且還能夠進(jìn)一步提升水泥性能，將其用于水泥工業(yè)之中必然會產(chǎn)生較高的效益。

3 結(jié)束語

綜上所述，此次研究對工業(yè)廢渣在水泥工業(yè)之中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，通過探討可以了解到，工業(yè)廢渣雖然屬于產(chǎn)出企業(yè)的一種“廢物資源”，但水泥生產(chǎn)企業(yè)若通過合理的利用，將會變廢為寶，使“廢物資源”能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化配置，并降低水泥生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，使環(huán)境污染得以降低，故具有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。