摘要：近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的不斷深化，節(jié)能環(huán)保理念深入人心，帶動(dòng)了各領(lǐng)域生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。工業(yè)生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量廢石膏，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了一定污染，且造成資源過度浪費(fèi)。將廢石膏應(yīng)用到水泥生產(chǎn)中非常必要，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，而且能夠提高資源利用率，兼顧節(jié)能與環(huán)保的雙重需求。文章對(duì)工業(yè)廢石膏的危害及其分類進(jìn)行梳理，并對(duì)工業(yè)廢石膏在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行深入探究。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢石膏；水泥生產(chǎn)；應(yīng)用

0 前言

城市化進(jìn)程下，建筑工程成為城市發(fā)展中的關(guān)鍵，帶動(dòng)著相關(guān)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。其中水泥企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，面臨著銷量少、價(jià)格低等問題，在很大程度上減少了企業(yè)利潤(rùn)，加上國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策、生產(chǎn)要求更加嚴(yán)格，水泥企業(yè)舉步維艱。工業(yè)廢石膏中含有部分未反應(yīng)的碳酸鈣，可溶性鉀、鈉鹽類，這些雜質(zhì)能夠促進(jìn)水泥水化，且激發(fā)混合材料性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢石膏在水泥生產(chǎn)中應(yīng)用的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工業(yè)廢石膏概述

廢石膏是以硫酸鈣為主的工業(yè)廢渣。廢石膏呈現(xiàn)粉末狀，其中 80%為硫酸鈣，還有硅、鋁及鐵等成分。通常情況下，每生產(chǎn)一噸磷酸，會(huì)排出五噸的磷石膏。很多國(guó)家對(duì)于廢石膏的排放遠(yuǎn)超過天然石膏，如上個(gè)世紀(jì)七十年代，塑料石膏排放量為 1400 萬噸，如果不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行科學(xué)、合理運(yùn)用，將會(huì)占用大片土地資源，對(duì)土壤、水資源等構(gòu)成一定破壞，嚴(yán)重情況下，還會(huì)威脅到人們的身心健康。目前，工業(yè)廢石膏主要有以下幾類：

1.1 石膏尾礦

石膏尾礦，是礦山采礦中排出的雜質(zhì)有低品位石膏尾礦，其中石膏比例為54%，剩余 46%為黏土雜質(zhì)，石膏尾礦礦物構(gòu)成為二水石膏、硬石膏等，主要化學(xué)成分為氧化鈣、三氧化硫等。

1.2 硬石膏

工業(yè)生產(chǎn)過程中，還會(huì)排放很多硬石膏，主要礦物構(gòu)成為Ⅱ型污水石膏，伴有碳酸鹽等雜質(zhì)。相比較來看，硬石膏具有較好的結(jié)晶效果，較二水石膏硬度更高，其中 80%以上是硫酸鈣，品質(zhì)較好[1] 。我國(guó)硬石膏資源較為豐富，主要集中在長(zhǎng)江流域。

1.3 化學(xué)石膏

此類石膏是由化工、電力等工業(yè)行業(yè)排放，主要成分為硫酸鈣工業(yè)廢渣。化學(xué)石膏以磷、氟等為主。其中磷石膏是生產(chǎn)磷酸、過磷酸鈣時(shí)，元素互相作用之后的產(chǎn)物。氟石膏，是螢石精粉和 97%濃硫酸制造氫氟酸時(shí)而產(chǎn)生的廢渣，多為Ⅱ型無水石膏。而脫硫石膏是發(fā)電廠等用排煙脫硫裝置清除二氧化硫，相較于天然石膏，前者具有粒度細(xì)、品位高等特點(diǎn)。綜上來看，不同工業(yè)行業(yè)排放出來的廢石膏有所不同，而不同廢石膏具有的優(yōu)勢(shì)也有所差別，這樣能夠滿足不同產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

2 工業(yè)廢石膏在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 水泥緩蝕劑

一般情況下，水泥生產(chǎn)采用天然石膏作為緩蝕劑。由于磷石膏中含有五氧化二磷、有機(jī)雜質(zhì)，不能夠直接替代天然石膏，要在使用前，經(jīng)過預(yù)先處理，才能夠應(yīng)用到生產(chǎn)當(dāng)中。在日本，75%水泥緩蝕劑都是以磷石膏為原料，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐應(yīng)用，已經(jīng)形成了較為規(guī)范的體系?？扇苄晕逖趸椎馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)要在 0.3%以內(nèi)，才能夠使水泥品質(zhì)達(dá)到最佳[2] 。以天然石膏與廢石膏為基本原料進(jìn)行水泥生產(chǎn)，后者強(qiáng)度能夠在原有基礎(chǔ)上提高 10%，且成本大幅度下降，能夠?yàn)樗嗥髽I(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。運(yùn)用磷石膏取代天然石膏，作為主要調(diào)凝劑，能夠加快水泥凝結(jié)速度，提高水泥強(qiáng)度，且符合國(guó)家環(huán)保要求，兼顧經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等效益。

硬石膏與二水石膏具有相似之處，對(duì)水泥具有明顯的緩釋效果[3] 。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)水泥中的三氧化硫總量在 3.5%以內(nèi)時(shí)，水泥凝結(jié)能夠達(dá)到最佳，可以直接應(yīng)用，尤其是在礦渣、粉煤灰水泥生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，主要是因?yàn)橛彩嗯c礦渣等溶解速度相協(xié)調(diào)，能夠確保水化反應(yīng)處于平穩(wěn)狀態(tài)，激發(fā)礦渣水泥、粉煤灰水泥的活性，以此來提高產(chǎn)品強(qiáng)度。

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氟石膏與天然二水石膏調(diào)凝性能較為接近，摻入磷石膏水泥凝結(jié)時(shí)間稍微延長(zhǎng)，但基本能夠符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，運(yùn)用磷石膏，水泥 3 天、28 天強(qiáng)度都在原基礎(chǔ)上獲得了較大的提升[4] 。足以證明，磷石膏、氟石膏能夠完全取代石膏用到水泥生產(chǎn)當(dāng)中，且緩凝作用能夠發(fā)揮到最佳效果，為提高產(chǎn)品質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 聯(lián)產(chǎn)水泥

磷石膏作為硫資源，進(jìn)行聯(lián)產(chǎn)水泥生產(chǎn)，特別是在硫資源較為匱乏的地區(qū)，引用該項(xiàng)技術(shù)尤為重要。改性磷石膏，經(jīng)過烘干處理后，能夠制作成無水、半水石膏，并與焦炭等材料進(jìn)行混合，送入到回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行焙燒，能夠完成水泥熟料的生產(chǎn)，并與石膏等原料進(jìn)行混合，最終制作成為水泥。如德國(guó) Cosvic、奧地利Chemie Linz 等國(guó)家均利用該方法進(jìn)行生產(chǎn)[5] 。在國(guó)內(nèi)，上個(gè)世紀(jì)八十年代才開始運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，時(shí)至今日取得了非常不錯(cuò)的成效，其中山東魯能化工集團(tuán)，擁有全國(guó)最大的水泥裝置，產(chǎn)能為磷銨 30 萬 t/a、硫酸 40 萬 t/a，該項(xiàng)技術(shù)最大的缺陷是前期投資較大，使得很多中小企業(yè)難以引入設(shè)備，所以有待進(jìn)一步調(diào)整。

2.3 水泥礦化劑

水泥生產(chǎn)中摻加硫、氟等礦物質(zhì)，能夠促進(jìn)材料中碳酸鈣的分解，降低燒成溫度，促進(jìn)結(jié)晶，有利于固相、液相互相反應(yīng)，形成熟料礦物。石膏尾礦、硬石膏等都可以應(yīng)用于實(shí)踐生產(chǎn)中。由于石膏自身具有助熔、礦化等性能，能夠使液相在溫度 100℃以上，降低液相粘度。石膏摻量當(dāng)中的三氧化硫含量不會(huì)超過 3%。

通常來說，當(dāng)溫度介于 900~1400℃時(shí)，各類石膏都能夠表現(xiàn)出較好的礦化效果，其中氟石膏在 1100~1400℃時(shí)，礦化效果最為突出和明顯，可以單獨(dú)使用。水泥企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)，針對(duì)礦化劑的使用，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性選擇，設(shè)計(jì)合理的比值，值得我們注意的是要關(guān)注三氧化二鋁等元素的變化，隨時(shí)做出合理的調(diào)整。如石粉廠引進(jìn) RXJ 超細(xì)分體分級(jí)機(jī)對(duì)施工進(jìn)行粉碎處理，取得了較好的效果，在該項(xiàng)設(shè)備支持下，能夠加強(qiáng)分散作業(yè)，細(xì)分回收率較高，隨著氣流運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到分散葉片當(dāng)中，能夠提高分級(jí)粒度，以此來避免中間環(huán)節(jié)。將磷石膏作為礦化劑生產(chǎn)水泥產(chǎn)品，產(chǎn)品疏松多孔、脆性大等優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)突出，經(jīng)過測(cè)試，產(chǎn)品各項(xiàng)物理性能都符合國(guó)際要求，可以廣泛應(yīng)用到市場(chǎng)上。

3 結(jié)論

根據(jù)上文所述，隨著工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展理念在各領(lǐng)域中得到了廣泛滲透，原有粗放型生產(chǎn)模式逐漸被取代。工業(yè)生產(chǎn)中排放大量廢石膏，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了極大的破壞，且造成資源浪費(fèi)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，廢石膏當(dāng)中含有很多具有利用價(jià)值的成分，將其應(yīng)用到水泥生產(chǎn)當(dāng)中，能夠顯著提高水泥強(qiáng)度，且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廢石膏回收再利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)。因此未來，水泥企業(yè)要轉(zhuǎn)變生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)理念，盡可能回收廢石膏，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，合理設(shè)計(jì)比例，將其應(yīng)用到緩凝劑、礦化劑當(dāng)中，能夠降低水泥生產(chǎn)成本，且能夠避免廢石膏對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不良影響，提高水泥產(chǎn)品質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

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