石英污泥作為水泥原料的成功應用

喻 志

（葛洲壩漢川漢電水泥有限公司，湖北 漢川 431600）

1 前言

我國每年因生產生活而產生的污泥大概有300多萬噸，并且污泥增長量還在以每年多于10%的產量不斷提高，污泥處理問題日益嚴重。大部分污泥中都含有污染極其嚴重的有害物質，例如：重金屬、化工污染物、細菌病毒等，這些污染物質如果不能及時得到有效處理，會造成十分嚴重的環境問題。我國技術人員經過努力研發，終于發現石英污泥能夠作為水泥的原材料進行應用，而我國每年需要水泥數量為幾十億噸，這在很大程度上緩解了我國能源緊張的問題，石英污泥代替相關硅質原料，解決水泥生產問題的同時，對我國環境保護和能源減耗具有重要作用。

2 污泥的具體特性

污泥與其他的固體廢棄物不一樣，其具有極高的含水量，污泥中的含水量不能通過具體的形式進行焚燒和處理，并且運輸費用較高，占地面積較大。污泥中含有大量的細菌微生物，不及時處理會對周邊環境造成染，如果直接進行地下埋藏，會對土地造成嚴重影響。污泥中相應的粉末在熱干化階段容易發生爆炸，引發危險事故。

3 污泥在水泥燒制中的應用

我國的水泥工業是能源損耗較高、環境負荷較重的行業，水泥生產過程中需要消耗的各種礦石、原料等數量巨大，同時需要消耗大量電能和煤資源，并且會造成一定的環境污染。相關技術人員發現，污泥中含有的化學成分同水泥制作原料中的成分大部分是相同的，在理論上是可以用污泥代替相應的原料而推進水泥生產的。水泥所需要的制作熱度高達1 500℃左右，因此需要通過相應的水泥窯進行污泥的處理和加工，使污泥中的有害物質通過高溫死亡，改變熟料的結構，從而用污泥代替相應的原材料進行水泥燒制。

4 石英污泥

現階段，我國在水泥制作的過程中使用的石英污泥主要是石英砂廠采取和挖掘的石英礦石，經破碎處理、挑選、烘干后，將石英礦石中的硅提煉出來，最終留下廢棄的石英污泥，它是一種低品位的硅質材料。石英污泥中包含的化學成分主要有氧化鈣、二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、硫酸酸酐和氧化鎂等。我國的石英污泥大多是類似粉末形狀的物料，一般情況下，石英污泥中的具體配料變動情況較小，整體來看，處于比較穩定的形式，可以將石英污泥用于需要進一步加工處理制成相應產品的生料中，從而提高它的耐磨損程度。

在石英污泥中，還含有一定量的堿，但整體石英污泥中堿含量并不高，因此，石英污泥更利于加工制造出低堿度的熟料。另外，石英污泥還具有其他作用，它能使部分熟料在煅燒過程中體現出礦化作用，減少煅燒熱量，從而減少煤炭消耗量，出現結皮現象，提高這部分熟料的整體強度，使熟料能夠更好地應用于制造中。其中原材料中包含的部分化學成分如表1。

表1 原材料中包含的部分化學成分表

5 石英污泥作為水泥原材料的具體實施方案

在對石英污泥作為水泥原材料的相關實驗中，要充分考察實驗地區，對所選區域的周邊環境進行科學、合理的取樣，分析、記錄樣本，在符合實驗條件，并且具有代表性的地區進行實驗，例如可以選取我國安徽省鳳陽縣地區的石英污泥。

對實驗所需石英污泥要進行科學、合理的檢驗，其中石英污泥中二氧化硅整體數量應在80%～85%之間，氧化鋁整體含量應保持在2%～4%之間，它們之間的整體波動幅度不大。依據加工過的原材料熟料強度，確定最初的熟料數值，設定相應的KH 值、SM 值、AM 值，KH=0.89±0.02，SM=2.56±0.10，AM=1.50±0.10。

6 石英污泥代替硅質原材料作為水泥原材料應用步驟

（1）加強對水泥燒制施工窯設施操作和各方面工作的管理，加強安全防范工作，避免水泥燒制過程中發生安全性問題。同時，相關人員要時刻注意工作中的故障問題和安全問題，保證施工窯洞的整體燒制溫度符合水泥施工燒制的要求，確保工程的安全性和質量。

（2）嚴格按照相關規定，時刻注意進廠之后的各項原料成分變化和質量變化的總體情況，根據計劃方案適當改進生料中的配料，確保熟料的所有數據符合要求。

（3）提高原材料的堆取技術，充分落實和完善原料初步階段的均化工作，使原材料堆場具備相應的存儲性和均化性能。礦石開采和施工過程中，要根據石灰礦石的整體質量配合預均化，保證各項原材料計量過程中的準確性和嚴格性，確保皮帶秤計量過程無誤差，控制均化庫均化效果，保證相關化學成分的穩定性和安全性。

（4）硫酸酸酐的整體含量≤1%，堿含量N 族元素應≤0.8%，這是由于在堿金屬中，硫酸鹽燒制過程中只有部分能分解，整體揮發程度較低，進入窯中的物料含有的N 族元素和硫酸酸酐的摩爾比數值＜1 時，窯中硫含量會不斷提升，相應的堿含量也會不斷提升。當硫堿的整體比值＜1 時，相關工作人員要注意熟料中的1d 和3d 的整體強度數值變化和數據提升情況。

7 實施階段

工作人員可以根據計劃方案日期對需要進廠的石英污泥進行轉場處理，并按照方案計劃中所標定的時間用石英污泥代替相應的砂巖原料，磨好的生料整體熱度應控制在90℃以下，這樣能控制生料中的水分≤1%，讓生料具有更好的質量和流動性。試驗階段各項生產實驗整體效果良好，生料能夠更具耐磨性，并且細度更好，臺時產量不斷提升，整體電能損耗和燒制熱度逐步降低，熟料結粒狀況良好，熟料產量提高。

8 實驗中的相關成果數據分析

石英污泥配料與砂巖配料中的熟料化學成分對比分析數據見表2。

砂巖配料制作出的熟料同石英污泥配料制作出的熟料物理性能方面對比見表3。

通過數據分析可以發現，運用石英污泥配料作為水泥原材料比使用砂巖配料制作的熟料，整體抗壓能力增強，煤損耗降低，熟料制作產量提高。

9 石英污泥作為水泥原材料的改進措施

對石英污泥配料各項數據信息進行優化和整理， 將熟料數值優化為SM=2.66±0.11，KH=0.90±0.20，AM=1.45±0.10。穩定在固定數值以內，各項數據信息指標都是不同階段中最好的，普遍高于同一階段的最高水平。石英污泥配料方案優化后的制造情況見表4、表5。

表2 石英污泥配料與砂巖配料中的熟料化學成分對比分析

表3 出窯后的熟料物理性能方面對比

表4 相關配料計劃進行調整之后的月均數值

表5 石英污泥配料部分數據優化前后對比

10 石英污泥配料的改進成果

（1）使用低品位的石英污泥取代其他配料，從根本上避免生產中部分硅質原材料短缺或過多應用的問題，制造出的生料配料具有耐磨度高、穩定性好、安全性高、產量增多、質量好等優點。

（2）分析上述表格中數據信息可以發現，調整相應的數據參數，可以提高整體的燒制性，改善預熱器整體系統的熱度管控情況，提高窯的總體產量。

（3）優化調整石英污泥中的配料，使整體發展更為高效和穩定，相應區域的余熱發電量大幅度提高，熟料發電量高達34kWh/t。

（4）熟料在產量和質量方面有非常大的突破，可降低現階段水泥制作成本，提升水泥生產效益，在可持續發展的基礎上實現對石英污泥的利用，不僅可以改善生態環境，減少污染，還能提高我國水泥制造行業的經濟效益。

11 結語

將石英污泥作為水泥原材料進行燒制能夠節約資源，減少環境污染，是有效處理污泥的方式之一。相關技術人員要加強對污泥的研究和處理力度，不斷提高我國水泥制造業的技術水平，進一步推動我國水泥產業的發展。