生态水泥推进城市垃圾资源化

张声立

(海军工程大学,430033)

生态水泥推进城市垃圾资源化

张声立

(海军工程大学,430033)

随着我国城市化不断提高，城市垃圾成为一项制约城市发展的重要因素， 生态水泥利用城市垃圾变废为宝，为城市发展及环境保护作出了重大贡献，本文 就生态水泥的制备、性质、应用展开讨论，针对我国生态水泥的发展现状，提出 建议。

生态水泥 制备 性质 应用

1. 言

改革开放以来，我国城市化进程迅猛，随着城市化的不断提高，城市垃圾的 处理已经成为一项制约城市发展的因素，我国垃圾每年大约会产生 1.46 亿吨， 处理的方式主要有焚烧、填埋、回收处理等，其中以回收处理最为环保且能产生 一定的经济效益[1]。同时，21 世纪建材生产发展主要以节省能源、资源，达到与 环境共生为目的，实现废弃物的无害化、减量化和资源化。水泥石作为建材最大 分支，发展生态水泥在生态建材具有重要地位[2]。生态水泥就是利用城市固体废 弃物作为基本原料所生产出来的水泥，既避免了天然资源的大量消耗，保护了自 然环境，又解决了城市垃圾的处理难题，真正实现了城市废弃物的资源化和无害 化，其理念为“健康、环保、安全”[1]。

2. 态水泥制备

生态水泥是以生态环境与水泥的合成而命名的，是一种新型的波特兰水泥，它将城市垃圾烧成灰和下水道污泥一起作为原料，制造水泥，再生利用是生态水泥的特征[3]。

生态水泥的制备与普通水泥一样具有三个阶段：原料制备、煅烧熟料及粉磨水泥。

2.1 原料制备

生态水泥的原料组成见表 1[3]。

表 1 生态水泥原料组成（1 吨）

烧却灰的化学成分见表 2[4]。

表 2 城市垃圾烧却灰的化学成分（平均值，%）

垃圾烧却灰的化学成分是不稳定的，离散性大。在预均化料库中把烧却灰均匀化后，通过 X 射线分析，用石灰石调整原料成分，根据情况，必要时参入粘 土，再次均化。

2.2 煅烧熟料

由于原料不同，在生产生态水泥过程中，不能采用预热分解窑，而是将原料 直接投入回转窑中煅烧，烧成温度为 1350℃，比普通水泥低 100℃，得到生态水 泥熟料。

2.3 粉磨水泥

烧成的生态水泥熟料，粉磨成比面积为 4500cm2/g 的粉体后，再配入无水石膏，得到生态水泥。

2.4 注意事项[5]

2.4.1 重金属回收

烧却灰带进的重金属中，大多数的Cr 和Zn 在煅烧过程中进入熟料矿物，而Pb，Cu，Cd 及其他重金属则以氯化物形式挥发，并被收集在窑灰中，窑灰首 先与水混合，然后加入硫酸，在酸性条件下富含 Pb 的硫酸盐沉淀析出。固液分 离后，在滤液中加入 NaOH 和 NaSH，控制 pH 值和氧化-还原电位，富含 Cu 的 硫化物沉淀析出。

2.4.2 废气排放

废气经净化处理，满足相关标准后排放，噁为防止重新生成二英，废气要快速冷却至 250℃以下。由于 SOx，HCl 大都与 CaO 结合进入熟料，因此废气中不 含 SOx 和 HCl。

3. 态水泥性质分析及应用

为了更好的讨论生态水泥的性质及应用，现将生态水泥与普通水泥进行对比，得到表 3、表 4 及图 1[3].

表 3 水泥的化学成分和矿物组成（%）

表 4 水泥的物理性质和水化热

图 1 水泥抗压强度与龄期

3.1 生态水泥性质分析

从表 3 中可以得出，与普通水泥相比，化学成分中，生态水泥的 Al2O3、SO3、Cl 含量偏高，SiO2 含量偏低，Cl 的含量约为 1%；矿物成分中，生态水泥以 C3S、C11A7·CaCl2 为主，同样也含有 C2S 和 C4AF，C3A 含量少甚至没有的原因是Cl取代超快硬水泥矿物 C11A7·CaF2 而形成的[3]。

从表 4 及图 1 中可以看出，生态水泥最大特点就是凝结时间明显缩短，砂浆 强度在 1d、3d 龄期时发展很快，定为快硬水泥范围。为了调节水泥的硬化时间， 掺入缓凝剂和适当掺和料使有效的，根据刘砚秋研究日本生态水泥时发现，但掺 入缓凝剂和适当掺和料时，生态水泥的初凝时间和终凝时间可以分别提高到 2:21

及 3:29(h:min)，满足工业要求[4]。

3.2 生态水泥应用

生态水泥为了便于混领土的施工，必须添加缓凝剂，必要时需加入一些掺和料，得到的混凝土的坍落度经时变化与普通混凝土相似。由图 1，在灰水比相同 的情况下，使用普通型生态水泥，早期强度较矿渣水泥高，但整个龄期比普通水 泥稍低。如果提高灰水比，则完全达到与普通水泥同样的抗压强度。利用熔析试验方法，生态水泥制品的重金属熔析量对环境不会造成二次污染，符合日本及欧 美国家的安全标准[1]。由表 3 可知，生态水泥由于含有 1%左右的氯离子，在钢筋混凝土中使用时，易引起钢筋锈蚀，因此，生态水泥一般都用于素混凝土中。 在实际应用中，生态水泥还可以与普通水泥混合使用。其具体应用包括：道路混凝土、水坝用混凝土、消波块及鱼礁块（海洋混凝土）、空心砌块、密实砌块、 木片水泥板等[1,3]。

4. 结语

我国城市垃圾年产量已达 1.5 亿吨以上，而且每年以 9%的速度递增，全国200 多座城市已陷入垃圾包围之中，我国城市水泥企业利用城市垃圾生产生态水泥是必要的，通过上海金山水泥厂、北京水泥厂等的成功事例可以看出，在我国 利用城市垃圾生产生态水泥是可行的。在观念方面，大城市水泥工业应转变旧观 念，确立以处置利用城市废物为主、生产水泥为辅的新观念；在技术方面，要利 用水泥窑炉高温煅烧的特点，积极探索处置、利用城市废气物作原燃料生产生态 水泥的技术和途径；在制度方面，要根据事实制定合理标准，日本在这方面成效 突出，自 2001 年来制定了一系列标准，为日本国内生态水泥发展及环境保护作 出的卓越贡献，我国在此方面急需加强。

[1]孙凤琴, 佟 为, 吕和荣. 生态水泥[J]. 化学教育, 2008(9): 1-2.

[2]李学文. 发展生态建材保护生态环境[J]. 广东建材, 2012(11): 84-87.

[3]冯乃谦, 邢 峰. 生态水泥及应用[J]. 混凝土与水泥制品, 2000, 12(6): 18-21.

[4]刘砚秋. 日本生态水泥的性能、应用与发展[J]. 新世纪水泥导报, 2009(2): 34-38.

[5]施惠生, 袁 玲. 生态水泥的研究与进展[J]. 建筑材料学报, 2003, 6(2): 166-172.

[6]黄之初, 谢 丹. 利用“生态水泥”技术推进城市垃圾资源化处理[J]. 国外建材科技, 2003(3): 6-8

[7]王艳丽. 生态水泥——一种能够解决城市及工业废弃物的新型波特兰水泥[J]. 新世纪水 泥导报, 2001(4): 47-50.

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1007-6344（2015）11-0008-02

王立臣(1973.5---)男，汉族，北京平谷人，工程师，专科,北京建工学院 ， 研究方向：混凝土、砂浆技术研发应用.