浅谈某水泥公司多种工业废弃物的综合利用
摘要：黑龙江双鸭山新时代水泥有限责任公司，地处煤矿资源相对丰富、铁矿资源相对丰富的地区，每年产生大量的铁矿尾渣、矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石等废弃物，不仅污染了环境而且占用了大量的土地资源。对此，双鸭山新时代水泥有限责任公司的工程技术人员通过不断探索与实践,把铁矿尾渣、矿渣、钢渣、粉煤灰等废弃物应用于水泥生产的各个工艺环节中，得到了非常好的社会效益和经济效益。
一、铁矿尾渣的利用。
我们公司在使用铁矿尾渣前，一直延续使用铁矿石或铁粉作为水泥生料的铁质校正原料，由于铁矿石和铁粉的价格高且铁含量不稳定，硅含量相对较少，硅酸率较低，对窑煅烧熟料的产、质量都有一定的影响，而铁矿尾渣是我们附近铁矿石选矿厂的所弃尾矿，不仅占用了大量的土地资源，还污染了当地的环境。为了降低水泥成本，变废为宝，我们决定利用铁矿尾渣进行试验。
通过多次取样化验，铁矿尾渣的主要成分为：SiO2 55%~65%, Fe2O3 14%~18%,完全可以作为水泥生料的硅质、铁质校正原料，同时为满足生料中铝的要求，生料中又增加了粉煤灰。配料方案为：石灰石86.15% ，铁矿尾渣7.45% ，粉煤灰4%, 铁矿石2.4%。各原料的化学成分分析见表1。对生料、熟料的化学分析见表2。
表1 各原料的化学成分分析 %
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表2 生料、熟料的化学成分及率值 %
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经过一段时间的生产，与以前使用铁矿石或铁粉作为水泥生料的铁质校正原料配料相比，熟料的化学成分、物理性能都没有什么变化，窑的尾温、窑速和煤粉用量也与以前基本一致，最重要的是：由于铁矿尾渣中硅的成分相对增加，窑内的结圈、结蛋现象有所改善，从而，使窑的熟料的产、质量都有一定幅度的提高，加上铁矿尾渣与铁矿石的价格因素，所以使用铁矿尾渣配料对于降低生料成本、提高水泥的市场竞争力都有着非常重要的作用。
二、矿渣的利用。
大家都知道，水泥制备中，由于多采用物料混合粉磨工艺，即：熟料、矿渣、粉煤灰、石膏及其它组分材料经计量配料共同粉磨，因矿渣中含有大量的玻璃体，高于水泥熟料。当熟料粉磨至一定细度时，因材料间易磨性的不同产生粉磨速度梯度差，矿渣颗粒未能被充分磨细，颗粒粗大，水化反应速度缓慢，潜在水硬活性未能正常发挥，只能作为一种填充性材料。当矿渣的掺入比例较大时，水泥早期强度明显偏低，且成型过程中试体泌水现象严重，施工性能受到影响。所以，生产中以混合粉磨工艺磨制矿渣水泥或复合水泥时，仍属于对矿渣材料低级利用的范畴。
通过查看相关资料我们了解了一些超细矿渣磨的特点：1、矿渣原料中大颗粒含量很少，粒度相对均匀（粒径多集中于0~8mm），为了控制入磨粒度，以利于球仓优化级配，只需在磨前安装10~15格筛进行预选分即可；2、矿渣对设备的磨损受矿渣中铁的含量影响，在球锻仓直接影响粉磨效果和产量、质量；3、仓位的分配及数量，对于中长磨可选用三仓；4专用的筛分装置及篦孔排列形式的变化适应高比表面积矿渣粉的要求；5、对入磨矿渣的水分要严格控制，水分过大不利于研磨，造成系统产量饱磨及糊磨的磨内工况恶化现象，水分过小矿渣在磨内流动性过快，造成比表面积上不来，而适当的水分可以降低磨内的温度，增加矿粉的活性，从而提高粉磨效率。
根据以上所述，我们把公司闲置多年的两台直径1.83*6.12 米的原料磨进行改造。改造前我们对所用矿渣进行易磨性能指数试验，测得准确的依据，有利于指导磨内结构及研磨体的选用。对易碎性矿渣选用衬板形式时，应考虑不需带料能力过强，适当选用大波纹衬板；随着磨内矿渣细度的变化，衬板形式也应作相应变化，以满足研磨体变小而接触面积增大的特性，这时，可适当选用小波纹衬板和平衬板相结合，或适当考虑分级衬板。对于仓位设置及隔仓板形式也需要根据矿渣的粒度、易磨性等作适当选择，以利于矿渣比表面积的提高。
改造后的两条磨经过近一年的运行，效果非常好。出磨矿渣高细粉通过料封泵打入水泥磨出磨的一个仓中，利用计量装置按照比例与出磨水泥充分搅拌后入水泥库进行包装。出磨水泥掺入矿渣粉和未掺入矿渣粉的性能比较见表3。
表3 掺入矿渣粉和未掺入矿渣粉的水泥强度比较
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从表3中可以看出，掺入矿渣粉比未掺入矿渣粉的后期水泥强度有了明显的改善。并且，从价格上考虑，生产一吨矿渣粉总费用为120元，而一吨水泥的平均价格为300元左右，经济效益非常显著。再有，用原料磨改造的磨机磨制矿渣高细粉也积累了一些小经验：1、矿渣细磨系统通风量宜偏低不宜选用大规格的风机，进风口必须设置方便的风阀；2、烘干最好采用顺流式烘干，烘干不当会影响到矿渣微粉的活性；3、磨矿渣微粉时，入磨矿渣的含水量不能高于1.5%~2.0%，一般控制在0.8%~1.5%之间。对于小规格磨机粉磨而言，水分的影响尤为明显，直接影响磨内物料流速、磨机产量及电耗，并且对出磨矿渣微粉的输送、储存都会产生不良影响，特别是当比表面积大于420m2/kg,磨内矿渣微粉已出现不同程度的静电吸附，此时在水分大的作用下，会造成严重的粘堵和包球现象，会出现频繁饱磨、闷仓，影响正常生产。
三、钢渣的利用
2006年8月，黑龙江建龙钢铁有限公司在双鸭山正式炼出第一炉钢，这也意味着炼钢工业废弃物“钢渣”将大量出现。对此，我们公司的工程技术人员大胆创新与实践，通过查阅大量相关资料和无数次实验室实验，将钢渣单独粉磨后与矿渣微粉复合掺入硅酸盐水泥中，在不影响普通硅酸盐水泥基本性能的前提下，大幅度的降低了水泥的成本。
1、 首先，我们进行了各种化验室试验。各种试验数据见表4、表5、表6。
表4 钢渣的化学成分 %
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表5 矿渣微粉的化学组成 %
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表6 掺入钢渣微粉和矿渣微粉的水泥抗压、抗折强度
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从表中和实践中我们可以得出结论，钢渣虽然具有一定的水硬性，但其活性较差，单独掺加作为混合材使用易导致水泥早期强度低、安定性不良。钢渣和矿渣复合掺加，可在一定程度上实现性能互补，改善水泥的强度，当掺量及配合比合适时，其后期强度可能达到或超过纯硅酸盐水泥的强度。
2、 工艺配置和工艺布置
磨机选用Φ3.2米*13米，两台，一台用于磨制钢渣，一台用于磨制矿渣；产量分别为：30吨/时和35吨/时。磨机前面分别是两台柱磨机，规格为：Φ2.9米*5.1米；产量为：35~40吨/时。烘干机选用直径Φ3米*25米一台。将磨制合格的钢渣粉、矿渣粉、水泥粉用螺旋秤按比例配料并入混料机充分混合后入库包装出厂。
目前，设备已安装、调试完毕，即将正式生产。届时我公司水泥产量和制造成本将有极大改观，为我们企业节能降耗，发展循环经济，创建节约型水泥企业奠定坚实基础。
四、结束语
通过学习和实践我们知道，水泥性能的优劣必须从水泥在混凝土中的使用性能及效果来衡量。水泥的高性能化包括以下3方面的含义：①是用现代先进技术生产的可大幅度提高各项物理性能的水泥。②可满足混凝土性能的不同要求，显著改善混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能，更有利于实现混凝土对建筑工程质量及各种施工条件的适应性。③在配制混凝土时，能够用最少的水泥用量来达到最满意的工程质量要求的混凝土性能目标。
节约资源、节省采矿用地、保护环境、消纳工业废弃物，在资源消耗型产业已被广泛提到生产研究日程和长远发展目标上，国家产业政策上在此已是非常重视，水泥工业作为典型的能源、资源消耗型产业，其生产与发展是以消耗能源和资源为代价的，随着我国能源和资源形势的日益严俊，制约了水泥工业的可持续发展，只有按照循环经济的理念，有效利用有限的资源，生产出合格的水泥产品才是产业发展当务之急。但铁矿尾渣、矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石等废弃物是废？是宝？还是可以利用的辅助材料？我们对此进行了大量的试验和细致的研究后认为：可以利用这些工业废弃物代替部分原材料进行配料，能够生产出优质熟料和高标号复合水泥。
绿色高性能水泥是水泥工业的发展方向，水泥工业实现“新型工业化”战略目标，中心课题是围绕水泥工业“绿化”进程，利用高新技术合成绿色高性能生态水泥。这是一项切实可行的有效技术措施，对于实现经济增长方式的转变，走新型工业化道路，建立“资源节约型、环境友好型”社会，节能减排，发展循环经济，实现水泥工业的可持续发展，具有重大意义。黑龙江双鸭山新时代水泥有限责任公司为在激烈的市场竞争中立于不败之地，将在工业废弃物的使用上不断探索、创新和实践，从而取得更大的经济效益、社会效益和环境效益。
参考文献：
（1）施惠生.利用钢渣研制复合硅酸盐水泥的正交试验研究.水泥，2004，（5）：1-3。
（2）赵洪义.再谈1吨熟料生产3吨水泥.建材报，2006，178期， B1版。
（3）黄拥军, 姚公来.磨机改造成超细矿渣磨高产节能.建材报，2006，167期，B4版。
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