工業廢渣在水泥工業的綜合應用

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超過了55%。城市實現低碳轉型的出路是進行綠色、環保的資源利用。近些年來，大力發展節能減排、可再生能源發展、環境保護等可持續發展領域，對相關的低碳城市試點也從政策研究、能力建設等方面給予了有力的支持。在廢渣的綜合利用方面，實現廢渣的再利用是一條可持續發展的循環經濟。而在廢渣的各種利用途徑中由于水泥行業的自身特點，可以對相關的廢渣進行有效的利用。文章從實際工作出發，對工業廢渣在水泥混凝土工業的綜合利用進行論述，得出結論，工業廢渣只有與水泥混凝土工業進行緊密的結合才能走出一條適合自身的可持續發展之路。

關鍵詞：工業廢渣；水泥工業；綜合應用

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。其中煤焦鐵是山西的主要經濟支柱之一；另一方面，隨著經濟建設的發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、脫硫石膏等工業廢渣。我們知道資源的開發利用是一把雙刃劍，長期以來，粗放的資源開發，使得經濟發展付出的代價相當大。資源是經濟發展的重要支柱，全面開展循環經濟建設，是解決山西資源困境的必然選擇，又是實現“二次資源”價值化的現實出路。綜上可知，在水泥工業上對工業廢渣進行綜合利用可以實現經濟的綠色、環保的發展。

1 工業廢渣在水泥工業中的應用

1.1 鋼渣在水泥工業中的應用

由于我國鋼鐵行業發展迅速，產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，并造成了環境的污染。鋼渣在水泥工業中的綜合應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，FeO，Fe2O3，MgO，Al2O3，這也是構成水泥的主要成分。因此，鋼渣可以作為煅燒水泥熟料的原料，來替代傳統的鐵質原料—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，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生大量CO2的問題。另一方面，以鋼渣代替鐵粉作鐵質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，這是因為鋼渣中鐵鋁比值較大，易于調節生料IM值，配制硅酸率較高的熟料，提高熟料的28d強度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，將鋼渣粉的比表內面積進行控制使其在400m2/kg以上（并允許摻入范圍大致在2%～3%的石膏以激發其早期強度），這樣鋼渣在水泥中的摻入量可達到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行摻入。在礦渣水泥中加入適量的鋼渣，不但可以激發礦渣的活性，體現出復合材料內部之間的“協調互利”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 粒化高爐礦渣在水泥工業中的應用

鋼鐵企業在冶煉鋼鐵過程中，經常會產生粒化高爐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構。《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007標準中規定，在礦渣硅酸鹽水泥中礦渣的最高摻入量為70%。傳統的水泥生產粉磨工藝是把熟料與礦渣混合后進行粉磨，但是礦渣的易磨性與水泥熟料相比很差，因此在水泥進行粉磨的過程中，在熟料已被粉磨至規定細度時，而礦渣的顆粒不能夠達到要求，導致其潛在的活性無法發揮。并且使得礦渣在水泥中的摻入量范圍在30%～45%之間，無法達到礦渣水泥中的摻入上限70%。隨著粉磨技術的提高，水泥企業已經可以將礦渣細度磨至400m2/kg。并通過高細、超細粉磨的方式，改變國體的晶格缺陷發生、使其比表面積增大、表面能增加等，改變了礦渣的物理化學性質發生規律性的變化。另一方面，水泥中礦渣微粉的摻加量范圍最高可達65%～70%，降低了生產成本，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度，這就拓展了礦渣的使用量和礦渣水泥的應用范圍。

1.3 脫硫石膏在水泥工業中的應用

火力發電廠煙氣脫硫項目的實施和脫硫設施的運行，越來越多的脫硫副產物產生出來。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，且含有少量未反應的石灰石、亞硫酸鈣等。通常情況下，煙氣脫硫石膏呈較細顆粒狀，平均粒徑范圍大致為40～60μm，顆粒狀態呈短柱狀，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。相關試驗表明：脫硫石膏被用來代替二水石膏用作水泥的緩凝劑，水泥強度、凝結時間、 細度等性能表現較好，不存在不利影響。

1.4 粉煤灰在水泥工業中的應用

在我國，粉煤灰多數來自于大、中型火電廠的煤粉發電鍋爐，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炭微粒所，化學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，由于機械燃燒不夠完全，且細度較粗、燒失量較高，則可利用其殘余可燃物發熱的特征，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能耗。當粉煤灰經過分選后符合《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，生產的水泥種類也迥異。

2 結語

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

參考文獻

[1] 黃弘，唐明亮，沈曉冬等.工業廢渣資源化及其可持續發展（Ⅱ）——與水泥混凝土工業相結合走可持續發展之路[J].材料導報，2006， 20（S1）：455-458.

[2] 周紅.水泥工業對工業廢渣的綜合利用[J].山西科技，2011，26（01）： 96-97.

[3] 韓彩霞.工業廢渣在水泥工業中的應用[J].新疆職業技術教育，2002 （03）.