石英污泥作为水泥原料的成功应用

喻 志

（葛洲坝汉川汉电水泥有限公司，湖北 汉川 431600）

1 前言

我国每年因生产生活而产生的污泥大概有300多万吨，并且污泥增长量还在以每年多于10%的产量不断提高，污泥处理问题日益严重。大部分污泥中都含有污染极其严重的有害物质，例如：重金属、化工污染物、细菌病毒等，这些污染物质如果不能及时得到有效处理，会造成十分严重的环境问题。我国技术人员经过努力研发，终于发现石英污泥能够作为水泥的原材料进行应用，而我国每年需要水泥数量为几十亿吨，这在很大程度上缓解了我国能源紧张的问题，石英污泥代替相关硅质原料，解决水泥生产问题的同时，对我国环境保护和能源减耗具有重要作用。

2 污泥的具体特性

污泥与其他的固体废弃物不一样，其具有极高的含水量，污泥中的含水量不能通过具体的形式进行焚烧和处理，并且运输费用较高，占地面积较大。污泥中含有大量的细菌微生物，不及时处理会对周边环境造成染，如果直接进行地下埋藏，会对土地造成严重影响。污泥中相应的粉末在热干化阶段容易发生爆炸，引发危险事故。

3 污泥在水泥烧制中的应用

我国的水泥工业是能源损耗较高、环境负荷较重的行业，水泥生产过程中需要消耗的各种矿石、原料等数量巨大，同时需要消耗大量电能和煤资源，并且会造成一定的环境污染。相关技术人员发现，污泥中含有的化学成分同水泥制作原料中的成分大部分是相同的，在理论上是可以用污泥代替相应的原料而推进水泥生产的。水泥所需要的制作热度高达1 500℃左右，因此需要通过相应的水泥窑进行污泥的处理和加工，使污泥中的有害物质通过高温死亡，改变熟料的结构，从而用污泥代替相应的原材料进行水泥烧制。

4 石英污泥

现阶段，我国在水泥制作的过程中使用的石英污泥主要是石英砂厂采取和挖掘的石英矿石，经破碎处理、挑选、烘干后，将石英矿石中的硅提炼出来，最终留下废弃的石英污泥，它是一种低品位的硅质材料。石英污泥中包含的化学成分主要有氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化铁、硫酸酸酐和氧化镁等。我国的石英污泥大多是类似粉末形状的物料，一般情况下，石英污泥中的具体配料变动情况较小，整体来看，处于比较稳定的形式，可以将石英污泥用于需要进一步加工处理制成相应产品的生料中，从而提高它的耐磨损程度。

在石英污泥中，还含有一定量的碱，但整体石英污泥中碱含量并不高，因此，石英污泥更利于加工制造出低碱度的熟料。另外，石英污泥还具有其他作用，它能使部分熟料在煅烧过程中体现出矿化作用，减少煅烧热量，从而减少煤炭消耗量，出现结皮现象，提高这部分熟料的整体强度，使熟料能够更好地应用于制造中。其中原材料中包含的部分化学成分如表1。

表1 原材料中包含的部分化学成分表

5 石英污泥作为水泥原材料的具体实施方案

在对石英污泥作为水泥原材料的相关实验中，要充分考察实验地区，对所选区域的周边环境进行科学、合理的取样，分析、记录样本，在符合实验条件，并且具有代表性的地区进行实验，例如可以选取我国安徽省凤阳县地区的石英污泥。

对实验所需石英污泥要进行科学、合理的检验，其中石英污泥中二氧化硅整体数量应在80%～85%之间，氧化铝整体含量应保持在2%～4%之间，它们之间的整体波动幅度不大。依据加工过的原材料熟料强度，确定最初的熟料数值，设定相应的KH 值、SM 值、AM 值，KH=0.89±0.02，SM=2.56±0.10，AM=1.50±0.10。

6 石英污泥代替硅质原材料作为水泥原材料应用步骤

（1）加强对水泥烧制施工窑设施操作和各方面工作的管理，加强安全防范工作，避免水泥烧制过程中发生安全性问题。同时，相关人员要时刻注意工作中的故障问题和安全问题，保证施工窑洞的整体烧制温度符合水泥施工烧制的要求，确保工程的安全性和质量。

（2）严格按照相关规定，时刻注意进厂之后的各项原料成分变化和质量变化的总体情况，根据计划方案适当改进生料中的配料，确保熟料的所有数据符合要求。

（3）提高原材料的堆取技术，充分落实和完善原料初步阶段的均化工作，使原材料堆场具备相应的存储性和均化性能。矿石开采和施工过程中，要根据石灰矿石的整体质量配合预均化，保证各项原材料计量过程中的准确性和严格性，确保皮带秤计量过程无误差，控制均化库均化效果，保证相关化学成分的稳定性和安全性。

（4）硫酸酸酐的整体含量≤1%，碱含量N 族元素应≤0.8%，这是由于在碱金属中，硫酸盐烧制过程中只有部分能分解，整体挥发程度较低，进入窑中的物料含有的N 族元素和硫酸酸酐的摩尔比数值＜1 时，窑中硫含量会不断提升，相应的碱含量也会不断提升。当硫碱的整体比值＜1 时，相关工作人员要注意熟料中的1d 和3d 的整体强度数值变化和数据提升情况。

7 实施阶段

工作人员可以根据计划方案日期对需要进厂的石英污泥进行转场处理，并按照方案计划中所标定的时间用石英污泥代替相应的砂岩原料，磨好的生料整体热度应控制在90℃以下，这样能控制生料中的水分≤1%，让生料具有更好的质量和流动性。试验阶段各项生产实验整体效果良好，生料能够更具耐磨性，并且细度更好，台时产量不断提升，整体电能损耗和烧制热度逐步降低，熟料结粒状况良好，熟料产量提高。

8 实验中的相关成果数据分析

石英污泥配料与砂岩配料中的熟料化学成分对比分析数据见表2。

砂岩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对比见表3。

通过数据分析可以发现，运用石英污泥配料作为水泥原材料比使用砂岩配料制作的熟料，整体抗压能力增强，煤损耗降低，熟料制作产量提高。

9 石英污泥作为水泥原材料的改进措施

对石英污泥配料各项数据信息进行优化和整理， 将熟料数值优化为SM=2.66±0.11，KH=0.90±0.20，AM=1.45±0.10。稳定在固定数值以内，各项数据信息指标都是不同阶段中最好的，普遍高于同一阶段的最高水平。石英污泥配料方案优化后的制造情况见表4、表5。

表2 石英污泥配料与砂岩配料中的熟料化学成分对比分析

表3 出窑后的熟料物理性能方面对比

表4 相关配料计划进行调整之后的月均数值

表5 石英污泥配料部分数据优化前后对比

10 石英污泥配料的改进成果

（1）使用低品位的石英污泥取代其他配料，从根本上避免生产中部分硅质原材料短缺或过多应用的问题，制造出的生料配料具有耐磨度高、稳定性好、安全性高、产量增多、质量好等优点。

（2）分析上述表格中数据信息可以发现，调整相应的数据参数，可以提高整体的烧制性，改善预热器整体系统的热度管控情况，提高窑的总体产量。

（3）优化调整石英污泥中的配料，使整体发展更为高效和稳定，相应区域的余热发电量大幅度提高，熟料发电量高达34kWh/t。

（4）熟料在产量和质量方面有非常大的突破，可降低现阶段水泥制作成本，提升水泥生产效益，在可持续发展的基础上实现对石英污泥的利用，不仅可以改善生态环境，减少污染，还能提高我国水泥制造行业的经济效益。

11 结语

将石英污泥作为水泥原材料进行烧制能够节约资源，减少环境污染，是有效处理污泥的方式之一。相关技术人员要加强对污泥的研究和处理力度，不断提高我国水泥制造业的技术水平，进一步推动我国水泥产业的发展。