工業廢渣在水泥工業中的應用研究

（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，伴隨水泥行業結構不斷的深入調整，在水泥生產線上，新型水泥的生產比重逐漸增加，水泥生產能力也快速得到提升，水泥行業的市場競爭也日趨激烈，如何使生產成本得到有效降低，并使市場占有率不斷提升，是每一個水泥生產企業重點考慮的問題，在水泥生產之中，這些工業廢渣能夠變廢為寶，若能將其應用于水泥工業生產之中，不僅會降低水泥生產企業的生產成本，而且還會使環境污染得以減輕，因此，將工業廢渣應用于水泥工業之中具有重要的社會經濟效益。

1 工業廢渣的一般處理方法

由于工業廢渣的種類比較多，且來自不同工業行業，所以工業廢渣處理的方法也存在著不同，通過匯總各種工業廢渣處理方法得出工業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廢棄物進行掩埋處理，此方法基本要求是需要保證填埋的安全性。采取此方法之前應該對目標地的地質條件以及水文特征進行詳細調查，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境受到污染。在對有害物進行處理的過程中，需要嚴格記錄有害廢棄物的種類、數量、存放位置等內容，以免出現各類化學成分之間產生反應，同時，還應該對淋出液實施有效監測，針對水溶性物質進行填埋的過程中，還應該事先鋪設塑料和瀝青，做好防滲漏工作，以免低層出現滲漏。若要保證填埋的安全性，應該對場地進行有效選擇，一般應該選擇干旱或者說半干旱地區。

1.2 焚化法

工業廢渣之中會存在較多的有害物質，其產生的毒性源于該物質分子結構，而并非所含元素所致。所以在對此類工業廢渣進行處理的過程中，通常倉應該通過焚化法來對其分子結構進行分解。例如，在對一些有機物廢渣進行處理時，可以通過焚化法將有機物轉化為水、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 化學處理法

化學處理法主要是采取化學反應的方式將有毒害的工業廢渣轉化為少毒或者是無毒的產物。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沉淀法等，此外，還可以采用瀝青、水泥以及硅酸鹽的物質和材料實施化學固定法等進行處理。

1.4 生物處理法

生物處理法一般是對有機物廢渣進行處理，主要是采用生物降解的方式來實現處理，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

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

水泥行業在對工業廢渣進行處理所采用的方法即為化學處理法，主要是對工業廢渣的化學成分組成以及化學性質進行利用，來達到處理以及再利用的目的。

2 工業廢渣在水泥工業之中的具體應用

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

2.1 鋼渣在水泥工業中的應用

鋼渣主要是鋼鐵生產時產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構成。在實際生產過程中，生產出1 噸鋼鐵便能夠排放15%～20%的鋼渣。當前國內煉鋼廠所排放的鋼渣已逾2億噸，并且其排放量仍在持續增長，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，不僅會造成嚴重的資源浪費，而且還會導致環境污染。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，在水泥生產中，可將其作為鐵質校正原料、混合材料以及礦化劑來進行有效利用。

2.1.1 混合材料方面的應用

水泥成分中包含的硅酸鹽礦物C2S 以及C3S 能夠對水泥的強度產生重要影響。當鋼渣處于中堿度狀態下，石灰相通常會以硅酸三鈣以及硅酸二鈣的形式出現，而鋼渣處于高堿度狀態下，石灰相則主要以硅酸三鈣的形式出現。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態（β-C2S）轉化成穩態（γ-C2S），在逐漸冷卻的過程中，β-C2S 也將轉化為γ-C2S。這種冷卻方式同水泥生產過程中的冷卻方式存在較大不同，水泥熟料產出時應該快速將其冷卻，而需要快速冷卻的水泥熟料之中包含的C2S 以及C3S 均處于介穩態，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，相關研究表明，鋼渣在進行48h水化之后，其所釋放出的總熱量只能夠達到水泥的11%。而在對傳統水泥進行生產時，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，并且水泥的細度還必須與國家制定的相關標準相符，在這種情況下，如果水泥之中包含的鋼渣粒徑達到70μm，則粒度比較粗，會造成鋼渣的活性作用無法得到有效發揮。如果對鋼渣進行粉磨，使其表內面積大于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用

在硅酸鹽熟料之中包含著較多的C4AF 及C3A，當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FeO 這一特點，在鐵質校正過程中將鋼渣當做原料，通常配入量應該在5%～7%之間。除此之外，鋼渣的特點與水泥熟料之中包含的礦物特點相似，將鋼渣摻入到水泥生料之中，還能夠發揮晶種作用，并且還能夠將水泥熟料所具備的易燒性進行改善，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，進而使CO2的排放得以減少。

2.2 銅渣在水泥工業中的應用

銅渣主要是在銅冶煉時形成的，熔融狀態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。我國當前粗銅的年產量高達60 多萬噸，每年排放的銅渣均處于較高水平。銅渣對生態環境造成的污染主要是通過以下途徑實現的：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，而且對土質環境也會造成不良影響；第二，當銅渣之中包含的細微粉塵達到10μm 的情況下，將會導致大氣污染形成，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。

銅渣各項成分通常均已玻璃體這種亞穩態的形式存在的，并且還具備水化活性，當前研究表明，在水泥生產過程中，可以將銅渣當做混合材料以及礦化劑進行使用。首先，將銅渣當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成分。有研究表明，在銅冶煉的過程中會形成水淬渣，將其當做主要原料，并向其中加入少量激發劑以及其他材料，然后再通過細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，此類水泥的生產工藝也比較簡單，所產生的能耗也比較低，所以將銅渣當做混合材料摻加到水泥之中，不僅能夠使水泥產量提升，還能夠使銅渣活性組分受激發劑的影響，提升水泥水化反應后的強度，但因水泥之中缺乏熟料，導致水泥的等級比較低，所以銅渣摻入水泥生產主要適用于低標號混凝土制備、抹灰砂漿的制備以及小型砌塊環保墻施工過程中所使用的材料；其次，將銅渣當做礦化劑使用方面，主要是因銅渣之中富含FeO、SiO2等多種微量元素，因FeO 與Fe2O3相比，其熔點比較低，從而能夠使最低共熔溫度得以降低，進而在熟料煅燒的過程中會提前出現液相，與此同時，還能夠將液相的粘度降低，并降低例子擴散時的阻力，從而使質點擴散的速度得以增加，并使C3S 的形成得到促進。

2.3 礦渣在水泥工業中的應用

在工業生產中，礦渣的種類比較多，本文主要對粒化高爐礦渣進行研究。在使用高爐進行鐵冶煉時，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成分以及焦炭會同熔劑之間產生反應，形成MgO 以及CaO 等熔融物，通過水淬緊急制冷后便會產生粒狀顆粒物，即粒化高爐礦渣，我國每年排放的這種礦渣數量較多，若對其堆積則會對環境產生不良影響。此類礦渣之中富含玻璃體，屬于高潛在活性材料，若礦渣細度方面比較粗的情況下，將其同水拌合并不會產生水化反應，水硬性非常弱。而如果存在水泥熟料、石灰或者說石膏能夠將氫氧化鈣溶液予以提供的情況下，便能夠同水之間形成非常強烈的水化反應，從而使水化產物得以形成，并使強度提升。

2.4 粉煤灰在水泥工業中的應用

粉煤灰在水泥工業中的應用主要當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、未燃盡殘炭微粒以及微晶礦物顆粒所構成，其成分相似于粘土，在水泥熟料生產過程中，可將其對粘土配料部分替代。針對煤質較差或者說有著較差燃燒效果的燃燒爐所形成的粉煤灰，由于存在機械不完全燃燒，導致存在較高的燒失量，這種情況下可通過可燃物殘余發熱量在生料配料過程中使用，摻入量應該保持在3%～5%之間，能夠將熟料熱耗降低；混合材料方面，粉煤灰屬于密實度較高的一種玻璃質球，在粉煤灰各項成分中，玻璃體的含量大約占50%～80%，其結構不盡致密，而且還具有一定的穩定性，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、常規硅酸鹽水泥以及復合型硅酸鹽水泥進行生產。

2.5 磷石膏在水泥工業中的應用

在磷酸萃取過程中，磷石膏屬于一種副產物，該物質經脫酸改性處理之后能夠對天然石膏進行取代，從而在水泥之中發揮緩凝劑作用。在磷石膏成分之中，P2O5的含量比較高，將其當做水泥混凝劑使用的情況下，一般會導致水泥的強度降低，且凝結時間比較慢，無法直接對天然石膏進行取代，但若通過脫酸改性之后，便能夠對水泥的凝結時間進行有效調節，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行合理控制，則其發揮的性能還要比天然石膏更占優勢。

2.6 脫硫石膏在水泥工業中的應用

含硫煤通過燃燒之后，其煙氣中會富含較多的SO2，通過CaCO3對其進行脫硫處理，便會使脫硫石膏形成。近些年來我國火力發電企業開始重視控制二氧化硫排放，使得脫硫石膏的產生量越來越多，大量的脫硫石膏若遺棄，將會嚴重造成資源浪費。事實上，脫硫石膏同天然石膏相比非常相似，能夠對水泥凝結時間進行合理調節，向水泥中摻入一定量脫硫石膏，水泥強度、凝結時間以及穩定性等均能夠符合國家制定的相關標準，并且還能夠進一步提升水泥性能，將其用于水泥工業之中必然會產生較高的效益。

3 結束語

綜上所述，此次研究對工業廢渣在水泥工業之中的應用進行了探討，通過探討可以了解到，工業廢渣雖然屬于產出企業的一種“廢物資源”，但水泥生產企業若通過合理的利用，將會變廢為寶，使“廢物資源”能夠實現優化配置，并降低水泥生產企業的生產成本，使環境污染得以降低，故具有巨大的社會經濟效益。