工业废渣在水泥工业中的应用研究

谷向民 侯京田

（山东鲁碧建材有限公司，山东 济南 271103）

近年来，我国对固体废弃物开展全面回收和有效运用，推进清洁生产与循环经济进步。鼓励、支持使用有利于保护生态环境的集中处理固体废弃物的方式，以利固体废弃物环境污染预防产业发展。

1 工业废渣的分类

工矿企业生产时排放出的固体废弃物就是工业废料，如：采矿废弃物、冶金废弃物、化工废弃物、燃料废弃物等。我国工矿企业数量较多，工业废弃物品种、数目较多，成分复杂。采集矿石、煤炭时，会出现被剥离的碎石、挖掘碎石、煤矸石、选矿废石等；冶炼各类金属时，会排放出矿的废弃物和钢、镁、铜矿、化铁炉等废弃物；化工生产企业会排放出硫酸、电石、煤气炉、磷、铬等废弃物；燃料燃烧后，会产生烟道灰、煤粉等炉内废弃物。

2 工业废渣的危害

工业废弃物外排对自然生态环境以及人类的生存环境造成极大影响。处理工业废弃物极具困难，堆放的数量越多，侵占土壤资源就越多。废弃物中有害物质会污染土壤，致使草木无法生长。大量工业固体废弃物倒入河流、湖泊内，导致水污染、水域内的生物死亡、堵塞河流、抬高河床、危害水利流域以及航行的安全。可溶解的工业废弃物伴随雨水、地表水向地下渗透，改变地底水质酸碱性，甚至出现毒化，影响饮用水的安全以及植物的生长。堆放工业废弃物时，若含有细小颗粒料会加大空气中粉尘浓度，增加大气粉尘污染。废弃物在自燃、挥发以及发生化学反应时，产生的有毒、有害气体也会严重污染空气。

3 工业废渣处理方法

3.1 填埋法

填埋主要是掩埋处置有害的工业废弃物，重点是要确保填埋的安全性，操作时要细致地对目标地区地质情况、水文特点开展调研，挑选干旱或半干旱地域，避免因渗透、滤沥产生的废弃物淋出或排放到地下水，污染地下水以及四周环境。处理有害物质时，要严格登记有害物质、废弃物的种类、数量、堆放区域等内容，避免各种物质间发生化学反应。同时，对淋出液体开展有效地监督检测，填埋水溶性废弃物前，铺设塑料薄膜以及沥青，做好防渗漏工作，避免底层发生渗漏。

3.2 焚化法

工业废弃物内含很多有毒、有害物质，其毒性源于该物质的分子结构，与所含元素无关。因此，一般处理这类工业废弃物时，需要采用焚烧的方式把有机物转化为水、二氧化碳、灰粉、少量或微量的氮、硫、卤素以及磷的化合物。

3.3 化学处理法

化学处理法重点是通过化学反应的形式把有毒、有害的工业废弃物转换成少量或微量的无毒物质，包括氧化还原、酸碱中和、化学沉淀等方法。另外，还可以使用沥青、水泥、含硅酸盐的物质和材料实施化学固定方式处理。

3.4 生物处理法

生物处理法是采用生物降解的形式来处理有机物废弃物，一般采取滴沥池、活性污泥、氧化塘、气化池、土地处理等方式。

3.5 海洋投弃

在不影响海洋生态环境的前提下，可以把不含镉、汞等有毒、有害物质，经过处理或回收利用的工业废弃物和垃圾投入大海。塑料制品、原油、放射性物质以及漂浮物不可投入海洋，避免出现海洋污染。

4 工业废渣在水泥工业中的应用

4.1 粉煤灰

粉状煤灰主要来源于中、大型火力发电锅炉，还有一部分源于城市集中供热的锅炉。依据相关资料不完全统计，我国每年排灰用水量在10 亿吨左右，占地面积达33 333m2。截至目前，总堆放量已经超过10 亿吨，即便每年粉煤的利用量在不断提高，但年利用率依旧无法达到年排放量的一半。

经筛选，符合相关标准、达到水泥生产标号的粉煤灰能够当做混合料。以掺入粉煤灰多少为依据，可以生产掺入粉煤灰量在8%以下矿的废弃物硅酸盐水泥、低于8%的一般水泥、混合料掺入总量为20%～50%的复合型水泥。由于粉煤灰结构稳定，内比面积小，水热化、缩减性较低，抗冻能力强，被广泛应用于民用以及工业用房屋，尤其是水工建筑、大体积混凝土和海港项目。

4.2 脱硫石膏

近年来，我国增强节能环保力度，安装的脱硫机组大致在1.5 亿千瓦，石膏年产量在3 000 万吨左右，若不及时处置任其堆放，会加快环境污染，反之，就可以变废为宝。湿法脱硫技术生产的脱硫石膏，其成分大部分是二水硫酸钙，还有未反应的亚硫酸钙、石灰石和其他杂质。烟气脱硫石膏作为水泥缓凝剂，在凝结时长、水泥强度、细度、相关性能方面有着显著优势。工业废料之一脱硫石膏可以代替二水石膏，节约很多矿物质，降低企业成本投入，减少废弃物排放。

4.3 镁渣

我国是全球最大的镁的生产及出口国家，原镁产量占全球整体产量的七成。镁的废弃物能优化生料自身的易燃性，有利于产生C35、降低液体的对比温度和CO2的排放量。自上世纪末，山西的部分水泥生产公司利用镁的废弃物，生产复合水泥与一般硅酸盐水泥，并运用于民用与工业房屋建造上。镁渣在水泥生产中主要作为水泥混合料和生产配料，《镁渣硅酸盐水泥》GB/T 23933-2009 标准规定硅酸盐水泥石膏和熟料之中，可以掺入12%～25%的镁渣。镁渣的外部形态和粉煤灰极为接近，比粉煤灰难以存储，易污染环境。

4.4 矿渣

工业生产过程中，矿渣种类较多，本文主要研究粒化高炉矿渣。利用高炉进行冶炼时，为降低冶炼温度，会加入适量石灰石和白云石作为溶剂。铁矿石含有的土质和焦炭能够同溶剂发生化学反应，生产出MgO、CaO 等熔融物，经冷却水制冷后生成颗粒物质，这种颗粒物被称为高炉矿渣。我国工业生产企业每年会产生数量较多的矿渣，矿渣中含有大量玻璃体，属于活性材料。如果不及时处理，会对环境产生较大影响。如果矿渣细度较粗，与水混合不发生反应，表明水的硬性较弱。如果矿渣含有水泥熟料或石膏等，与水混合能够发生剧烈化学反应，形成水化产物，提高水泥强度。

4.5 磷石膏

磷石膏作为一种副产物，进行脱酸处理后可以替代天然石膏，并可以应用于水泥生产过程中起到缓凝剂的作用。磷石膏自身P205含量较大，作为缓凝剂通常会降低水泥强度，易出现凝结较慢的现象，无法达到天然石膏的效果。但经过脱酸处理后，就能有效调控其凝结时间。这种材料价格较低，能够随时获取，改良后可以在水泥生产过程中发挥比天然石膏更好的作用。

5 工业废渣应用前景分析

水泥产业不仅耗损能源，还会产生很多粉尘以及有毒、有害气体，破坏自然环境，导致水泥生产同保护生态环境间的矛盾日益加剧。如今，许多国家正进一步探索水泥的生产偿还能力。首先，水泥生产在消化和使用工业废弃物上有着极大的潜能，具有极大的经济和社会效益。其次，工业废渣被应用于水泥生产，可以有效减少粉尘以及有害气体的排放、避免能源浪费、节约原材料、降低成本，实现节能减排的目标。利用工业废渣生产水泥，不但能推动我国生态环境保护行业技术的发展，还能促进我国经济发展。因此，在水泥生产领域中，利用工业废渣作为生产原材料，具有非常广阔的应用前景。

6 结语

随着我国水泥行业的发展，工业废渣在水泥生产中的利用率不断提高，节约资源、清洁生产与水泥生产紧密相联。在保护环境、节约资源、可持续发展方面，水泥行业应主动承担责任，贯彻落实“金山银山就是绿水青山”的可持续发展理念，为我国可持续发展作出贡献。