第１９卷第５期 ２０１１年１Ｏ月 安徽建筑工业学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ８Ｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏ１．１９ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１１ 固体废弃物在水泥熟料生产中的资源化利用 黄永珍 （安徽职业技术学院材料系，合肥２３００１１） 摘要：对近年来利用电石渣、煤矸石、污泥、垃圾焚烧灰等固体废弃物替代水泥天然原料的研究进展进行了 综述。讨论了当前研究存在的主要问题和特点，认为固体废弃物的成分波动及其有害成分是制约其产业化 的主要技术障碍。建议加强固体废弃物对水泥性能、生产设备及环境影响的研究。 关键词：固体废弃物；天然原料；水泥熟料；产业化 中图分类号：Ｘ７９９．３；Ｔ一１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４５４０（２０１１）０５—０６１—０７ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ ｆｏｒ ｃｅｍｅｎｔ ｃｌｉｎｋｅｒ ＨＵＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｚｈｅｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ａｎｈｕｉ Ｖａｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００１１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅ ｒｅｓｉｄｕｅ，ｃｏａｌ ｇａｎｇｕｅ，ｓｌｕｄｇｅ， ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｌｙ ａｓｈ ａｓ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ ｎａｔｕｒａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓ— ｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｈａｒｍｆｕｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｈａｒｍｆｕｌ ｃｏｎ￣ｔｐｏｎｅｎｔｓ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｒｅ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅ；ｎａｔｕｒａｌ ｍａｔｅｒｉａ ｌｓ；ｃｅｍｅｎｔ ｃｌｉｎｋｅｒ；ｉｎｄｕｓｔｒｙ 从上个世纪８０年代末，原材料的短缺和环境 意识的逐渐增强使人们开始重新思考废弃物的管 理方式。自ｔ９９２年在里约热内卢召开“联合国环 境与发展会议”后，工业发达国家的环境已经 导向了“可持续发展”模式，重点是减少天然原料 和能源的消耗。水泥熟料是石灰质原料、硅铝质 用二次资源、工业废料代替自然资源，走“循环经 济”的道路，是水泥原材料使用的发展方向。为 此，很多学者进行了大量的研究和生产实践，尝试 利用固体废弃物替代天然原料生产水泥熟料，并 取得了卓越的成效。 原料和铁质校正原料按一定的配比混合，再通过 高温煅烧而成。通常，生产ｌｔ硅酸盐水泥熟料约 消耗１．６ｔ左右干原料，其中干石灰质原料约占 ８０ ，干粘土质原料约占１Ｏ ～１５ 。常用的石 灰质原料是石灰石，硅铝质原料是粘土 铁质原料 １石灰质原料替代料 水泥用石灰质原料要求ＣａＯ含量较高， ＭｇＯ、ｆ—Ｓｉ０２及ｃｌ含量应符合质量要求，ＣａＯ 含量４８ 以上为工级品。目前天然石灰石的原 料替代料主要是电石渣，电石渣是电石法制乙炔 过程中电石水解的副产物，粒度小，微观结构疏 松，钙含量高，且主要是碱性Ｃａ（ＯＨ） ・２Ｈ。Ｏ 是硫铁矿脱硫后的废渣。资源消耗多、能耗大成 为制约水泥工业发展的重要因素。充分合理地利 收稿日期：２０１卜Ｏ９—１９ 作者简介：黄永珍（１９７３一），女，讲师，硕士，主要研究方向为水泥生产新技术。 ６２ 安徽建筑Ｘ－，＿ｌｋ学院学报（自然科学版） 第１９卷 及部分Ｃａ（ＨＣＯ。）ｚ，其它主要化学成分也符合水 泥生料配料的要求，属于优质钙质资源，表１是不 同电石渣的主要化学成分＿１］。 高敏等ｒ１］对电石渣生料的易烧性研究结果表 因为石灰石中Ｃａｃｏ￣分解温度在８９０℃左右，分解 吸热为１ ６６０ｋＪ／ｋｇ，而电石渣中Ｃａ（ＯＨ）２・２Ｈ２Ｏ 完全脱水反应大约在５８０℃进行，分解吸热１ １６０ｋＪ／ｋｇ，且每温度段副反应较多，电石渣颗粒较 明，电石渣生料的配料率值、生料的细度、电石渣 干粉的细度、辅助原料的矿物来源及细度等因素 均对其易烧性有一定的影响，但影响的规律性与 石灰石类似。同时，通过对比发现，来源不同的电 细，微观结构疏松，这种差别使电石渣较石灰石反 应活性好，形成共熔温度低，烧成温度低，改善了熟 料的易磨性，单位熟料热耗也降低，并且随着电石 渣掺量的增加，熟料的形成热也降低。 ２００８年，某厂在全国首次实现了电石渣 １００ ９／６代替石灰石配料，表２是该厂水泥熟料物理 性能测试结果［２］，结果表明：熟料各项物理性能完 全符合国家标准，且熟料２８ｄ抗压强度达到 ５５ＭＰａ以Ｅ。 表１不同电石渣的主要化学成分 ％ 石渣有害元素含量相差比较大，但总体具有一定 倾向性，如碱含量都比较低，而硫和氯的含量则波 动较大。武相萍『２ 等用电石渣１００Ｏ代替石灰 石，煅烧温度为１３５０￣Ｃ时，熟料中ｆ—ＣａＯ含量低 于２．３ ，生料易烧性好。蒋晓曙［３］等的易磨性 研究显示，某厂采用电石渣１００ 代替石灰石 配料，煅烧熟料的粉磨功指数为７．８２ｋｗｈ／ｔ（Ｐ＝ ８０ｔａｎ），与粘土配料非常相近；同时也认为此熟料 的易磨性还与工艺、设备、操作等因素有关。肖其 中 。 等认为利用电石渣代替石灰石配料，生料易 烧性好、熟料的易磨性较好、烧成热耗较低，主要是 表２某厂１００％电石渣代替石灰石煅烧水泥熟料物理性能测试结果 但湿法生产乙炔的电石渣含水分高达８５ ９／６ ～９５ ９／６，且电石渣具有保水性较强，颗粒较细， ２硅铝质原料替代料 水泥用硅铝质原料要求硅率（ｎ）为２．０～ ４．０、铝率（ｐ）工级品为１．５～３．５，ＩＩ级品等不限， 其它成分含量应对水泥生产及产品性能无害［７］。 目前用于替代天然粘土的硅铝质原料研究较多的 主要是煤矸石、浮选铜渣、粉煤灰、污泥和垃圾焚 烧灰。 ２．１煤矸石 容重轻等特性，在脱水和干燥时消耗热能多，能 耗大；而干法乙炔生产中电石渣则含有粉磨功 指数较高的硅铁，影响水泥生产线中的粉磨设 备。另外，由于电石渣密度较小，颗粒较细，干 排电石渣水分波动比较大，在汽车运输过程中 会产生扬尘或结团沉积；气力输送时，残余乙炔 气体在密闭管道输送中有可能发生爆炸；储存 时电石渣长时间在储库内堆积，易与空气中的 ＣＯｚ接触板结成块，造成储库下料困难；而电石 渣中残余的部分电石，堆放时会与水反应逸出 部分乙炔气体，给生产带来安全隐患。同时，电 石渣中硫、碱、氯等含量波动较大，影响熟料质 量；水泥中较多的硫和氯离子对钢筋等增强材 料会产生侵蚀；同时，氯的挥发性很强，对窑炉 的危害大。 煤矸石是在成煤过程中与煤层伴生的一种含 碳量低、质地坚硬的黑色岩石，是在产煤和洗煤过 程中排出的工业废料。据统计，正常开采Ｉｔ煤， 约产生煤矸石０．２ｔ（不包括掘进时产生的废石）； 精洗Ｉｔ煤，约产生０．６５～０．７ｔ煤矸石。目前，全 世界每年的煤炭开采量有数十亿ｔ，由此产生的 煤矸石的数量也是相当可观的［８］。煤矸石的主要 成分是ＳｉＯ 、Ａ１ Ｏ。、Ｆｅ２Ｏ。、ＣａＯ等，其化学组成 第５期 黄永珍：固体废弃物在水泥熟料生产中的资源化利用 ６３ 见表３［９］，与粘土相近，可代替粘土配料生产水泥 成分［１ ，浮选铜渣干基含硅量在９Ｏ 以上，成分 熟料；同时煤矸石中含有一定量的碳也可以发挥 其作为燃料（提供热能）的性质。资料显示［１ｏ－１４］ 用煤矸石代替粘土配料煅烧水泥熟料，可以显著 改善物料的易烧性，降低ｆ—ＣａＯ含量，提高熟料 强度。许婵娟［１叩等研究结果显示熟料的烧成温 度可降低５０℃～１００℃，烧成范围为１ ３００℃～１ ４００。Ｃ，认为主要是煤矸石中Ａ１２（）３含量较高，在 一定的硅率范围内，铝率的提高，可以增加液相 量，降低液相粘度，加速钙硅反应，有效地降低烧 成温度；但是熟料中有部分Ｊ３一Ｃ２Ｓ转化成 一 Ｃ２Ｓ，活性降低，影响熟料的质量；而Ａｌ２Ｏ。含量 较高时，液相粘度增加，在窑前易结料柱。邹 立［１１－１２］等认为煤矸石具有助磨作用，可以改善生 料易磨性，是因为煤矸石含砂量比粘土少，减少了 生料中晶型二氧化硅的含量；但质地坚硬的煤矸 石，粉磨功指数较高，会降低生料磨产量，影响生 料质量。而煤矸石中含有的部分活性碳，燃烧时， 从内部和外部同时加热使其矿物中的硅和铝迅速 加热活化，改善了生料的易烧性，使熟料的３ｄ和 ２８ｄ抗压强度都略有提高，但由于熟料中ＳＯ。含 量增加造成凝结时间略有延长。 表３煤矸石的化学组成 ％ 化学成分 质量分数 化学成分 质量分数 Ｓ ４０￣６５ Ａｌ２０３ １５￣３５ Ｆｅ２０３ ２～９ ∞ １～７ ｉＶｌｇＯ １～４ Ｒ２Ｏ １～２．５ 其它 ２～１７ 赵海晋［１５］等利用煤矸石代矾土配料在１ ２５０℃成功的烧制成含快硬相Ｃ１ Ａ７・ＣａＦ２、Ｃ４ （（））和具有中长期强度性能的 Ｓ和ＧＳ矿相的 熟料，并与４ ９／６石膏配合制得了快硬晓射水泥，该 水泥的初凝时间４ｍｉｎ，终凝时间ｌｌｍｉｎ，ｌｈ强度为 １６．５ｇＰａ；中后期强度稳定增长，凝结时间和强度 均满足喷射水泥要求。方仁玉［１ ］等利用煤矸石替 代粘土配料生产的道路水泥，熟料与水泥的干缩 率、磨损量比原配方明显减小，改善了道路水泥的 抗冻性与耐久性；ｆ—ＣａＯ含量下降，熟料和水泥的 ２８ｄ抗压强度分别比调整前提高近１０ＭＰａ和 ５ＭＰａ，解决了原来生产中，由于强度低不能生产 ４２．５、５２．５级道路硅酸盐水泥的问题。 ２．２浮选铜渣 浮选铜渣是含铜原矿经破碎、粉磨、分级、浮 选铜后的剩余粉体，表４是浮选铜渣及砂岩化学 稳定，其他成分与砂岩类似，适合作为硅质原料进 行配料。葛成庭［１ 等用浮选铜渣代替部分硬质 砂岩作为硅质校正原料，粉状的浮选铜渣，提高了 生料的易磨性；浮选铜渣质量稳定，含硅量高，与 砂岩搭配使用，可以减轻砂岩成分的波动，提高生 料三率值的合格率，生料的易烧性较好，熟料质量 稳定，ｆ—ＣａＯ合格率达到８５ 以上，熟料强度稳 定，３ｄ和２８ｄ抗压强度分别为２９．６ＭＰａ和 ５４．５ＭＰａ；安定性良好。 表４浮选铜渣（干基）及砂岩成分 ２．３粉煤灰 粉煤灰是火力发电厂锅炉燃烧煤粉后，由吸 尘器收集的燃烧气体中的灰分。通常粉煤灰中硅 含量最高，其次是铝，铁含量相对较低，此外还有 未燃尽的炭粒、Ｃａ０和少量的ＭｇＯ、ＮａｚＯ、Ｋ２Ｏ、 ＳＯ３等。粉煤灰中的ＳｉＯ。、Ａｌ Ｏ。对粉煤灰的火 山灰性质贡献很大，Ａｌ Ｏ。对降低粉煤灰的熔点 有利，可有效利用粉煤灰代替粘土，某厂粉煤灰与 粘土的化学成分如表５［ ］。李维勇＿１ ］等分别用 粘土和粉煤灰代替粘土配料在饱和比接近情况下 进行易烧性对比试验，所得熟料中ｆ—ＣａＯ平均 值分别为３．６％、２．３ ，说明粉煤灰配料易烧性 较好，认为是受粉煤灰中未燃尽的碳颗粒及高温 分解出的ＣａＯ的影响；同时粉煤灰配料后熟料 Ｆｅ Ｏ。量降低，Ｐ值提高，Ｃ。Ａ含量高出３．５２ ， 使熟料早期强度提高，３ｄ抗压强度提高３．５ＭＰａ， ２８ｄ抗压强度高出４．５ＭＰａ，比较适合生产早强型 水泥。孟令和［１妇等的研究也证明了这一点。 表５粉煤灰与粘土化学成分对比 广西某特种水泥厂 用粉煤灰部分代替铝 ６４ 安徽建筑Ｘ－ｉ学院学报（自然科学版） 表６污泥成分（脱水污泥） 第１９卷 矾土配料生产高强高铝水泥，由于粉煤灰铝含量 较高，但不含ＴｉＯ ，可以延缓煅烧时最低共熔点 出现的时间，熟料的煅烧范围为８０℃～１００℃，比 原配方拓宽了３Ｏ℃～４０℃，生产时不结圈，无大 球料，熟料矿物组成和凝结时间更合理，利于早强 发挥，初凝时间和终凝时间分别为ｌｈｌ０ｍｉｎ和 ２ｈＳ０ｍｉｎ，３ｄ抗压强度为８４．５ＭＰａ，比原配方提 高了１３ＭＰａ，１年强度为９２．５ＭＰａ，达到３ｄ强度 的９４ ９／６以上。日本电力研究所与住友水泥 公司［２１］共同成功开发粉煤灰特种水泥，研究证 有学者研究结果显示＿２ ，污泥配料煅烧的 熟料无论从外观形态、化学组成、矿物组成、物理 明，利用粉煤灰和石灰石配料，烧成熟料后，添加 适量石膏，制成Ｃ。Ａ含量高的水泥，再与矿渣或 矿渣水泥混合，可制成节能型早强特种水泥，不会 失去ＣｓＡ的特性。将Ｃ。Ａ水泥分别与１～８２份 矿渣混合，制得特种水泥的早期和后期抗压强度 显著提高；同时Ｃ。Ａ水泥的细度变化可有效提高 早期抗压强度，但对后期抗压强度的作用不大。 性能，还是从熟料物化特性等方面都没有发现与 正常熟料有根本的不同，其主导矿物没变，认为污 泥作为原料的应用并没有导致熟料中产生其它异 种矿物。但水泥的初凝时间和终凝时间均有所增 加，可能是由于污泥中含有的Ｐｂ和Ｚｎ等重金属 元素成为水泥的缓凝剂，减缓了水泥的水化硬化 进程＿２ ，但并没有因此明显影响到水泥熟料强度 国投某水泥公司［２。］利用粉煤灰替代部分原料生 产低碱水泥，由于粉煤灰有效地提高了生料中的 Ａｌ Ｏ。和ＳｉＯ 的含量，改善了熟料的烧成，熟料 的易烧性和易磨性都较好，熟料２８ｄ抗压强度由 原来的５３．９ＭＰａ提高到６Ｏ．３ＭＰａ，碱量基本不 变，获取了高质量的低碱熟料。中联某水泥公 等性能指标。而污泥中含有的多种有机物和重金 属元素，有可能会影响水泥的抗硫酸盐性能。杨 力远等［２ 。］研究结果显示，适量掺入污泥后，煅 烧熟料的烧成温度有降低的趋势。杨磊［２。 等利 用苏州河污泥１００ 代替粘土配料，制得熟料的 主要矿物组成及水泥水化产物均与硅酸盐熟料相 同。施惠生等［２ ］的熟料重金属元素消减试验显 示，重金属元素浸出毒性试验结果完全符合 ＧＢ５Ｏ８６—８５（有色金属工业固体废弃物污染控制 司［２。］一直采用低烧失量粉煤灰和砂岩配合使用， 生产稳定，熟料质量良好。为降低生产成本，２００９ 年通过优化操作参数和工艺改造成功地实现了由 原来低烧失量粉煤灰改成高烧失量粉煤灰配料的 改革，生产线运行平稳，熟料质量良好，且熟料标 准煤耗最低达到了１０６．２ｋｇ／ｔ。 ２．４污泥 标准）的要求，认为污泥中的重金属离子经高温煅 烧后大部分结合在熟料晶格中，不会对人体和环 境产生危害，也不会对混凝土的性能产生影响；排 气的烟气部分成分检测结果均小于允许排放 浓度。李碧清［３０］等的研究也证明了这一点。马 培东［３１］等对水泥旋窑并行处理城市污水厂污泥 排放的污染物进行研究，认为排放的污染物主要 污泥主要指污水处理厂污泥、净水厂污泥和 河床污泥。污泥是由细菌、原生物等微生物与悬 浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有很强吸 附分解有机物能力的絮状体颗粒。不同污泥形成 机理不同，但污泥成分基本相似，同时各成分含量 波动较大，部分污泥成分如表６，由此可知，污泥 来自煤的燃烧，污泥本身在高温条件下燃烧产生 的污染物较少，在污泥添加速率达到２．４ｔ／ｈ时， 污染物中ＨＦ、ＨＣ１、ＳＯ。、ＮＯ 及总烃浓度等指标 均满足国家及相应的控制标准。但是污泥中有机 化合物在低温区便能裂解排出，汞、砷等易挥发的 重金属很少进入熟料，可能随废气和粉尘排放到 大气，形成二次污染。 ２．５城市垃圾焚烧飞灰 城市垃圾焚烧飞灰是指城市生活垃圾在焚 的主要成分与粘土相似，可以部分或全部取代粘 土进行配料。但是在污泥形成的过程中，微生物 是在活性污泥中以生物膜的形式存在并起作用 的，因此污泥往往也含有对人体和环境有危害的 物质，如有机污染物和重金属Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ 及Ａｓ等。 第５期 黄永珍：圆体废弃物在水泥熟料生产中的资源化利用 ６５ 烧处理过程中从烟气控制系统收集下来的微细 粉体，其主要组成元素为ｓｉ、Ｃａ、Ａｌ，以及大量的 碱、氯和硫等，并有重金属Ｐｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｚｎ、Ｃｕ等 分布，另外还可能含有少量的二恶英和呋喃等 有机污染物口 ，表７是某垃圾焚烧飞灰的成 分Ｌ３ 。刘娟［３ ］等分别利用来源不同的垃圾焚 烧飞灰和ＣａＯ配料煅烧水泥熟料，煅烧后的物 质主要都含有硅酸钙和铝酸钙，认为利用飞灰 烧制水泥熟料是有可能的，只是飞灰来源不同， 烧制出的化合物成分也不同。在一定范围内增 加ＣａＯ配比可以促进Ｃ３Ｓ的生成，而ＳｉＯ 含量 过高会影响铝酸钙的形成。黄健口 等通过对比 试验发现：水泥熟料掺烧飞灰后，熟料中ｆ—ｃａＯ 含量下降，认为飞灰对生料的易烧性产生了明 显的改善作用，主要是由于飞灰中碱、氯、硫含 量较高及含有多种重金属元素造成的，同时认 为微量元素组分越多，越有利于降低液相出现 的温度，增大液相数量，改善易烧性。而掺入飞 灰的熟料安定性、标准稠度用水量和凝结时间 基本未变，但氯和硫等阴离子会降低熟料ＫＨ 值，部分硫固化在熟料中，导致熟料强度下降。 认为可调整飞灰掺量，将掺烧飞灰熟料的率值 （如ＫＨ值）略微提高，以维持原有生料的易烧 性水平，并且不会影响熟料的强度。 表７飞灰的化学成分及重金属含量 黄健［３５］等研究结果显示飞灰掺量为４．６２ 时熟料的重金属极限溶出浸出液能够达到Ⅲ类地 表水标准。水泥生产排放物中未检测出二恶英， 认为是在１ ３５０℃左右时以化学的方法分解并消 除了二恶英［３ ，说明用垃圾焚烧灰配料可以烧制 合格的水泥熟料，且可消除垃圾焚烧灰对环境造 成的二次污染问题。杨春常［３。 等认为飞灰中含 有的Ｃｄ、Ｐｂ、Ｚｎ等重金属离子，可以通过固溶或 者掺杂等形式进入熟料矿物中，使熟料的ＸＲＤ 衍射图谱中Ｃ４ ＡＦ的特征衍射峰产生偏移并存在 少量Ｃ２Ｆ，铁相的变化有可能对水泥的抗冲击性 能及抗硫酸盐性能产生影响。谢燕［３ ］等根据碱、 氯、硫在窑炉中的挥发及冷凝特征模型及工业窑 炉中的温度分布情况分析，认为飞灰中含有的碱、 氯、硫会引起结皮，且结皮部位主要发生在窑尾上 升烟道及五级筒附近区域，而上升烟道中的结皮 以硫的冷凝富集为主，五级筒中的结皮以氯、碱的 冷凝富集为主。 ３铁质原料替代料 铁质校正原料要求Ｆｅｚ（）３含量较高。目前 水泥行业大多使用工业废弃料铁粉作为铁质校正 原料。为了拓展新的铁质校正原料以适应水泥行 业的快速发展，研究者们也在不断进行新的探索， 主要是对钢渣、铜矿渣和赤泥砂等作为铁质校正 原料的研究。 ３．１钢渣 ． 钢渣是炼钢时产生的工业废渣，钢渣的化学 成分主要为ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ａ１２Ｏ３、ＭｇＯ等， 一般钢渣中ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ。和Ａｌ Ｏ３的总含量 （质量分数）大于６Ｏ ，其矿物组成主要为硅酸三 钙（Ｃ３Ｓ）、硅酸二钙（Ｃ２Ｓ）、ＲＯ相、铁铝相（Ｃｌ１Ａ７ ・ＣａＦ。）、钙镁橄榄石（ＣａＭｇＳｉＯ ）以及少量的 ＣａＯ和Ｃａ（ＯＨ）２等［３ ，其主要化学组成与水泥 熟料基本相似，因而可以替代部分原料烧制水泥 熟料。 马保国［３９］等通过研究发现钢渣中急冷的 硅酸盐矿物晶体具有较高的物理潜能和化学反应 活性，可作为非熟料晶种，具有“诱导结晶”的功 能，从而提高生料的易烧性，拓宽烧成范围，同时 对熟料的其他性能均具有改善作用。秦守婉［４０］ 等认为碱度较高且微量组分较多的钢渣有利于提 高生料易烧性。汪智勇［４ 等通过采用普通配料 和钢渣配料的对比试验发现，由于非熟料晶种“诱 导结晶”的功能，使后者熟料的Ａ矿晶体分布和 尺寸均较为均匀，晶体生长较好，成五边形或六边 形状，粒径多为１５￣３０ｔｔｍ，连生和粗大的Ａ矿晶 体较少，Ａ矿中有包裹物的现象也较少。钢渣配 料的样品中间相较多，认为可能是钢渣中的 ＣａＦｚ、ＭｇＯ等矿物促进了熟料中液相的形成。 冯春花Ｃ４２］等通过研究将钢渣的掺量由６ 提高到 １Ｏ ，煅烧得到的水泥熟料各项性能指标均符合 ６６ 安徽建筑＿ｒ－，＿ｌｋ学院学报（自然科学版） 第１９卷 国家标准。 ３．２铜矿渣和赤泥砂 铜矿渣是冶炼铜金属时排出的工业废渣，其主 要化学成分为Ｆ 、Ｓ 、 ｚ 、ＣａＯ和ＭｇＯ等， 表８是铁粉与某厂铜矿渣主要化学成分比较［４ ，铜 矿渣中铁含量较铁粉高，完全可以代替铁粉作为铁 质校正原料。秦岭水泥公司［４。］用铜矿渣作为铁质校 正原料全部替代铁粉在２ Ｏ００ｔ／ｄ生产线上进行了工 业性试生产，取得良好的效果。 表８铁粉与铜矿渣主要化学成分比较 ∞ ０ ０ ∑ 铜矿渣代替铁粉配料可以适当降低熟料煅烧 温度，熟料的易磨性较好，且熟料强度高于掺铁粉 配料的熟料强度。这主要是因为铜矿渣中部分铁 以ＦｅＯ形式存在，可降低最低共熔温度和液相粘 度，相同煅烧温度时可以增加液相量，促进固相反 应和烧成反应，具有一定的矿化剂功能，故铜矿渣 配制的生料易烧性较好；煅烧温度适中，熟料中分 散的微小气孔稍多，且分布均匀，改善了熟料的易 磨性；铜矿渣配料的熟料中硅酸盐矿物晶体发育 完整、均匀，阿利特矿较多， Ａ含量较高，ｆ— ＣａＯ含量少，增进了熟料的抗压强度Ｅ４３３。 赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产 生的极细颗粒强碱性固体废物，氧化铝的生产方 法有多种，其中部分拜耳法赤泥经水力旋流器分 级处理后可分离出富含石英颗粒的高铁高硅赤泥 砂如表９ｒ４ ，高铁高硅赤泥砂可以代替铁质原料 和页岩等硅质原料配制生料。山东某水泥公 司［４ ］采用赤泥砂配料生产的水泥熟料化学分析 结果显示，熟料组成基本未变，强度符合标准，凝 结时间稍有延长，熟料的易烧性和易磨性均较好。 熟料性能的改变可能是与赤泥砂中含有少量的 Ｔｉ０ 有关［ ，生料中含有少量的ＴｉＯ２（０．５ ～ １．０ ），能与各种熟料矿物形成固溶体增加液相 量，促进熟料烧成，特别是对ｊ３一ＣｚＳ起稳定作用， 提高熟料质量；同时在阿利特中Ｔｉ能取代Ｓｉ，降 低硅酸盐水泥的初期水化速度，使凝结时间延缓。 表９赤泥和硫酸渣的化学分析 物料． 拜尔法赤泥砂１ 拜尔法赤泥砂２ 硫酸渣 ３．４７ ８．２９ ６．２７ ３３．８Ｏ ３５．８３ ３２．１９ ８．６７ ｌＯ．５５ ７．８０ ３７．Ｏ９ ３３．０４ ４１．５８ ２．６２ ２．９１ ３．２９ １．９９ １．４６ ２．６４ ０．４７ ０．３９ ２．１４ ２．８８ １．７６ Ｏ．５８ ３．４２ ２．５８ １．８４ １．８０ ２．８Ｏ ９６．２５ ９８．６１ ９９．２９ ４结束语 （１）多种固体废弃物作为水泥原料替代料，在 一定的掺量范围内，可以提高生料的活性，改善熟 料的易烧性、易磨性，得到性能良好的水泥熟料。 （２）多种固体废弃物对熟料形成和性能的影 响，与固体废弃物的化学成分及其物理性质等因 素有关。应深入研究固体废弃物的化学成分及其 物理性质对熟料烧成温度、液相形成温度、液相性 质、熟料组成、熟料性能等的影响。 （３）应加强固体废弃物成分在中温和高温下 的挥发性，以及熟料水化后的溶出性研究，确保水 泥熟料的生产和水泥的生态化。 （４）对固体废弃物在水泥熟料生产中的应用， 应从资源化、有利化、无害化等方面加以研究。资 源化是指合理利用固体废弃物，使其变废为宝，减 少不可再生资源消耗，实现水泥原料的“绿色化”。 有利化是指合理利用固体废弃物，使其有利于改 善熟料的易烧性、易磨性及水泥的各项性能参数； 有利于减少能源消耗、降低环境污染、保护环境。 无害化是指合理利用固体废弃物，对环境无害，对 水泥性能无害，对水泥生产设备无害、对水泥混凝 土中钢筋等增强材料无害。 参考文献 １高敏，文柏鸣．电石渣制水泥的原料特性研究Ｉ－Ｊ］． 新世纪水泥导报，２００９，（２）：１—５． ２武相萍，陆雷，曹常富，等．电石渣ｌＯ０ 代替石灰石 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