水泥工業應用工業廢渣的有效途徑

李賀軍，王小平，謝安琴

（貴州省建材產品質量檢驗檢測院，貴州貴陽 550000）

0 引言

工業廢渣是工業化生產過程中必不可少的一種工業廢棄物，但經過有效利用，這種廢棄物質能再次發揮出其所具有的價值。工業廢渣由于其內部所含有的不同化學成分，使其應用途徑也變得相對廣泛，所以我們需要弄清不同廢渣所應用的范圍并尋找到其有效的應用途徑，為工業廢渣的有效應用提供助力。通過分析我們發現不同工業廢渣的化學成分各有不同。廢渣之間的成分偏差，尤其是CaO 和SiO2的含量，其中CaO 的含量多少決定廢渣玻璃體的結構，也決定其內含化學物質的活性度。所以我們可以參考其所含有的化學成分將工業廢渣進行區分。

1 工業廢渣的概述

1.1 廢渣的來源

重工業生產過程中必然會產生工業廢渣，所以其來源渠道廣泛。幾乎每個工業化生產單位都會產生一定量的廢渣。但是從綜合利用的角度，主要涵蓋了冶金冶煉、電力部門、煤炭開采、化工部門，具體來說就是煉鋼廠、冶煉廠、發電廠、煉油廠、化工廠、煤炭開采、金屬深加工以及陶瓷加工廠[1]。

1.2 分類

依據不同的生產原料和使用途徑以及處理方式，工業廢渣分為有毒的、易燃的、具有腐蝕性的、具有傳染性的以及具備化學反應性能的。

1.3 主要利用途徑

隨著我國對原材料的重視以及環保意識的加強，使工業廢渣的利用效率得到有效地提高，相應的工藝、技術、設備等都得到很多的支持，這也為工業廢渣的再次利用奠定基礎。目前對工業廢渣的應用主要分為以下幾種途徑：

（1）用于水泥生產的混合料。

（2）用于水泥調凝劑。此類產品主要是利用具有氣硬性的石膏廢渣發揮作用，比如：磷石膏、脫硫石膏等，這一系列的石膏可以通過技術手段使其性質改變，這種混合材料能在一定程度上替代天然的石膏，降低此類產品對環境的影響[2]。

（3）應用在混凝土的摻合料鐘，用工業廢渣自有的一些性能來改善水泥自身的性能以及混凝土自身的耐久性。尤其是在現代化的建筑行業內，隨著建設施工品質的不斷提高，在施工過程中對混凝土的性能要求也會不斷的增加。大面積和大體積的混凝土施工需求導致混凝土的高性能需求成為混凝土必不可少的組成。

（4）水泥原燃料，一些工業廢渣，包括有機廢棄物、汽車輪胎等可以用在水泥燒制的過程中作為燃料。這是由于這些工業廢渣中含有不同的化學元素，因而能作為水泥制作過程中必備的原料。而且有些工業廢渣內部所含有的金屬物質和有機物是水泥熟料所必須的穩定劑和礦物元素，所以通常被用于水泥熟料的燒制。

1.4 重要性

對工業廢渣進行循環再利用，不僅是我國技術發展的結果，同時也是我國可持續發展、綠色環保節能路線的必然要求。同時水泥工業生產過程中所需要的一些化學成分剛好是工業廢渣內所能提供的，因此很多具備這些化學成分的廢料剛好可以用于水泥生產。

隨著我國城市化的發展，城市建設工程中對建設施工的基本構成材料混凝土和水泥的需求量隨之加大。水泥工業生產對工業廢料的消耗量不斷地增加，而且也可以將其用于水泥生產的原材料或是替代性材料。這也是水泥工業發展過程中較為突出的環保優勢。所以將工業廢渣用于水泥工業不僅能有效替代原材料，而且還能提供燃燒所要用料和成為混合材料生產出水泥，有效消耗了廢料而且又實現了資源再利用的目的。

2 目前的主要使用方式

工業廢渣應用在水泥工業生產已經存在很多年，而且能夠用于水泥生產的廢渣類型有很多，本文將以最常見和用量最大的兩種為例進行工業廢渣應用的具體介紹。

2.1 煤矸石

煤矸石是煤礦在生產過程中產出的廢渣，它不僅含有礦物巖石而且含有一部分碳元素和可燃物質，其中礦物巖石的組成成分和黏土非常像，所以在一些應用領域甚至可以替代黏土，為水泥提供所需的硅和鋁。經過分析我們得知煤矸石中的鋁成分各有不同，可以依據廢料中鋁元素含量的高低將其進行分類。低鋁煤矸石可以被用來進行普通水泥的生產，它在性質上與普通的黏土基本上沒有太大的差別，使用時無須進行調整和再加工。而中高鋁煤矸石在在進行生產時則需要依據實際需求進行調整和配比，通過在原料中加入高飽和比（KH）以及高鐵元素的方式，來使其達到生產的標準。在利用煤矸石的過程中，可以巧妙地利用高鋁煤矸石來替代黏土以及部分礬士，為生產提供必需的氧化鋁，進而生產出能滿足不同凝結需求、不同硬性特征的特殊性水泥，甚至是硅酸鹽膨脹水泥。這些水泥的主要用途多為類似于機場跑道、高速公路橋梁施工、工程防御工事等高標準項目中。

利用具有可燃燒物質的煤矸石來燃燒發電，被充分燃燒后的矸石渣又被稱作為熟矸或是紅矸。它具有一定的活性，能用于生產水泥的混合材料。將水泥熟料、石膏以及熟矸混合在一起并且進行研磨，其質量可以與硅酸鹽水泥的標準相媲美。

煤矸石也可以作為一種低勢值燃料來用作水泥的生產。其所含有的可燃燒物質能在進行水泥煅燒的過程中進行燃燒，進而產生熱量來替代傳統煤炭所能提供的熱量，繼而減少水泥生產過程中的能源消耗。利用煤矸石作為能源供應的材料已經應用非常成熟，很多水泥生產廠家都逐步開始利用這種材料來減少高價燃料的應用需求。

煤矸石雖然作為廢料其利用方式非常廣泛，但是其在應用過程中仍存在很多的困難，主要原因在于其所包含的化學成分以及熱值波動很大，這就給水泥生產帶來巨大的影響，如果不進行嚴格地控制就會導致其生產工藝和產品質量下降。為了更好地讓煤矸石發揮作用，應當對煤矸石進行均化，降低煤矸石在窯中的成分總量并減少其所造成的熱值波動，提高調整的空間。其次，就是對煤矸石進行分類堆放，對不同成分的煤矸石進行分類并建立對應的資料，以便于在后期的使用過程中能充分地利用其功效，同時確保其熱含量和鋁成分的穩定性。

2.2 粉煤灰

我國每年對煤炭的使用量非常高，與其相對應的粉煤灰排放量則能夠達到1.53 億t，而煤渣的存儲量則達到了11 億t 之多。為了存放這些煤灰則需要占用近60 萬畝土地。但這種情況恰恰與我們人口眾多耕地不足的國情相悖。如何改變這一現狀，提高粉煤灰的利用率使其能夠發揮作用。目前粉煤灰作為工業廢料的主要利用方式就是用于燒制水泥熟料以及制作混合材料。當粉煤灰從燃燒爐內排出時經過冷卻，活性度較高。它所具有的化學元素可以和水泥中所含有的化學物質——水花產物Ca（OH）2進行化學反應，進而成為水泥制品中的活性混合材料。

粉煤灰的主要成分為鋁硅質原材料，所以完全可以替代黏土來配制水泥。使用這種材質進行配料的優勢在于：

（1）粉煤灰中含有碳殘留物，因而在燃燒過程中會產生一定的熱量，這種熱量能有效地替代燃料供給的熱量為生產加工提供能量，減少水泥熟料對熱能的消耗量。

（2）粉煤灰自身具有一定的吸水性能，能有效地降低黏土礦物質的吸熱能力。

（3）粉煤灰中含有較多的Al2O3，利用它來提高高硅黏土的配料成分并繼而提高熟料的早強性能。

通常情況下使用粉煤灰來制作水泥熟料，其使用量不會太大。因此，如果粉煤灰的使用量較大，則應當使用高硅原料來調整，避免反應過度達不到生產要求。所以通常情況下其在生產過程中的配入量不會超出10%。

3 觀念和技術的革新

3.1 觀念認知

工業廢渣到底是廢棄物還是工業生產的原料？具體來說這是工業廢渣在工業生產過程中的價值體現。我國工業廢渣從廢棄物到成為工業生產的資源是一個逐步轉變的過程。尤其是經過磨細的礦渣粉已成為水泥生產過程中的非常重要的資源，而粉煤灰也是水泥生產以及混凝土生產過程中的主要原料。而且工業廢渣由于自身具備一定的化學元素和物理特性，所以在生產水泥熟料的過程中能大大簡化制作工藝，生產出與傳統水泥制作工藝相近的同等性能的水泥或是膠凝材料。憑借這一優勢，工業廢渣的應用方式受到廣泛的重視和應用，并帶動工業廢渣應用地進一步研究，使其能在更多的領域進行使用。

3.2 技術角度

目前由于研磨工藝和實際水泥生產工藝之間還存在很大的差距，由于廢渣的構成各有不同，所以在進行配置的過程中由于配比方式和搭配計量的不同會存在較大的差距，同時也會存在一定的問題。因此在加工過程中必須要采用一些其他的材料如助磨劑、激發劑等來推動混合材料的效用。

4 結束語

通過上述各個要素的綜合分析我們可以看出，工業廢料在水泥工業中的應用不僅能充分使其發揮作用而且能在不同的需求下使工業廢料產生不同的價值和作用，進而達到降低能耗、替代原材料、提供熱能的目的，最終實現節能環保、物盡其用的目標。