工业废弃物在水泥生产中的应用实践

摘 要：本文对工业废弃在水泥生产中应用实践介绍，着重就粉煤灰、煤矸石、铁尾矿替代水泥生产辅料进行了分析研究，最终满足了水泥国家标准规定的性能和生产要求，推动水泥生产走向清洁生产的发展之路。

关键词: 工业废弃物, 水泥生产, 清洁生产

中图分类号：TQ172.9 文献标识码：A 文章编号：

我公司三条窑为4500t/d新型干法预分解窑，主要生产普通硅酸盐水泥熟料。为最大化利用工业废弃物，使工业废弃物利用率达到15%以上，实现水泥清洁生产[1]。2011年开始我公司采用了粉煤灰、煤矸石全部替代铝矾土，铁尾矿碎屑全部替代砂岩。生产半年来，除因废弃物中携带碱含量较高对熟料后期强度有一定的影响外，其他指标均符合质量要求。

1. 原料及配料方案

1.1原料

2011年之前我公司采用铁铝矾土废渣、砂岩碎屑、转炉渣为辅料进行配料。2011年开始采用粉煤灰、煤矸石替代铁铝矾土废渣，铁尾矿碎屑替代砂岩碎屑，实现了工业废弃物全替代。

1.2配料方案

我公司采用石灰石、煤矸石（不含热值）、湿粉煤灰、铁尾矿碎屑、转炉渣五组份配料，各原材料及其组份见表1。

表1 原料成分

Loss CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O

石灰石 48.49 6.81 1.19 0.65 0.90 0.90 0.05

煤矸石（不含热值） 16.23 5.16 49.79 15.17 5.95 3.21 0.64 1.92 0.22

湿粉煤灰 3.41 3.62 48.90 28.57 8.12 1.63 0.57 1.29 0.32

转炉渣 -0.66 38.67 15.66 4.73 24.26 9.59 0.26 0.08 0.11

铁尾矿碎屑 1.92 3.98 74.81 6.32 6.47 2.14 1.29 0.90

煤灰工业分析 19.98 39.19 11.20 9.09 3.49 0.49 1.10 0.32

根据熟料性能要求，设计配料方案为：熟料三率值为：HM=2.12±0.05 SM=2.55±0.01 IM=1.30 ±0.1，根据熟料率值要求及生料成分情况生料率值为：HM=2.12 ±0.08 SM=2.63±0.1 IM=1.15±0.1 。生料质量要求：细度（0.08mm方孔筛）≤18%，水分≤0.2%，碱含量≤0.89%；熟料质量：f-CaO≤1.0%[2]；煤粉质量：水分≤2.5%，细度≤15%。原料配比见表2。

表2原料配比

石灰石 转炉渣 煤矸石（不含热值）或湿粉煤灰 铁尾矿碎屑 理论料耗

80.8 3.4 5.8 10 1.54

注：煤矸石和湿粉煤灰可按不同比例搭配使用，根据化学成份不同，上述配比会有一定的变化。

由表2可知，我公司工业废弃物利用率已经达到19.2%，远远超出HJ 467-2009规定的一级清洁生产指标15%要求，我公司在工业废弃物利用方面实现了清洁生产。

2. 生产

2.1生料生产

生料生产严格按照质检要求执行，但由于受设备质量及一些工艺条件的限制实际生料细度较粗。生料石灰石及辅料中碱含量较高，尤其是全部用上工业废弃物替代后碱含量很难控制，出磨碱含量偏高。为此，我公司在石灰石中添加0.6%改性磷石膏来调整硫碱比。加入改性磷石膏后，生料成分符合公司质量要求。出磨生料分析见表3。

表3三线的生料分析

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO K2O Na2O R2O HM SM IM 0.08mm细度 水分

A线 43.44 14.11 3.80 2.35 1.43 0.91 0.11 0.71 2.23 2.71 1.23 20.18 0.20

B线 42.92 14.23 3.11 2.46 1.52 0.89 0.19 0.78 2.18 2.58 1.27 20.41 0.20

C线 43.32 13.84 2.86 2.47 1.79 0.88 0.27 0.84 2.27 2.60 1.17 20.75 0.20

2.2熟料生产

因煤价过高的原因，我公司采用山西煤、褐煤、本地中热值煤等混合搭配使用，以降低燃煤成本。入窑煤粉收到基热值22.37MJ左右。由于加入褐煤水分较大，出磨煤粉水分在5%左右。由于窑系统提产、煤磨供应能力不足，出磨煤粉细度通常大于15%的控制指标。由于煤粉的水分较高、细度偏高等原因，对火焰形状影响较大，对煅烧造成一定的困难。对此，我公司采用提高一次风量，调整内外流风比例，内流风挡板由原来的50%调整为75%，外流风挡板由原来的100%调整为90%，火嘴风翅推进2mm,加强风煤混合；同三次风挡板由28%调整到35%左右，适量减小窑内通风比例，来达到合适火焰形状，确保熟料的煅烧。

由于废弃物中，硫碱等有害成分较多，窑尾烟室及预热器结皮较多。为此，采取了增加清理结皮的次数，同时在鹅颈管等不易清理的地方安装空气炮定时清吹。同时在石灰石中加入为改性磷石膏，该善硫碱比，让更多的硫、碱跟随熟料带出窑系统，减少有害成分的内循环。

通过上述调整，窑系统工艺运行状况良好。生产通用水泥熟料各项指标符合国标GB/T 21372要求。

3. 熟料化学分析结果及矿物组成

表4熟料化学分析结果及矿物组成

Loss CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3 K2O Na2O R2O 硫碱比 立升重（g） Total

A线 0.18 64.83 22.12 4.91 3.67 2.52 0.56 1.25 0.15 0.97 0.45 1309.54 100.20

B线 0.18 64.78 22.07 4.91 3.65 2.52 0.57 1.30 0.15 1.01 0.44 1307.65 100.15

C线 0.17 64.84 22.09 4.95 3.68 2.54 0.56 1.23 0.15 0.96 0.46 1307.43 100.20

KH HM SM IM C3S C2S C3A C4AF 稠度 安定性 净浆扩展度 3天 28天

A线 0.87 2.11 2.58 1.34 51.92 24.25 6.80 11.16 23.66 合格 156.72 29.16 53.94

B线 0.87 2.11 2.58 1.35 51.83 24.18 6.83 11.11 23.86 合格 152.67 29.68 53.07

C线 0.87 2.11 2.56 1.35 51.34 24.60 6.87 11.19 23.67 合格 158.01 29.14 53.99

表4中可以得出熟料碱含量偏高，3天强度、28天强度均满足国标GB/T 21372要求，安定性合格。

4. 生产经验

1）由于湿粉煤灰、铁尾矿碎屑含水分较高，冬季配料站堵料较为频繁，断料停机次数较多，对生料生产影响较大。对此冬季生产铝质材料可以加大煤矸石的使用比例，硅质材料可以选用砂岩碎屑与铁尾矿碎屑搭配使用。

2）三废中硫碱含量较高，尤其是碱含量偏高较为显著，造成熟料碱含量偏高，对熟料的后期强度有明显的影响。建议资源较为丰富的厂家，可以加大对硫碱含量的控制。

3）控制合适的硫碱比例，可以保证熟料的稠度及净浆扩展度不受影响。鉴于废料中碱含量偏高，可以适当添加改性磷石膏调整硫碱比。

5. 结论

工业废弃物中虽然含有较高的硫碱等有害成分，但能够满足生产需要，生产出来的熟料符合国标要求，符合水泥清洁生产要求。

参考文献：

[1] HJ 467-2009，清洁生产标准 水泥工业[S].

[2] GB/T 21372-2008，硅酸盐水泥熟料[S].

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。