工业废渣在水泥工业中的应用研究

（华新水泥（恩平）有限公司，广东 江门 529000）

在建筑材料之中，水泥属于最具影响力的材料之一，伴随水泥行业结构不断的深入调整，在水泥生产线上，新型水泥的生产比重逐渐增加，水泥生产能力也快速得到提升，水泥行业的市场竞争也日趋激烈，如何使生产成本得到有效降低，并使市场占有率不断提升，是每一个水泥生产企业重点考虑的问题，在水泥生产之中，这些工业废渣能够变废为宝，若能将其应用于水泥工业生产之中，不仅会降低水泥生产企业的生产成本，而且还会使环境污染得以减轻，因此，将工业废渣应用于水泥工业之中具有重要的社会经济效益。

1 工业废渣的一般处理方法

由于工业废渣的种类比较多，且来自不同工业行业，所以工业废渣处理的方法也存在着不同，通过汇总各种工业废渣处理方法得出工业废渣的一般处理方法包含以下几种：

1.1 埋填法

埋填法主要是对有害的工业废弃物进行掩埋处理，此方法基本要求是需要保证填埋的安全性。采取此方法之前应该对目标地的地质条件以及水文特征进行详细调查，并选择合理有效的场地，确保不会因渗漏、滤沥而造成的废弃物淋出或是排入地下水等情况，以免地下水及周边环境受到污染。在对有害物进行处理的过程中，需要严格记录有害废弃物的种类、数量、存放位置等内容，以免出现各类化学成分之间产生反应，同时，还应该对淋出液实施有效监测，针对水溶性物质进行填埋的过程中，还应该事先铺设塑料和沥青，做好防渗漏工作，以免低层出现渗漏。若要保证填埋的安全性，应该对场地进行有效选择，一般应该选择干旱或者说半干旱地区。

1.2 焚化法

工业废渣之中会存在较多的有害物质，其产生的毒性源于该物质分子结构，而并非所含元素所致。所以在对此类工业废渣进行处理的过程中，通常仓应该通过焚化法来对其分子结构进行分解。例如，在对一些有机物废渣进行处理时，可以通过焚化法将有机物转化为水、二氧化碳、灰分和其他少量或微量的氮、硫、卤素以及磷的化合物。

1.3 化学处理法

化学处理法主要是采取化学反应的方式将有毒害的工业废渣转化为少毒或者是无毒的产物。一般采取的处理方法包括氧化还原法、酸碱中和法以及化学沉淀法等，此外，还可以采用沥青、水泥以及硅酸盐的物质和材料实施化学固定法等进行处理。

1.4 生物处理法

生物处理法一般是对有机物废渣进行处理，主要是采用生物降解的方式来实现处理，常见的生物降解方法主要包括滴沥池法、活性污泥法、氧化塘法、气化池法、土地处理法等处理方法。

1.5 海洋投弃

通过适当处理后或者回收利用的工业废渣和垃圾，在不会对海洋生态系统造成负面影响的情况下，可以将工业废渣投弃到大海之中，但对于含镉、汞等一些有毒害物质不可投入到大海之中，此外，塑料制品、原油、放射性物质以及能够在海面上漂浮的物质也不可将其投入到大海之中，以免发生海洋污染。

水泥行业在对工业废渣进行处理所采用的方法即为化学处理法，主要是对工业废渣的化学成分组成以及化学性质进行利用，来达到处理以及再利用的目的。

2 工业废渣在水泥工业之中的具体应用

水泥工业中对工业废渣的应用比较广泛，所使用的常见工业废渣包括钢渣、铜渣、矿渣、磷石膏、粉煤灰以及脱硫石膏等，以下将对这些工业废渣在水泥工业之中的具体应用进行探究。

2.1 钢渣在水泥工业中的应用

钢渣主要是钢铁生产时产生的一种固体状渣体，是由炼钢原料、造渣材料、金属炉料以及脱落炉体等带入的杂质构成。在实际生产过程中，生产出1 吨钢铁便能够排放15%～20%的钢渣。当前国内炼钢厂所排放的钢渣已逾2亿吨，并且其排放量仍在持续增长，因堆积造成的占地面积已逾1 万亩，若钢渣废弃物未能够得到有效利用，不仅会造成严重的资源浪费，而且还会导致环境污染。近年来，有研究人员通过研究表明，钢渣与水泥之中的矿物组分比较相似，在水泥生产中，可将其作为铁质校正原料、混合材料以及矿化剂来进行有效利用。

2.1.1 混合材料方面的应用

水泥成分中包含的硅酸盐矿物C2S 以及C3S 能够对水泥的强度产生重要影响。当钢渣处于中碱度状态下，石灰相通常会以硅酸三钙以及硅酸二钙的形式出现，而钢渣处于高碱度状态下，石灰相则主要以硅酸三钙的形式出现。钢渣出炉之后，其冷却所用时间比较长，并且钢渣之中包含的硅酸二钙会在逐渐冷却时从介稳态（β-C2S）转化成稳态（γ-C2S），在逐渐冷却的过程中，β-C2S 也将转化为γ-C2S。这种冷却方式同水泥生产过程中的冷却方式存在较大不同，水泥熟料产出时应该快速将其冷却，而需要快速冷却的水泥熟料之中包含的C2S 以及C3S 均处于介稳态，所以其水化活性非常高，但钢渣因冷却速度非常慢，所以钢渣的活性非常低，相关研究表明，钢渣在进行48h水化之后，其所释放出的总热量只能够达到水泥的11%。而在对传统水泥进行生产时，水泥熟料以及钢渣均会一同入磨完成粉磨，由于钢渣粉磨比较困难，并且水泥的细度还必须与国家制定的相关标准相符，在这种情况下，如果水泥之中包含的钢渣粒径达到70μm，则粒度比较粗，会造成钢渣的活性作用无法得到有效发挥。如果对钢渣进行粉磨，使其表内面积大于400m2/kg的情况下，钢渣活性将会较大程度的得到提升，在这种情况下，钢渣掺入量能够大于30%。

2.1.2 原料及矿化剂方面的应用

在硅酸盐熟料之中包含着较多的C4AF 及C3A，当硅酸盐中包含的矿物C2S 以及C3S 的含量比较少的情况下，可通过钢渣之中富含FeO 这一特点，在铁质校正过程中将钢渣当做原料，通常配入量应该在5%～7%之间。除此之外，钢渣的特点与水泥熟料之中包含的矿物特点相似，将钢渣掺入到水泥生料之中，还能够发挥晶种作用，并且还能够将水泥熟料所具备的易烧性进行改善，使熟料烧成所耗用的时间缩减，从而使熟料的热耗得到有效降低，进而使CO2的排放得以减少。

2.2 铜渣在水泥工业中的应用

铜渣主要是在铜冶炼时形成的，熔融状态下的铜渣通过水淬紧急制冷之后，会形成玻璃体粒状或者说菱角状渣。我国当前粗铜的年产量高达60 多万吨，每年排放的铜渣均处于较高水平。铜渣对生态环境造成的污染主要是通过以下途径实现的：第一，大量铜渣在堆放过程中会占用较多的土地，不仅影响土地利用，而且对土质环境也会造成不良影响；第二，当铜渣之中包含的细微粉尘达到10μm 的情况下，将会导致大气污染形成，并且会使人类以及动物受到侵害；第三，在铜渣堆放时，有害物质会随着降雨渗入到地下水以及江河之中，从而容易造成水体污染。

铜渣各项成分通常均已玻璃体这种亚稳态的形式存在的，并且还具备水化活性，当前研究表明，在水泥生产过程中，可以将铜渣当做混合材料以及矿化剂进行使用。首先，将铜渣当做水泥混合材料使用方面，主要是因铜渣之中包含SiO2、Al2O3以及CaO 三个主要成分，这些成分均属于水泥熟料之中硅酸盐矿物制备时需要的物质成分。有研究表明，在铜冶炼的过程中会形成水淬渣，将其当做主要原料，并向其中加入少量激发剂以及其他材料，然后再通过细磨便能够制备成水泥。所制备的水泥对比于其他水泥而言，具有较小的收缩率，水化热也比较低，抗冻性也比较好，并且还具有良好的耐磨损性和耐腐蚀性，此类水泥的生产工艺也比较简单，所产生的能耗也比较低，所以将铜渣当做混合材料掺加到水泥之中，不仅能够使水泥产量提升，还能够使铜渣活性组分受激发剂的影响，提升水泥水化反应后的强度，但因水泥之中缺乏熟料，导致水泥的等级比较低，所以铜渣掺入水泥生产主要适用于低标号混凝土制备、抹灰砂浆的制备以及小型砌块环保墙施工过程中所使用的材料；其次，将铜渣当做矿化剂使用方面，主要是因铜渣之中富含FeO、SiO2等多种微量元素，因FeO 与Fe2O3相比，其熔点比较低，从而能够使最低共熔温度得以降低，进而在熟料煅烧的过程中会提前出现液相，与此同时，还能够将液相的粘度降低，并降低例子扩散时的阻力，从而使质点扩散的速度得以增加，并使C3S 的形成得到促进。

2.3 矿渣在水泥工业中的应用

在工业生产中，矿渣的种类比较多，本文主要对粒化高炉矿渣进行研究。在使用高炉进行铁冶炼时，除使用燃料以及原料之外，为了使冶炼的温度得到有效降低，还会向其中加入一定量的石灰石以及白云石熔剂，铁矿石之中包含的土质成分以及焦炭会同熔剂之间产生反应，形成MgO 以及CaO 等熔融物，通过水淬紧急制冷后便会产生粒状颗粒物，即粒化高炉矿渣，我国每年排放的这种矿渣数量较多，若对其堆积则会对环境产生不良影响。此类矿渣之中富含玻璃体，属于高潜在活性材料，若矿渣细度方面比较粗的情况下，将其同水拌合并不会产生水化反应，水硬性非常弱。而如果存在水泥熟料、石灰或者说石膏能够将氢氧化钙溶液予以提供的情况下，便能够同水之间形成非常强烈的水化反应，从而使水化产物得以形成，并使强度提升。

2.4 粉煤灰在水泥工业中的应用

粉煤灰在水泥工业中的应用主要当做原料以及混合材料使用，原料方面，粉煤灰一般是由硅铝玻璃、未燃尽残炭微粒以及微晶矿物颗粒所构成，其成分相似于粘土，在水泥熟料生产过程中，可将其对粘土配料部分替代。针对煤质较差或者说有着较差燃烧效果的燃烧炉所形成的粉煤灰，由于存在机械不完全燃烧，导致存在较高的烧失量，这种情况下可通过可燃物残余发热量在生料配料过程中使用，掺入量应该保持在3%～5%之间，能够将熟料热耗降低；混合材料方面，粉煤灰属于密实度较高的一种玻璃质球，在粉煤灰各项成分中，玻璃体的含量大约占50%～80%，其结构不尽致密，而且还具有一定的稳定性，通过对粉煤灰掺量的控制，可对粉煤灰水泥、矿渣硅酸盐水泥、常规硅酸盐水泥以及复合型硅酸盐水泥进行生产。

2.5 磷石膏在水泥工业中的应用

在磷酸萃取过程中，磷石膏属于一种副产物，该物质经脱酸改性处理之后能够对天然石膏进行取代，从而在水泥之中发挥缓凝剂作用。在磷石膏成分之中，P2O5的含量比较高，将其当做水泥混凝剂使用的情况下，一般会导致水泥的强度降低，且凝结时间比较慢，无法直接对天然石膏进行取代，但若通过脱酸改性之后，便能够对水泥的凝结时间进行有效调节，并且此材料的价格比较低廉，在使用过程中也比较方便，若磷石膏通过改性之后对其掺加量进行合理控制，则其发挥的性能还要比天然石膏更占优势。

2.6 脱硫石膏在水泥工业中的应用

含硫煤通过燃烧之后，其烟气中会富含较多的SO2，通过CaCO3对其进行脱硫处理，便会使脱硫石膏形成。近些年来我国火力发电企业开始重视控制二氧化硫排放，使得脱硫石膏的产生量越来越多，大量的脱硫石膏若遗弃，将会严重造成资源浪费。事实上，脱硫石膏同天然石膏相比非常相似，能够对水泥凝结时间进行合理调节，向水泥中掺入一定量脱硫石膏，水泥强度、凝结时间以及稳定性等均能够符合国家制定的相关标准，并且还能够进一步提升水泥性能，将其用于水泥工业之中必然会产生较高的效益。

3 结束语

综上所述，此次研究对工业废渣在水泥工业之中的应用进行了探讨，通过探讨可以了解到，工业废渣虽然属于产出企业的一种“废物资源”，但水泥生产企业若通过合理的利用，将会变废为宝，使“废物资源”能够实现优化配置，并降低水泥生产企业的生产成本，使环境污染得以降低，故具有巨大的社会经济效益。