工業(yè)廢渣作為水泥混合材的若干問(wèn)題思考

1、工業(yè)廢渣作為水泥混合材的若干問(wèn)題思考摘要：簡(jiǎn)要分析了水泥混合材應(yīng)用現(xiàn)狀，水泥企業(yè)在利用工業(yè)廢渣作為混合材的過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)自身應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā)，合理使用廢渣，同時(shí)應(yīng)基于調(diào)節(jié)水泥性能、適應(yīng)混凝土工作性出發(fā)，用好廢渣。關(guān)鍵詞：水泥，工業(yè)廢渣，混合材，混凝土工作性能0.引言我國(guó)固體廢渣年排放量已達(dá)67億噸1，加上連年積存的幾十億噸，其數(shù)量是十分驚人的。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加速，工業(yè)廢渣的排放量還會(huì)不斷增加。這些工業(yè)廢渣占用大量耕地，污染環(huán)境，已成為一大社會(huì)公害。而另一方面，工業(yè)廢渣卻又大多有可利用價(jià)值，是可再利用資源。根據(jù)現(xiàn)有水泥生產(chǎn)工藝特點(diǎn)、水泥熟料化學(xué)與礦物組成及水泥組份水化特性，眾多的研究表明，許多

2、工業(yè)廢棄物是水泥工業(yè)的重要資源或替代物，可以說(shuō)水泥廠是不需投資的廢棄物處理工廠。事實(shí)上，從上世紀(jì)50年代我國(guó)就研究利用工業(yè)廢渣生產(chǎn)混合水泥，取得了豐碩成果，早在1995年全國(guó)冶金、煤炭、電力、礦產(chǎn)業(yè)和化學(xué)工業(yè)排渣6億噸，水泥工業(yè)作混合材用渣9千萬(wàn)噸，用作原料或其它近2千萬(wàn)噸2，是我國(guó)固體工業(yè)廢渣的重要“用戶”。半個(gè)多世紀(jì)來(lái)，我國(guó)許多學(xué)者和水泥工作者，基于資源替代、降低熱耗、調(diào)節(jié)水泥性能等行業(yè)自身發(fā)展的需要，在工業(yè)廢棄物水泥資源化開(kāi)發(fā)利用方面做了大量工作，理論上取得了重大進(jìn)展，應(yīng)用技術(shù)上獲得了許多成果，企業(yè)生產(chǎn)上廢渣利用比例不斷攀升，行業(yè)利廢總量也大幅度提高，為工業(yè)廢棄物綜合利用，減輕環(huán)境壓力作

3、出了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)行業(yè)自身也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但不可否認(rèn)的是，水泥行業(yè)在廢棄物資源化應(yīng)用方面也存在著許多不僅人意，亟待解決的問(wèn)題，本文就水泥混合材應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題作膚淺討論，供同仁參考。1.把好品質(zhì)關(guān)，不泛用混合材混合材技術(shù)始于建國(guó)初期，是為適應(yīng)當(dāng)時(shí)我國(guó)水泥產(chǎn)量過(guò)低而產(chǎn)生的3。但目前大部分水泥廠已演變?yōu)橐越档蜕a(chǎn)成本為主要目的，甚至為掩蓋劣質(zhì)水泥的某些性能而使用，泛用混合材。其實(shí)用于水泥的混合材料，國(guó)家是有規(guī)范規(guī)定的，如對(duì)用于水泥的粉煤灰規(guī)定了需水量比、燒失量、三氧化硫含量、水分以及相關(guān)的活性指標(biāo)，并明確規(guī)定用作水泥混合材料的粉煤灰必須達(dá)到一定的質(zhì)量要求，符合相應(yīng)的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)方可生產(chǎn)和使用

4、；但一些企業(yè)并未嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在未進(jìn)行任何處理的情況下，使用一些指標(biāo)不符合規(guī)范的混合材，存在著嚴(yán)重的質(zhì)量危機(jī)。2.利用化學(xué)互激發(fā)，合理復(fù)合使用混合材研究表明，一些高溫形成的廢渣如粉煤灰、高爐礦渣等的活性主要來(lái)源于其玻璃體和一部分具有活性的晶體礦物，且鋁硅酸鹽含量較高，同時(shí)研究還表明，凡天然或人工的鋁硅酸鹽粉末，其本身雖無(wú)水硬性，但在強(qiáng)堿或（和）硫酸鹽的作用下均能水解并生成水化物4，當(dāng)然水泥水化環(huán)境本身也具備這一條件。英國(guó)阿伯?。ˋberdeen）大學(xué)泰勒教授認(rèn)為水泥水化的主要驅(qū)動(dòng)力之一就是酸堿反應(yīng)，據(jù)此觀點(diǎn)，水泥中酸性活性混合材在堿性水泥漿體水化過(guò)程中的作用，勢(shì)必有利于增加水泥某一水化階

5、段的驅(qū)動(dòng)力，從而也可提高水泥石在該階段的力學(xué)強(qiáng)度3。無(wú)論是激發(fā)理論還是酸堿反應(yīng)理論，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中除考慮水泥水化體系的堿環(huán)境和石膏可能帶來(lái)的硫酸鹽作用外，更應(yīng)該關(guān)注復(fù)合摻加混合材互相之間的激發(fā)作用，也就是說(shuō)企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在不違返現(xiàn)行通用硅酸鹽水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前題下，加強(qiáng)對(duì)“一定量的其他混合材” 對(duì)摻入的主要混合材的活性激發(fā)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，不應(yīng)將“復(fù)摻”停留在“充數(shù)”、或降低成本的水平。事實(shí)上，一些企業(yè)的應(yīng)用和一些研究者的試驗(yàn)也充分說(shuō)明這一點(diǎn)5-8。3.分別粉磨，合理激活混合材早在1958年9月13日出版的期刊建筑材料工業(yè)上，B.H.沙大林，M.H.斯特列爾科夫等在“快硬礦渣波特蘭水泥生產(chǎn)工

6、藝參數(shù)與特點(diǎn)”一文中就熟料（含石膏）與礦渣分別并分段粉磨做了相關(guān)實(shí)驗(yàn)9；后在1959年5月16日出版的期刊建筑材料工業(yè)上，琉璃河水泥廠的張志遠(yuǎn)等在題為“措施落實(shí)國(guó)家計(jì)劃就能保證完成”的文章中介紹了當(dāng)時(shí)琉璃河水泥廠改混合粉磨為分別粉磨，取得臺(tái)產(chǎn)提高，質(zhì)量穩(wěn)定的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)該文中還提到本溪水泥廠采取分別粉磨所取得的效果10。由此可見(jiàn)，水泥熟料與混合材分別粉磨在我國(guó)其實(shí)早有研究，也有企業(yè)實(shí)踐，并在當(dāng)時(shí)就取得了一定效果9-10；后在上世紀(jì)70、80年代，一些研究者對(duì)分別粉磨的問(wèn)題做了一定研究，并倡導(dǎo)分別粉磨；近十多年來(lái)，研究范圍拓展，研究更為深入，從基礎(chǔ)理論到應(yīng)用技術(shù)，直至企業(yè)生產(chǎn)，基本結(jié)論是：分別

7、粉磨有利充分發(fā)揮水泥熟料本身水化活性、激發(fā)混合材潛在活性、合理改善水泥顆粒級(jí)配、便于調(diào)整水泥品種、降低水泥需水量，改善水泥性能、增加混合材摻量、節(jié)約粉磨電耗、降低生產(chǎn)成本11-21。其實(shí)，不同物料由于組成、結(jié)構(gòu)不同，其粉磨特性也不同，采用不同的措施、不同的方法、不同粉磨工藝要求分別粉磨是符合物質(zhì)本身特性和客觀規(guī)律的。綜上所述，生產(chǎn)中采取分別粉磨是激活混合材活性，提高混合材摻量的有效途徑。另外，企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)踐中，還應(yīng)注意，有些物料共同粉磨時(shí)是存在選擇性粉磨的，如熟料促進(jìn)石灰石的粉磨，石灰石則對(duì)熟料粉磨有一定阻礙作用11，顯然對(duì)這類物料應(yīng)采取分別粉磨；而也有些物料共同粉磨時(shí)，互相之間是有互相促進(jìn)助

8、磨作用的，應(yīng)共同粉磨。因此企業(yè)在實(shí)際操作中應(yīng)區(qū)分對(duì)待，結(jié)合自身所用混合材和熟料的性質(zhì)，通過(guò)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，合理選擇、確定粉磨工藝方案。4.綜合處理，合理利用低品質(zhì)混合材評(píng)判混合材品質(zhì)高低的指標(biāo)主要可分為兩類，一是活性指標(biāo)，二是有害組份控制指標(biāo)。對(duì)于低活性廢渣，如上所述可通過(guò)適當(dāng)方式激發(fā)其潛在活性，當(dāng)在其他指標(biāo)符合要求的情況下，也可作惰性混合材適量摻入。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)規(guī)范規(guī)定，有害組份超標(biāo)的廢棄是嚴(yán)禁作為混合材在水泥生產(chǎn)中使用的，但這類廢渣在工業(yè)廢渣中所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“可用”渣一類，因此如何合理有效地利用這一類廢渣，對(duì)于我們拓寬廢渣的利用范圍，減輕社會(huì)環(huán)境壓力，意義是十分重大的。所謂有害組份

9、指標(biāo)主要是指燒失量、三氧化硫含量、需水量比、水份及Cl-、堿含量等，其實(shí)在很多情況下，有些指標(biāo)超標(biāo)是可以通過(guò)適當(dāng)方式進(jìn)行處理的22-28。一可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)、吸收、消解等進(jìn)行處理，如燒失量、三氧化硫含量、水份、Cl-、堿含量等。二可以通過(guò)物理混合，平衡組份比例，降低相應(yīng)超標(biāo)指標(biāo)。三可以通焙燒、煅燒、加熱烘干、脫水等處理，降低燒失量、水份等，經(jīng)過(guò)這種方法處理還可能提高相關(guān)廢渣活性。對(duì)于某些低品質(zhì)廢渣，富含某成份時(shí)，可以結(jié)合企業(yè)自身生產(chǎn)情況，作為水泥生產(chǎn)的其他替代材料開(kāi)發(fā)，如高CaO含量的廢渣，可以作為石灰石替代材料；富含三氧化硫即具石膏性能的廢渣可作為緩凝劑開(kāi)發(fā)，如電解錳渣等22、23、25；燒

10、失量高富含熱值的可作為替代燃料開(kāi)發(fā)。對(duì)于堿含量偏高的廢渣，應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥中堿含量的要求和所使用熟料、主要混合材堿含量等要求，在堿總含量不高的情況下，可少量作為主要混合材的堿激發(fā)劑摻入。5.加強(qiáng)工藝管理，穩(wěn)定材料成份，提高混合材摻量目前一些水泥企業(yè)（含粉磨站）在配制水泥時(shí)，熟料用量已降至40%以下，也就是說(shuō)混合材已成為水泥行業(yè)窯后的最主要材料，而這類材料往往來(lái)源復(fù)雜，成分、性能波動(dòng)較大，南方地區(qū)又受雨水、吸潮等影響，水份含量偏高。大量摻入時(shí)水泥質(zhì)量波動(dòng)較大，這是制約混合材正常摻入的主要因素之一，因此企業(yè)生產(chǎn)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)工藝管理，酌情采取措施。（1）加強(qiáng)窯前工藝，合理設(shè)計(jì)熟料組成，合理煅燒，合理

11、提高熟料強(qiáng)度，穩(wěn)定熟料質(zhì)量，改善熟料性能，是提高混合材摻入量的根本。（2）對(duì)于粉磨站，由于熟料來(lái)源不一定穩(wěn)定，因此，一方面應(yīng)適當(dāng)增加熟料儲(chǔ)備量，另一方面應(yīng)利用熟料進(jìn)廠堆放的有利時(shí)機(jī)，對(duì)進(jìn)廠熟料進(jìn)行必要的混合均化，以提高進(jìn)磨熟料的穩(wěn)定性。（3）對(duì)于混合材來(lái)源較復(fù)雜的企業(yè)，應(yīng)對(duì)同類質(zhì)材料進(jìn)行混合均化；而對(duì)不同類質(zhì)材料應(yīng)嚴(yán)格分別堆放，不要混堆。（4）高水份混合材料，必須進(jìn)行烘干處理，水份符合粉磨工藝要求時(shí)方可入磨。這一問(wèn)題往往被一些企業(yè)輕視，入磨水份高不僅粉磨系統(tǒng)產(chǎn)量大幅度降低，同時(shí)會(huì)造成收塵、輸送設(shè)備的堵塞與破壞，引起均化、儲(chǔ)存庫(kù)的工作不正常，導(dǎo)致水泥質(zhì)量波動(dòng)。企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)必須根據(jù)所用混合材水份含

12、量和企業(yè)粉磨系統(tǒng)的特征，酌情采取相應(yīng)工藝措施對(duì)水份進(jìn)行處理。6.適時(shí)調(diào)整水泥組成，適應(yīng)混凝土的工作性能，用好混合材水泥作為一種膠凝材料，是一種中間產(chǎn)品，最終是要做成水泥基材料的，而目前最主要的就是水泥混凝土（下簡(jiǎn)稱混凝土）。眾所周知，混凝土材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著不可替代的重要作用，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全，而混凝土強(qiáng)度和耐久性是其安全性的關(guān)鍵?；炷翉?qiáng)度和耐久性除與混凝土原材料的品質(zhì)、配合比設(shè)計(jì)、成型養(yǎng)護(hù)及使用保養(yǎng)等因素有關(guān)外，新拌混凝土諸如流動(dòng)性、粘聚性、保水性等工作性能是確?；炷聊途眯缘那疤帷Ｓ绊懟炷凉ぷ餍缘囊蛩睾芏?，主要有用水量、減水劑或其他外加劑、集料配比與集料性質(zhì)、

13、水泥組成與性質(zhì)、摻合料、水泥溫度和環(huán)境溫度、經(jīng)時(shí)損失等29，另外水泥與外加劑相容性的問(wèn)題不僅影響混凝土工作性能，有可能導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度降低，安定性不良，甚至直接破壞。就水泥組份與性能而言，水泥越細(xì)，表面積越大，吸附水就越多，水化反應(yīng)消耗水的速度也越快；水泥中C3A、C3S含量越高，水化反應(yīng)越快，消耗水的速度越快，這些都會(huì)降低工作性。工程中還應(yīng)重視水泥溫度和環(huán)境溫度的影響，拌合物拌和時(shí)水泥溫度越高，越不利于工作性，環(huán)境溫度越高，水向環(huán)境蒸發(fā)和水泥水化反應(yīng)的速度越快，不利于工作性。水泥與外加劑相容性問(wèn)題是目前不少水泥企業(yè)與商品混凝土企業(yè)比較敏感的問(wèn)題，除外加劑本身結(jié)構(gòu)、性能及摻合料等因素外，就水泥

14、而言，影響相容性的因素也是較多且較復(fù)雜的。研究表明：提高水泥與外加劑的相容性，應(yīng)提高熟料中的硅酸鹽礦物含量，降低鋁酸鹽，特別是C3A的含量；煅燒溫度高、煅燒氣氛好、高溫段冷卻速度快的熟料所磨制的水泥與外加劑具有較好的相容性；硬石膏做調(diào)凝劑的水泥用于混凝土?xí)r，會(huì)產(chǎn)生異常凝結(jié)（假凝），混凝土拌合物的流動(dòng)體在很短時(shí)間內(nèi)損失很大，使外加劑表現(xiàn)出不好的相容性；如果水泥粉磨過(guò)程中磨機(jī)內(nèi)部溫度過(guò)高，有一部分二水石膏脫水形成半水石膏或硬石膏，也會(huì)出現(xiàn)與外加劑相容性差的現(xiàn)象；水泥中混合材的種類、細(xì)度、顆粒形貌及摻量等對(duì)外加劑的吸附作用是不同的，外加劑對(duì)礦渣、粉煤灰、石灰石的相容性較好，對(duì)火山灰、煤矸石、沸石等比

15、表面積大、吸附性強(qiáng)的混合材相容性較差；水泥的比表面積增大，水化速度加快，對(duì)外加劑吸附作用增強(qiáng)，因而，外加劑的用量增大，流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失加大，表現(xiàn)出相容性變差；同一比表面積的水泥顆粒分布越寬，水泥漿的流動(dòng)性越好，外加劑用量會(huì)越少，但流動(dòng)性的經(jīng)時(shí)損失較大；水泥顆粒圓度系數(shù)提高，對(duì)減水劑飽和摻量影響不大，但可以提高水泥漿的流動(dòng)度和混凝土的坍落度，減小坍落度的經(jīng)時(shí)損失；隨著水泥中堿含量的增大，減水劑對(duì)水泥的塑化效果變差，堿含量的增大，還會(huì)導(dǎo)致混凝土凝結(jié)時(shí)間縮短、坍落度經(jīng)時(shí)損失變大；水泥陳放時(shí)間越短，出磨水泥溫度越高，減水劑對(duì)水泥的塑化效果越差，減水率越低，混凝土拌合物坍落度經(jīng)時(shí)損失越大，因此，陳放時(shí)間稍

16、長(zhǎng)的水泥有利于提高相容性29。綜上所述，隨著摻合料和外加劑技術(shù)在混凝土中的廣泛應(yīng)用和高性能混凝土發(fā)展的需要，水泥企業(yè)適時(shí)調(diào)整水泥熟料組成、根據(jù)熟料組成通過(guò)混合材調(diào)整水泥組成、細(xì)度、級(jí)配等性能，用好混合材，適應(yīng)混凝土工作性能是“上帝”用戶的需要。5.結(jié)束語(yǔ)工業(yè)廢渣用作水泥混合材已有半個(gè)多世紀(jì)歷史，用量不斷增加，為減輕環(huán)境壓力做出了重要貢獻(xiàn)，但在新的形勢(shì)下，為適應(yīng)高性能水泥和高性能混凝土的發(fā)展需要，水泥企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)自身應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐，合理利用工業(yè)廢渣，充分發(fā)揮廢渣潛在活性，在應(yīng)用過(guò)程中不要再造成再生資源的二次浪費(fèi)；同時(shí)應(yīng)基于調(diào)節(jié)水泥性能出發(fā)，適應(yīng)混凝土工作性的需要用好廢渣；更應(yīng)注意不可泛用廢渣

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