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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第3期

編者按：在這個變革的時代，混凝土行業(yè)的發(fā)展形勢也發(fā)生了急劇變化，企業(yè)需要積極利用數(shù)字化先進的技術(shù)手段，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。綠色低碳技術(shù)的交流與合作，將為混凝土行業(yè)帶來更多的創(chuàng)新和機遇，推動行業(yè)向綠色、低碳、智能化的方向發(fā)展。本期將相關(guān)文章匯編成特別策劃，分享給讀者。

特別策劃 ：混凝土行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與綠色低碳技術(shù)交流

多種新型工業(yè)廢渣在水泥生產(chǎn)中的應用分析

吳銘生

［摘 要］在水泥生產(chǎn)過程中，廢渣能代替很多天然原料，不論是生料制備還是作為水泥混合材料，其主要是利用用廢渣中的 Ca、Si、Fe、Al、SO。目前，多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)的濾渣、電石乙炔氣體行業(yè)出現(xiàn)的電石渣、造紙行業(yè)出現(xiàn)的白泥和鋰礦制造出現(xiàn)的鋰渣等等，正在水泥行業(yè)嘗試少量摻用，受這些廢渣的生產(chǎn)工藝及質(zhì)量因素影響，還沒有形成規(guī)?；膽谩１疚闹攸c分析多晶硅濾渣、電石渣、白泥和鋰渣在水泥生產(chǎn)中的應用。

［關(guān)鍵詞］廢渣；水泥生產(chǎn)；應用

0 概述

水泥工業(yè)在生產(chǎn)過程中，需要大量的天然石灰石質(zhì)、硅質(zhì)以及校正鐵質(zhì)原料來滿足其化學組成和礦物組成的需要。

廢渣在使用前，須進行一系列的檢測分析，通過化學組成、活性試驗、有害成分檢測試驗來決定其用途及處理工藝方式。

工業(yè)廢渣的處理方法有：

（1）焚化法。廢渣中有害物質(zhì)的毒性是由物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)造成的，而不是由所含元素造成的。對于這種廢渣，一般可采用焚化法分解其分子結(jié)構(gòu)。例如，有機物經(jīng)焚化后轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和灰分，以及少量含硫、氮、磷和鹵素的化合物等。

（2）填埋法。掩埋有害廢棄物，必須做到安全填埋。需預先進行地質(zhì)和水文調(diào)查，選定合適的場地。

（3）化學處理法。通過化學反應使有毒廢渣達到無毒或減少毒性。通常采用的方法有酸堿中和法、氧化還原法、化學沉淀處理法，以及用水泥、瀝青、硅酸鹽等材料進行化學固定等方法。

（4）生物處理法。對各種有機物常采用生物降解法，包括活性污泥法、滴瀝池法、氣化池法、氧化塘法和土地處理法等。

水泥行業(yè)處理工業(yè)廢渣就是化學處理法，利用工業(yè)廢渣的化學性質(zhì)和化學組成，達到利用和處理的目的。

0.1 水泥生產(chǎn)常用工業(yè)廢渣

在水泥生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用的工業(yè)廢渣無非是主要含鈣硅鐵鋁等化學成分的化工工業(yè)廢渣，且附帶含有水泥生產(chǎn)限制的有害成分，如氯離子、硫、堿；物料的表觀組成各不一致，水分從5%～75%不等，部分有毒有害氣體帶來了安全隱患，造成了物料的輸送存儲困難，同時影響了工業(yè)廢渣的廣泛推廣應用。強堿高鈣工業(yè)廢渣極易水解，對土壤水質(zhì)污染嚴重，即使采用最安全有效的辦法進行深埋處理，也要防滲漏并進行覆蓋，還會造成資源浪費。

粉煤灰、煤矸石、硫酸渣、銅渣、磷石膏都是工業(yè)副產(chǎn)品廢渣，相對來講危害要小一些。但大量堆積會增加環(huán)境污染，并占用大量堆放場地，導致土壤鹽堿化問題加劇。

工業(yè)廢渣的主要危害是污染空氣、土壤和水源，影響人體健康，導致破壞生態(tài)平衡。作為水泥混合使用的廢渣成分，有的具有潛在水硬性，有的具有火山灰性，有的具有水硬性，還有的非活性，等等。工業(yè)廢渣的分類見表1。

以上廢渣，絕大部分可以在水泥生產(chǎn)中作為原料在生料制備過程中摻入，補充原料化學組成，還有少部分作為水泥混合使用，效益更顯著。

0.2 新型干法水泥窯處理工業(yè)廢渣

新型干法水泥窯系統(tǒng)完全可以處置工業(yè)廢渣。通過對水泥窯工藝過程的研究可知，利用水泥回轉(zhuǎn)窯處理廢渣具有以下特性：

（1）有機物分解徹底

在回轉(zhuǎn)窯中內(nèi)溫度一般在1350～1650℃之間，甚至更高，燃燒氣體在此停留時間＞8s，高于1100℃時停留時間＞3s。燃燒氣體的總停留時間為20s左右，且窯內(nèi)物料呈高湍流化狀態(tài)。因此窯內(nèi)的污泥中有害有機物可充分燃燒，焚燒率可達99.999%，即使是穩(wěn)定的有機物，如二惡英等也能被完全分解。

（2）抑制二惡英形成

喂入點處在高于850℃的分解爐，分解爐內(nèi)熱容大且溫度穩(wěn)定，有效地抑制了二惡英前軀體的形成。國內(nèi)外水泥窯處置有毒有害廢棄物的實踐表明，廢棄物焚燒后產(chǎn)生的二惡英排放濃度遠低于排放限值。

（3）不產(chǎn)生飛灰

煅燒排出廢氣粉塵經(jīng)窯尾布袋收塵器收集后作為水泥原料重新進入窯內(nèi)煅燒，沒有危險廢棄物飛灰產(chǎn)生。

（4）同化重金屬

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的耐火磚、原料、窯皮及熟料均為堿性，可吸收SO，從而抑制其排放。在水泥燒成過程中，污泥灰渣中的重金屬能夠被固定在水泥熟料的結(jié)構(gòu)中，從而達到被固化的作用。

（5）資源利用效率高

有機成分和無機成分都能得到充分利用，資源利用效率高。污泥中含有部分有機質(zhì)（55%以上）和可燃成分，它們在水泥窯中煅燒時會產(chǎn)生熱量。污泥的低位熱值約11MJ/kg，在熱值意義上相當于貧煤。貧煤含55%灰分和10%～15%揮發(fā)分，并具有熱值10～12.5MJ/kg。

（6）處理量大、見效快

水泥生產(chǎn)量大，需要的污泥量多；水泥廠地域分布廣，有利于節(jié)省運輸費用；水泥窯的熱容量大、工藝穩(wěn)定、見效快。

1 電石渣、白泥、鋰渣、多晶硅濾渣的應用

1.1 電石渣

在PVC生產(chǎn)過程中采用乙炔法排放出來的廢渣即電石渣，主要物相是Ca(OH)，化學成分中CaO含量在65%～75%，顆粒細度小，0.08mm篩余在18%～ 40%。電石渣的來源工藝分干法和濕法兩種，目前國家產(chǎn)業(yè)政策推廣干法生產(chǎn)線，干法生產(chǎn)的電石渣水分一般在6%～12%、溫度在45～70℃、容重在0.62g/cm左右、自然休止角在45。目前國內(nèi)極少數(shù)企業(yè)內(nèi)部配套還有濕法電石渣生產(chǎn)線。干法和濕法生產(chǎn)水泥電石渣都可以不再進行粉磨，電石渣分解溫度低，僅為580℃，與傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)采用石灰石配料的熟料燒成熱耗相比可省熱量120kcal/kg。

新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯只能使用干法電石渣；回轉(zhuǎn)窯預熱器設(shè)計在一定程度上受電石渣比例的影響，且需考慮管道結(jié)皮堵塞的因素。電石渣摻入回轉(zhuǎn)窯有脫硫的效果。濕法電石渣含水50%～80%只能在濕法回轉(zhuǎn)窯使用，且料漿配料、攪拌較為繁瑣，熟料熱耗高達125kg/t。

在五、六十年代國外已經(jīng)把電石渣作為水泥生產(chǎn)的主要原料，部分用于水泥的混合材料，由于電石渣的水分限制，作為水泥混合材料的使用和推廣受到影響，因此在水泥濕法生產(chǎn)線上使用比較成功。

我國在70年代有幾個水泥廠使用過電石渣，代替部分石灰石生產(chǎn)水泥，主要是立窯水泥廠。因電石渣水分的影響限制了其在水泥生產(chǎn)中的應用。電石渣的利用還有的是在建筑磚上的利用，可以作為免燒磚中的部分物料。我國真正用于水泥生產(chǎn)是在2000年之后，不論濕法電石渣還是干法電石渣可以全部代替石灰石生產(chǎn)水泥熟料。但電石渣不能作為水泥混合材料來應用，主要是電石渣里面殘余氣體的影響。

傳統(tǒng)生產(chǎn)方法采用濕法生產(chǎn)，即利用電石渣漿水分高達60%～70%的特點，生料制備采用濕磨其他幾種原料制成料漿，兩種料漿按體積配制成生料漿入濕法長窯煅燒成水泥熟料；目前還有的是將生料漿經(jīng)機械壓濾脫水，水份在25%～35%，利用窯尾廢氣烘干破碎后入干法中空窯煅燒成水泥熟料，這兩種工藝使電石渣能夠代替100%石灰石生產(chǎn)。

國家鼓勵支持的工藝方案是新型干法生產(chǎn)，一是5級預熱，二是3級預熱。兩種方法的區(qū)別在于是否是全部使用電石渣代替石灰石，采用電石渣100%代替石灰石只能采用3級預熱，采用部分電石渣代替石灰石就只能采用5級預熱。這是因為電石渣分解溫度低容易在4、5級預熱器的錐體或者管道結(jié)皮堵塞。

濕法電石渣生水泥的優(yōu)點是：電石渣可以不再進行粉磨，節(jié)約生料制備成本，熟料工藝簡單。缺點是：生料工藝復雜，料漿質(zhì)量不可靠。料漿庫建設(shè)成本高，料漿必須經(jīng)過壓濾才能入窯，電消耗高，物料要進行烘干，熱消耗高。

干法電石渣生產(chǎn)水泥的優(yōu)點是：工藝簡單，和傳統(tǒng)生產(chǎn)線一樣，電石渣分解溫度低僅為580℃，與傳統(tǒng)濕法生產(chǎn)采用石灰石配料可省熱量120kcal/kg，熟料燒成熱耗。缺點是：電石渣分解溫度低，容易在錐體或者管道結(jié)皮堵塞，操作困難。

1.2 白泥

造紙廠使用石灰作為漂白劑殘余料漿，主要成分CaO，水分達75%，水分高限制了其使用范圍，多為自然堆放填埋，有條件的可以添加到制磚行業(yè)。

1.3 鋰渣

主要成分是SiO、Al和CaO，合量達80%，是鋰礦加工過程產(chǎn)生的粉狀廢渣，水分達20%，具有火山灰活性，在水泥生產(chǎn)中可以代替部分混合材，有利于水泥強度的提升。

1.4 多晶硅濾渣

由于全球碳達標碳中和的控制要求，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的新一輪崛起，晶硅行業(yè)的生產(chǎn)出現(xiàn)了部分難以處理的工業(yè)冶煉濾廢渣。這些廢渣多以水分高、含有氯離子以及部分沒有反應完全的復雜混合物存在，具有污染環(huán)境和土壤的風險。其處理方式多為封閉式填埋，少量用于生產(chǎn)建筑用磚等，利用途徑較少，專業(yè)處理費用較高。充分利用其潛在價值，有利于循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展與延伸。

未經(jīng)處理的濾渣系高溫冶煉含水化合物，經(jīng)板框壓濾機處理之后水分在45%～80%之間。外表有少量可燃物，經(jīng)烘干呈小球狀易碎，易磨性較好（實物照片見圖1）。屬于一般固廢中的無機廢水污泥，類別代碼61，符合《一般固體廢物分類與代碼》GB/T 39198—2020之規(guī)定。

2 廢渣化學組成

電石渣、多晶硅濾渣、白泥和鋰渣的化學組成見表2。

3 應用實例

（1）電石渣和多晶硅濾渣作為原料代替部分石灰石生產(chǎn)熟料。電石渣、多晶硅濾渣及熟料其他原料的化學組成見表3。生料中電石渣以8%的比例，濾渣以3%的比例替代石灰石。熟料的化學組成及礦物組成見表4。

（2）鋰渣和白泥作為混合材生產(chǎn)水泥。水泥配比及性能見表5。

從產(chǎn)生廢渣的生產(chǎn)工藝來源及組成可以得知：電石渣和多晶硅濾渣作為原料代替部分石灰石或者硅質(zhì)原料生產(chǎn)熟料完全可行，是優(yōu)質(zhì)的原料。所生產(chǎn)的熟料的化學組成符合要求。電石渣代替部分石灰石，電石渣中CaO高達70%，是優(yōu)質(zhì)的鈣質(zhì)原料。多晶硅濾渣摻入生料，濾渣富含SiO，CaO達67%，有害成分含量低，屬于冶煉行業(yè)收塵或管路殘留物，通過板框壓濾水分在30%～50%，摻入1%～10%不影響生料質(zhì)量。

鋰渣、白泥作水泥混合材，滿足火山灰質(zhì)混合材料特性要求。

4 結(jié)語

在當期水泥行業(yè)舉步維艱，企業(yè)面臨生存發(fā)展的關(guān)口，如何綜合降低生產(chǎn)成本，持續(xù)健康發(fā)展是每個企業(yè)迫切要考慮的。

目前，水泥新標準《通用硅酸鹽水泥》GB 175—2023即將實施對水泥質(zhì)量提出了更高的要求，在水泥中使用混合材作了嚴格規(guī)定，因此在生料制備中使用廢渣，滿足質(zhì)量限制，是一項緊迫長期的工作。

通過試驗及生產(chǎn)可以得出：綜合利用多種工業(yè)廢渣，有利于資源綜合利用循環(huán)發(fā)展，降低和減少工業(yè)廢渣對環(huán)境污染的風險，有利于區(qū)域經(jīng)濟或工業(yè)園區(qū)“減量化、再利用、再循環(huán)”的持續(xù)發(fā)展；其經(jīng)濟效益和社會效益特別顯著。

供稿人：吳銘生

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術(shù)規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團標

【會議培訓】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術(shù)和工藝技能線上培訓

混凝土（砂漿）試驗檢測方法實操教學線上培訓

【咨詢服務】

科技成果評價

預拌混凝土質(zhì)量追溯研究

高速公路及橋涵高性能混凝土技術(shù)咨詢

課題研究

研發(fā)中心建設(shè)

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[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結(jié)構(gòu)自保溫技術(shù)體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復合摻合料和再生復合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業(yè)標準化試驗室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標準、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會議、承擔行業(yè)培訓、從事認證評價和開發(fā)研究等，中心是建材情報所主要業(yè)務部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會分支機構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會混凝土專業(yè)委員會、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會預制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會、中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺有預拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務平臺、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務平臺、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會員制技術(shù)和管理服務）。

中心每年參與多個混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務項目，包括雄安新區(qū)混凝土項目咨詢、河北省多個高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個混凝土企業(yè)的技術(shù)服務工作。開展預拌混凝土綠色產(chǎn)品認證和科技成果評價工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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