特種水泥在綠色環(huán)保中的應(yīng)用論文

工業(yè)廢渣在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：隨著城市化建設(shè)的層層推進和產(chǎn)業(yè)化進程不斷加快，水泥工業(yè)得到了極大的發(fā)展，建材水泥集團注重引進高新技術(shù)，不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域，從傳統(tǒng)水泥走向生態(tài)水泥，從利廢企業(yè)走向環(huán)保企業(yè)，體現(xiàn)了處理工業(yè)廢渣主力軍的地位。水泥工業(yè)大量利用工業(yè)廢渣是一項造福人類的綠色工程，其經(jīng)濟效益和生態(tài)效益非常顯著。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢渣水泥綠色環(huán)保經(jīng)濟效益

Industrialwastesutilizationincementproduction

Abstract:Alongwiththecityconstructiontopromotethelayersandindustrializationprocessisacceleratedceaselessly,thecementindustryhasbeengreatlydeveloped,cementbuildingmaterialsgroupfocusontheintroductionofhightechnology,andconstantlyexpandtheareasofapplication,fromthetraditionalcementtoecologicalcement,fromrecyclingenterprisestoenvironmentalprotectionenterprises,reflectstheprocessingofindustrialwasteresiduethemainforceposition.Cementindustryextensiveuseofindustrialwasteresidueisabenefitofthehumangreenproject,theeconomicbenefitandecologicalbenefitisveryobvious.

Keywords:industrialresiduecementgreeneconomicbenefits

一．工業(yè)廢渣的定義與簡介

工業(yè)廢渣是指在工業(yè)生產(chǎn)中，排放出的有毒的、易燃的、有

腐蝕性

的、傳染疾病的、有化學(xué)反應(yīng)性的以及其他有害的固體廢物。包括：

(1)有毒廢物。對任何一類特定的遺傳活動測定呈陽性反應(yīng)的；對生活蓄積的潛在性試驗呈陽性結(jié)果的；超過“特定化學(xué)制劑表列”中規(guī)定的含量的；根據(jù)所選用的分析方法或生物監(jiān)測方法，超過所規(guī)定濃度的廢物。

(2)易燃廢物。含燃點低于60℃的液體廢棄物；在物理因素作用下，容易起火的含液體和氣體的廢棄物；在點火時劇烈燃燒，易引起火災(zāi)的和含氧化劑的廢棄物等。

(3)有腐蝕性的廢物。含水廢棄物、不含水但加入等量水后浸出液的PH值為3以下或12以上的廢棄物：最低溫度為55℃時，對鋼制品的腐蝕深度大于0.64cm/a的廢棄物。

(4)有化學(xué)反應(yīng)性的廢物。容易引起激烈化學(xué)反應(yīng)但不爆炸的、易與水激烈反應(yīng)可形成爆炸性混合物的；與水混合時釋放有毒煙霧的；在有強烈起始源(加熱或和水作用)產(chǎn)生爆炸性或爆炸性反應(yīng)的；在常溫常壓下，可能引起爆炸性反應(yīng)或分解的；屬于A級或B級的炸藥(包括引火物質(zhì)、自動聚合物和各種氧化劑)等。

工業(yè)廢渣的固體廢棄物長期堆存不僅占用大量土地，而且會造成對水系和大氣的嚴重污染和危害。大量采礦廢石堆積的結(jié)果，毀壞了大片的農(nóng)田和森林地帶。工業(yè)有害渣長期堆存，經(jīng)過雨雪淋溶，可溶成分隨水從地表向下滲透。向土壤遷移轉(zhuǎn)化，富集有害物質(zhì)、使堆場附近土質(zhì)酸化、堿化、硬化．甚至發(fā)生重金屬型污染。例如，一般在有色金屬冶煉廠附近的土壤里，鉛含量為正常土壤中含量的10~40倍，銅含量為5~200倍，鋅含量為5~50倍。這些有毒物質(zhì)一方面通過土壤進入水體，另一方面在土壤中發(fā)生積累而被作物吸收，毒害農(nóng)作物。工業(yè)廢渣與城市垃圾在雨水、雪水的作用下，流入江河湖海，造成水體的嚴重污染與破壞，如果將工業(yè)廢渣或垃圾直接倒入河流、湖泊或沿海海域中會造成更大污染。目前世界上原子反應(yīng)堆的廢渣、核爆炸產(chǎn)生的散落物以及向深海投棄的放射性廢物，已使能量為0.74EBq(2000×10000Ci)的同位素污染了海洋，海洋生物資源遭到極大破壞。工業(yè)廢渣與垃圾在縮放過程中，在溫度、水分的作用下，某些有機物質(zhì)發(fā)生分解，產(chǎn)生有害氣體，一些腐敗的垃圾廢物散發(fā)腥臭味，造成對空氣的污染。例如：堆積如山的煤矸石發(fā)生自燃時，火勢蔓延，難以救護。并放出大量的SO2氣體，污染環(huán)境，此外，采取焚燒方法處理固體廢物時排出的煙塵和有害氣體也會污染大氣[1]

工業(yè)的發(fā)展，尤其是冶金、煤炭、電力和化學(xué)工業(yè)的迅猛發(fā)展，使得人類面臨著日益緊迫的工業(yè)固體廢棄物處理問題。此問題不僅與環(huán)境工程有關(guān)，更在許多方面與巖土工程密切相關(guān)。因此，近年來越來越多的巖土工程專家涉足了對工業(yè)廢渣的矸究，其根本出發(fā)點在于把工業(yè)廢渣看作特殊土體，用土力學(xué)理論和試驗手段矸究其物理力學(xué)性質(zhì)，探討和解決其自身堆存和工程應(yīng)用中存在的問題，以實現(xiàn)節(jié)省堆存占地和大用量綜合利用這兩個目標。為了更有針對性地矸究工業(yè)廢渣的特性，應(yīng)首先對其進行分類。分類時除考慮其物理力學(xué)性質(zhì)外，還應(yīng)考慮其化學(xué)性質(zhì)以及生產(chǎn)過程。

工業(yè)廢渣是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品。產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，就是廢渣的產(chǎn)生過程。盡管不同工業(yè)品的生產(chǎn)過程不同，但其主要工序不外乎對原料的分選、破碎、冶煉、燃燒、化學(xué)合成等。分選使有利用價值的原料進入下一工序，而無加工價值的部分即成為廢棄物，如煤炭工業(yè)分選出的煤矸石，冶金工業(yè)分選出的尾礦石等。破碎的作用是增大顆粒的比表面積，以提高生產(chǎn)效率。如火力發(fā)電廠中煤炭要破碎成煤粉，金屬冶煉廠要把礦石破碎成礦砂等。有了這些必要的準備，才進入產(chǎn)品的生產(chǎn)階段，通過燃燒、冶煉或化學(xué)反應(yīng)獲得產(chǎn)品和廢渣。工業(yè)廢渣的產(chǎn)生經(jīng)歷兩種變化即物理變化和化學(xué)變化。這一過程雖然與天然土的形成過程有很大差異，如時間短、變化劇烈等，但其本質(zhì)是相同的。這就為在工業(yè)廢渣分類中借鑒天然土的分類體系奠定了基礎(chǔ)[2]。

二．我國水泥產(chǎn)業(yè)利用廢棄物的基本情況

水泥工業(yè)在全社會的循環(huán)經(jīng)濟中正在發(fā)揮著重要作用，并已取得了很好的成績，這主要取決于它消納利用各種工業(yè)廢棄物及城市生活垃圾等方面的優(yōu)異功能。其特點首先是水泥工業(yè)消納利廢十分徹底干凈，沒有二次污染隱患；其次是可以消納利廢的品種多，適用范圍廣，消納量大；第三是水泥生產(chǎn)與消納利廢同時進行，對水泥生產(chǎn)工藝及裝備系統(tǒng)的正常操作運轉(zhuǎn)和對水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量基本沒有不良影響。因而利用現(xiàn)有的新型干法水泥廠就可安全，高效、經(jīng)濟地消納利用全社會相當(dāng)一部分的廢棄物，無需另耗巨資去焚燒填埋廢物，并且見效

快。

據(jù)統(tǒng)計，2004年，我國水泥產(chǎn)業(yè)利用高爐礦渣1．1億噸、粉煤灰5000萬噸、爐渣860萬噸、煤矸石960萬噸、硫酸渣1800萬噸、電石渣和磷石膏680萬噸，石灰石尾礦礦渣及其他廢渣2700萬噸，合計利用各種同體廢渣2．3億噸?！笆濉逼陂g由于發(fā)展新型干法水泥減少粉塵排放500多萬噸，水泥產(chǎn)業(yè)年消納工業(yè)廢渣已超過2億噸，占工業(yè)廢渣總利用量一半以上[3]。

三.水泥工業(yè)利用廢棄物的有效途徑

3.1替代水泥原料的廢棄物

一些工業(yè)廢料如煤矸石、粉煤灰、廢渣、鐵礦渣、電石渣、赤泥以及富含CaO、Si02、Al203等成分的淤泥，只要其成分經(jīng)配料后在煅燒熟料允許的范圍，均可以作為原料應(yīng)用于水泥熟料的煅燒。此類工業(yè)廢棄物作水泥原料時不僅消耗了工業(yè)廢棄物，同時由于高爐爐渣等工業(yè)廢棄物中含有大量的CaO、SiO2，此類物料作為原料必將減少燃料的消耗量，相應(yīng)的降低熟料煅燒的熱耗和廢氣中CO2、NOx。的排放量。

3.1.1煤矸石替代黏土

煤矸石中W(SiO2)+w(Al2O3)+W(CaO)>70％，可作為生料中硅質(zhì)及鋁質(zhì)組分，替代黏土配料，燒制普通硅酸鹽水泥和快硬硅酸鹽水泥熟料。所以添加適量的煤矸石可降低熟料的燒成溫度，有利于降低熟料熱耗。此外煤矸石作為水泥生產(chǎn)的替代原料可替代價格昂貴的鋁礬土，有利于降低水泥生產(chǎn)成本。

3.1.2尾礦作替代原料尾

尾礦是礦山選礦廠選礦后排放的礦物廢料，主要含量為碳酸鹽和二氧化硅，可以作為水泥生產(chǎn)中的部分替代原料。我國對尾礦替代部分粘土用于水泥生產(chǎn)已有研究，得出了許多經(jīng)驗數(shù)據(jù)，王金忠、趙穎華等人通過研究發(fā)現(xiàn)：適宜的尾礦，使碳酸鹽分解的溫度降低10~30℃熟料礦物開始結(jié)晶溫度降低10~25℃，適量尾礦和礦化劑復(fù)摻可使燒成溫度控制在l350~l400℃范圍內(nèi)；尾礦中因含有多種微量元素，可改善水泥生料易燒性；尾礦的摻量在適宜的范圍可以改善水泥性能，摻量過多則不利于熟料的燒成。另外，尾礦中的硅以低熔點礦物存在，不是穩(wěn)定的二氧化硅，易于與氧化鈣化合。加上含有多種微量金屬元素，一般三氧化二鐵含量較高具有礦化作用，還可以替代鐵粉。

3.1.3粉煤灰替代黏土粉

粉煤灰應(yīng)用于水泥工業(yè)中既可以作為混合材料，又可以替代部分乃至全部黏土參與水泥配料。粉煤灰是一種具有一定活性的火山灰質(zhì)材料，其化學(xué)成分為SiO2、A1203以及少量的Fe203、CaO。所以不僅可作為混合材料還可作為替代原料，替代粘土參與水泥配料，生產(chǎn)水泥熟料。一般來說粉煤灰中A1203含量比粘土中的要高，可以用粉煤灰部分替代黏土，作為調(diào)整黏土中硅高鋁低的校正料。

3.1.4石灰質(zhì)原料替代物

電石渣是生產(chǎn)聚氯乙烯時，乙炔站消解電石排放的廢渣，其主要成分是氫氧化鈣，顆粒狀，粒度均勻，80％的粒徑在10一50微米范圍內(nèi)，電石渣中二氧化硅含量較低，用作水泥原料時需要加硅質(zhì)校正料。雙氰胺渣含水分20％左右，氧化鈣50％以上，主要以氫氧化鈣存在于廢渣中。電石渣和雙氰胺渣中的氫氧化鈣在較低溫度時，便可以分解出氧化鈣，有利于水泥熟料的燒成，而且兩者化學(xué)成分比較穩(wěn)定，因此可作為水泥生產(chǎn)原料中的石灰質(zhì)原料。

3.2替代水泥燃料的廢棄物

70年代初，國外開始對可燃廢棄物作為替代燃料在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用進行研究，1974年加拿大Lawrence水泥廠進行了首次試驗。隨后美國密執(zhí)安州的PeerLess水泥廠、伊利若斯州的LoneStar水泥廠等多家水泥廠也先后進行了這方面的試驗，瑞典的StoraVika水泥廠、波多黎各的SanJuan水泥廠、瑞士的霍爾姆公司也進行了研究并在實際生產(chǎn)中取得了巨大的經(jīng)濟社會效益[4]。

通過大量的研究試驗和環(huán)境監(jiān)測表明，水泥回轉(zhuǎn)窯在處理可燃廢棄物中，具有自身獨特的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在一下幾點：(1)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度高，廢棄物中有害有機物的焚燒率可高達99．9999％，所有有機物基本完全分解。(2)回轉(zhuǎn)窯熱容量大，工況穩(wěn)定，不僅可以接受大量的廢料，而且可以維持均勻、穩(wěn)定的燃燒氣氛。(3)燃燒氣體在回轉(zhuǎn)窯中高溫下停留時間長，焚燒充分，難得產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象。(4)一方面回轉(zhuǎn)窯中的堿性氣氛與廢棄物燃燒過程產(chǎn)生的酸性中和，形成鹽類物質(zhì)被固定下來，起到尾氣凈化的作用。另一方面廢棄物中的重金屬元素在高溫作用下，通過固化反應(yīng)被固定在氧化物固體中，減少了重金屬元素的污染。另外，與專用廢棄物焚燒爐相比，回轉(zhuǎn)窯還有建設(shè)投資省、運行費用低、經(jīng)濟效益好、焚燒徹底等優(yōu)點[5]。

通?？扇紡U棄物按物料形態(tài)可分為以下幾類：

(1)固體廢棄物：如炭黑、干洗廢料、復(fù)印機粉、活性炭、樹脂、橡膠、輪胎、木渣、廢紙、廢塑料、廢衣物、廢織物等。

(2)污泥狀廢棄物：如廢油漆、涂料、化妝品油、印刷油墨、儲油罐底泥等。

(3)液體廢棄物：包括廢溶劑類如：丙酮、丁酮、乙醇等，汽油類溶劑如甲苯、二甲苯等，三氯乙烷、二氯甲烷、四氯乙烯等，廢油及其產(chǎn)品、溶劑蒸餾釜底物、環(huán)氧樹脂、膠粘劑、油墨及其他液態(tài)廢燃料。

四．總結(jié)

面對礦產(chǎn)資源越來越緊張的局面，在水泥生產(chǎn)過程中，充分開發(fā)利用各類尾礦和各種工業(yè)廢渣，意義重大。一可節(jié)約不可再生的礦產(chǎn)資源并能改善環(huán)境狀況，因此有利于行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，有利于水泥工業(yè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展；二可改善水泥的應(yīng)用性能，提高混凝土質(zhì)量，并適應(yīng)各種環(huán)境對水泥使用性能的要求，如快硬、緩凝、高強、補償收縮、微膨脹、抗腐蝕，等等；三可降低生產(chǎn)能耗，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，有利于企業(yè)自身的生存和發(fā)展。

在水泥生產(chǎn)中，尾礦和工業(yè)廢渣既可作熟料生產(chǎn)的原料、又可作為礦化劑使用，還可作為水泥生產(chǎn)的調(diào)凝劑和活性混合材料，以改善水泥性能。因各類尾礦和工業(yè)廢渣的組成和性能極其復(fù)雜，因此使用中各企業(yè)一定要根據(jù)自身的工藝條件、裝備和技術(shù)水平，原燃料狀況等等具體狀況，進行試驗、總結(jié)和應(yīng)用，切不可無視企業(yè)實情，生搬硬套，采取拿來主義。

在利用尾礦和工業(yè)廢渣同時，要重視和考慮其中的某些微量元素對熟料鍛燒和水泥性能可能有不利影響。如廢渣配料生產(chǎn)時，若廢渣中揮發(fā)性元素Cl，F(xiàn)，SO3和R2O等含量高時，容易使預(yù)熱器分解爐和窯尾煙室結(jié)皮、堵塞；若廢渣中含有磷、硼、鋯和鋅等元素，會延長水泥凝結(jié)時間；如有鍶、砷、鈷等元素還會降低水泥強度[6]，等等。

參考文獻

[1]張建國、陳環(huán)、閆澍旺.《工業(yè)廢渣的分類》.巖土工程學(xué)報第19卷第3期.1997/5.

[2]張友芳.《關(guān)于工業(yè)廢渣的分類處理標準》.中國學(xué)術(shù)印刷中心.1994.

[3]吳越.《論工業(yè)廢渣的綜合利用》.河南財經(jīng)學(xué)院學(xué)報.1986年第2期.

[4]霍冀川、盧忠遠、呂淑珍、易顯華.《工業(yè)廢渣代替粘土生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥的研究》.礦產(chǎn)綜合利用.2001年10月第5期.

[5]劉新年.郭宏偉.高檔妮.LIUX