工业废渣在水泥工业的综合应用

王明亮

摘 要：我国正处在城市化的加速阶段，目前城市化的水平已经超过了55%。城市实现低碳转型的出路是进行绿色、环保的资源利用。近些年来，大力发展节能减排、可再生能源发展、环境保护等可持续发展领域，对相关的低碳城市试点也从政策研究、能力建设等方面给予了有力的支持。在废渣的综合利用方面，实现废渣的再利用是一条可持续发展的循环经济。而在废渣的各种利用途径中由于水泥行业的自身特点，可以对相关的废渣进行有效的利用。文章从实际工作出发，对工业废渣在水泥混凝土工业的综合利用进行论述，得出结论，工业废渣只有与水泥混凝土工业进行紧密的结合才能走出一条适合自身的可持续发展之路。

关键词：工业废渣；水泥工业；综合应用

山西是我国的重要的煤炭能源基地，也是具有中部典型特征的资源型地区。其中煤焦铁是山西的主要经济支柱之一；另一方面，随着经济建设的发展山西上马了大批的低热值电厂，这就使得每年有大量的粉煤灰、炉渣、脱硫石膏等工业废渣。我们知道资源的开发利用是一把双刃剑，长期以来，粗放的资源开发，使得经济发展付出的代价相当大。资源是经济发展的重要支柱，全面开展循环经济建设，是解决山西资源困境的必然选择，又是实现“二次资源”价值化的现实出路。综上可知，在水泥工业上对工业废渣进行综合利用可以实现经济的绿色、环保的发展。

1 工业废渣在水泥工业中的应用

1.1 钢渣在水泥工业中的应用

由于我国钢铁行业发展迅速，产生了大量的钢铁废渣，目前钢渣的利用率仅仅为20%，这些堆积的钢渣占用了大量土地，并造成了环境的污染。钢渣在水泥工业中的综合应用主要有以下两个方面：

（1）钢渣用作为生料配料的原料。钢渣的主要成分如下：Cao，FeO，Fe2O3，MgO，Al2O3，这也是构成水泥的主要成分。因此，钢渣可以作为煅烧水泥熟料的原料，来替代传统的铁质原料—铁粉和石灰石，配比一般为5%～7%。主要是利用了钢渣与水泥熟料组成相似的特点，同时，掺入钢渣还具有很多好处如：水泥熟料的易烧性得到改善、熟料形成时间缩短，熟料热耗降低，同时还可以减少因煅烧石灰石而产生大量CO2的问题。另一方面，以钢渣代替铁粉作铁质校正原料可以解决硅酸盐熟料中铝酸盐矿物含量多、硅酸盐矿物含量少的问题，这是因为钢渣中铁铝比值较大，易于调节生料IM值，配制硅酸率较高的熟料，提高熟料的28d强度2～3MPa。

（2）钢渣用作水泥混合材。钢渣的主要成分为：硅酸二钙和硅酸三钙。因其含有水硬胶凝硅酸二钙和硅酸三钙，因此常被称为过烧硅酸盐熟料。GB/T20491—2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》中，将钢渣粉的比表内面积进行控制使其在400m2/kg以上（并允许掺入范围大致在2%～3%的石膏以激发其早期强度），这样钢渣在水泥中的掺入量可达到30%，另一方面钢渣粉也可直接用于混凝土中等量代替水泥进行掺入。在矿渣水泥中加入适量的钢渣，不但可以激发矿渣的活性，体现出复合材料内部之间的“协调互利”作用，也改善了水泥的抗碳化、抗硫酸盐侵蚀、抗干燥收缩和抑制碱集料膨胀性能。

1.2 粒化高炉矿渣在水泥工业中的应用

钢铁企业在冶炼钢铁过程中，经常会产生粒化高炉矿渣和水淬高炉矿渣，其具有很高潜在活性并且为玻璃体结构。《通用硅酸盐水泥》GB175—2007标准中规定，在矿渣硅酸盐水泥中矿渣的最高掺入量为70%。传统的水泥生产粉磨工艺是把熟料与矿渣混合后进行粉磨，但是矿渣的易磨性与水泥熟料相比很差，因此在水泥进行粉磨的过程中，在熟料已被粉磨至规定细度时，而矿渣的颗粒不能够达到要求，导致其潜在的活性无法发挥。并且使得矿渣在水泥中的掺入量范围在30%～45%之间，无法达到矿渣水泥中的掺入上限70%。随着粉磨技术的提高，水泥企业已经可以将矿渣细度磨至400m2/kg。并通过高细、超细粉磨的方式，改变国体的晶格缺陷发生、使其比表面积增大、表面能增加等，改变了矿渣的物理化学性质发生规律性的变化。另一方面，水泥中矿渣微粉的掺加量范围最高可达65%～70%，降低了生产成本，并减少熟料的使用量，同时减少了CO2的排放。矿渣微粉可作为混凝土掺合料，可以提高混凝土的耐久性及强度，这就拓展了矿渣的使用量和矿渣水泥的应用范围。

1.3 脱硫石膏在水泥工业中的应用

火力发电厂烟气脱硫项目的实施和脱硫设施的运行，越来越多的脱硫副产物产生出来。湿法脱硫工艺常会形成脱硫石膏，其主要成分与天然二水石膏一致，为二水硫酸钙，且含有少量未反应的石灰石、亚硫酸钙等。通常情况下，烟气脱硫石膏呈较细颗粒状，平均粒径范围大致为40～60μm，颗粒状态呈短柱状，径长比在1.5～2.5之间，颜色为灰、黄色，并且二水硫酸钙含量较高，通常在90%以上，游离水的含量一般在10%～15%之间，并伴随有还含飞灰、有机碳、碳酸钙、亚硫酸钙及由钠、钾、镁的硫酸盐或氯化物组成的可溶性盐等杂质。相关试验表明：脱硫石膏被用来代替二水石膏用作水泥的缓凝剂，水泥强度、凝结时间、 细度等性能表现较好，不存在不利影响。

1.4 粉煤灰在水泥工业中的应用

在我国，粉煤灰多数来自于大、中型火电厂的煤粉发电锅炉，或者城市集中供热的粉煤锅炉。其主要成分为硅铝玻璃、微晶矿物颗粒和未燃尽的残炭微粒所，化学成分主要是氧化硅和氧化铝。粉煤灰的主要成分与粘土类似，因此可以部分替代粘土配料来生产水泥熟料。而对于使用较差煤种的燃烧炉所形成的粉煤灰，由于机械燃烧不够完全，且细度较粗、烧失量较高，则可利用其残余可燃物发热的特征，把它掺入生料配料中，掺入量一般在3%～5%之间，同时可有效降低吨熟料生产能耗。当粉煤灰经过分选后符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 GB/T1596—2005中用于水泥生产中粉煤灰的要求之后，可将其用作水泥的混合材。粉煤灰的掺入量的不同，生产的水泥种类也迥异。

2 结语

工业废渣伴随人类的工业发展将近几百年的历史，而工业废渣的利用在20世纪才开始，并且其价值也逐渐为人们所认识，成为了一种宝贵的资源。有相当大一部分的工业废渣或者尾矿，可以被用于作水泥或混凝土的掺合料，这是一种机遇在某种程度上来说也是一种挑战，因此，我们应抓住这个发展的机会，从“ 科学发展观”的角度来研究工业废渣在水泥工业中的利用和新技术的开发，这是具有十分重要的意义和价值的。

参考文献

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[2] 周红.水泥工业对工业废渣的综合利用[J].山西科技，2011，26（01）： 96-97.

[3] 韩彩霞.工业废渣在水泥工业中的应用[J].新疆职业技术教育，2002 （03）.