工業廢渣在水泥工業中的應用研究

谷向民 侯京田

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟南 271103）

近年來，我國對固體廢棄物開展全面回收和有效運用，推進清潔生產與循環經濟進步。鼓勵、支持使用有利于保護生態環境的集中處理固體廢棄物的方式，以利固體廢棄物環境污染預防產業發展。

1 工業廢渣的分類

工礦企業生產時排放出的固體廢棄物就是工業廢料，如：采礦廢棄物、冶金廢棄物、化工廢棄物、燃料廢棄物等。我國工礦企業數量較多，工業廢棄物品種、數目較多，成分復雜。采集礦石、煤炭時，會出現被剝離的碎石、挖掘碎石、煤矸石、選礦廢石等；冶煉各類金屬時，會排放出礦的廢棄物和鋼、鎂、銅礦、化鐵爐等廢棄物；化工生產企業會排放出硫酸、電石、煤氣爐、磷、鉻等廢棄物；燃料燃燒后，會產生煙道灰、煤粉等爐內廢棄物。

2 工業廢渣的危害

工業廢棄物外排對自然生態環境以及人類的生存環境造成極大影響。處理工業廢棄物極具困難，堆放的數量越多，侵占土壤資源就越多。廢棄物中有害物質會污染土壤，致使草木無法生長。大量工業固體廢棄物倒入河流、湖泊內，導致水污染、水域內的生物死亡、堵塞河流、抬高河床、危害水利流域以及航行的安全。可溶解的工業廢棄物伴隨雨水、地表水向地下滲透，改變地底水質酸堿性，甚至出現毒化，影響飲用水的安全以及植物的生長。堆放工業廢棄物時，若含有細小顆粒料會加大空氣中粉塵濃度，增加大氣粉塵污染。廢棄物在自燃、揮發以及發生化學反應時，產生的有毒、有害氣體也會嚴重污染空氣。

3 工業廢渣處理方法

3.1 填埋法

填埋主要是掩埋處置有害的工業廢棄物，重點是要確保填埋的安全性，操作時要細致地對目標地區地質情況、水文特點開展調研，挑選干旱或半干旱地域，避免因滲透、濾瀝產生的廢棄物淋出或排放到地下水，污染地下水以及四周環境。處理有害物質時，要嚴格登記有害物質、廢棄物的種類、數量、堆放區域等內容，避免各種物質間發生化學反應。同時，對淋出液體開展有效地監督檢測，填埋水溶性廢棄物前，鋪設塑料薄膜以及瀝青，做好防滲漏工作，避免底層發生滲漏。

3.2 焚化法

工業廢棄物內含很多有毒、有害物質，其毒性源于該物質的分子結構，與所含元素無關。因此，一般處理這類工業廢棄物時，需要采用焚燒的方式把有機物轉化為水、二氧化碳、灰粉、少量或微量的氮、硫、鹵素以及磷的化合物。

3.3 化學處理法

化學處理法重點是通過化學反應的形式把有毒、有害的工業廢棄物轉換成少量或微量的無毒物質，包括氧化還原、酸堿中和、化學沉淀等方法。另外，還可以使用瀝青、水泥、含硅酸鹽的物質和材料實施化學固定方式處理。

3.4 生物處理法

生物處理法是采用生物降解的形式來處理有機物廢棄物，一般采取滴瀝池、活性污泥、氧化塘、氣化池、土地處理等方式。

3.5 海洋投棄

在不影響海洋生態環境的前提下，可以把不含鎘、汞等有毒、有害物質，經過處理或回收利用的工業廢棄物和垃圾投入大海。塑料制品、原油、放射性物質以及漂浮物不可投入海洋，避免出現海洋污染。

4 工業廢渣在水泥工業中的應用

4.1 粉煤灰

粉狀煤灰主要來源于中、大型火力發電鍋爐，還有一部分源于城市集中供熱的鍋爐。依據相關資料不完全統計，我國每年排灰用水量在10 億噸左右，占地面積達33 333m2。截至目前，總堆放量已經超過10 億噸，即便每年粉煤的利用量在不斷提高，但年利用率依舊無法達到年排放量的一半。

經篩選，符合相關標準、達到水泥生產標號的粉煤灰能夠當做混合料。以摻入粉煤灰多少為依據，可以生產摻入粉煤灰量在8%以下礦的廢棄物硅酸鹽水泥、低于8%的一般水泥、混合料摻入總量為20%～50%的復合型水泥。由于粉煤灰結構穩定，內比面積小，水熱化、縮減性較低，抗凍能力強，被廣泛應用于民用以及工業用房屋，尤其是水工建筑、大體積混凝土和海港項目。

4.2 脫硫石膏

近年來，我國增強節能環保力度，安裝的脫硫機組大致在1.5 億千瓦，石膏年產量在3 000 萬噸左右，若不及時處置任其堆放，會加快環境污染，反之，就可以變廢為寶。濕法脫硫技術生產的脫硫石膏，其成分大部分是二水硫酸鈣，還有未反應的亞硫酸鈣、石灰石和其他雜質。煙氣脫硫石膏作為水泥緩凝劑，在凝結時長、水泥強度、細度、相關性能方面有著顯著優勢。工業廢料之一脫硫石膏可以代替二水石膏，節約很多礦物質，降低企業成本投入，減少廢棄物排放。

4.3 鎂渣

我國是全球最大的鎂的生產及出口國家，原鎂產量占全球整體產量的七成。鎂的廢棄物能優化生料自身的易燃性，有利于產生C35、降低液體的對比溫度和CO2的排放量。自上世紀末，山西的部分水泥生產公司利用鎂的廢棄物，生產復合水泥與一般硅酸鹽水泥，并運用于民用與工業房屋建造上。鎂渣在水泥生產中主要作為水泥混合料和生產配料，《鎂渣硅酸鹽水泥》GB/T 23933-2009 標準規定硅酸鹽水泥石膏和熟料之中，可以摻入12%～25%的鎂渣。鎂渣的外部形態和粉煤灰極為接近，比粉煤灰難以存儲，易污染環境。

4.4 礦渣

工業生產過程中，礦渣種類較多，本文主要研究粒化高爐礦渣。利用高爐進行冶煉時，為降低冶煉溫度，會加入適量石灰石和白云石作為溶劑。鐵礦石含有的土質和焦炭能夠同溶劑發生化學反應，生產出MgO、CaO 等熔融物，經冷卻水制冷后生成顆粒物質，這種顆粒物被稱為高爐礦渣。我國工業生產企業每年會產生數量較多的礦渣，礦渣中含有大量玻璃體，屬于活性材料。如果不及時處理，會對環境產生較大影響。如果礦渣細度較粗，與水混合不發生反應，表明水的硬性較弱。如果礦渣含有水泥熟料或石膏等，與水混合能夠發生劇烈化學反應，形成水化產物，提高水泥強度。

4.5 磷石膏

磷石膏作為一種副產物，進行脫酸處理后可以替代天然石膏，并可以應用于水泥生產過程中起到緩凝劑的作用。磷石膏自身P205含量較大，作為緩凝劑通常會降低水泥強度，易出現凝結較慢的現象，無法達到天然石膏的效果。但經過脫酸處理后，就能有效調控其凝結時間。這種材料價格較低，能夠隨時獲取，改良后可以在水泥生產過程中發揮比天然石膏更好的作用。

5 工業廢渣應用前景分析

水泥產業不僅耗損能源，還會產生很多粉塵以及有毒、有害氣體，破壞自然環境，導致水泥生產同保護生態環境間的矛盾日益加劇。如今，許多國家正進一步探索水泥的生產償還能力。首先，水泥生產在消化和使用工業廢棄物上有著極大的潛能，具有極大的經濟和社會效益。其次，工業廢渣被應用于水泥生產，可以有效減少粉塵以及有害氣體的排放、避免能源浪費、節約原材料、降低成本，實現節能減排的目標。利用工業廢渣生產水泥，不但能推動我國生態環境保護行業技術的發展，還能促進我國經濟發展。因此，在水泥生產領域中，利用工業廢渣作為生產原材料，具有非常廣闊的應用前景。

6 結語

隨著我國水泥行業的發展，工業廢渣在水泥生產中的利用率不斷提高，節約資源、清潔生產與水泥生產緊密相聯。在保護環境、節約資源、可持續發展方面，水泥行業應主動承擔責任，貫徹落實“金山銀山就是綠水青山”的可持續發展理念，為我國可持續發展作出貢獻。