工业废渣在水泥生产中的应用

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1、工业废渣在水泥生产中的应用 工业废渣在水泥生产中的应用前 言 随着现代科学技术的发展和人们物质文化的提高,自然资源已经远远不能满足需要,同时,人类的生活环境面临巨大的挑战:温室气体的大量排放和臭氧层的损坏引起的气候异常变化;天然资源的大量开采造成环境破坏和资源短缺;工业废弃物的大量排放造成大气、河流和陆地的污染,这一系列的问题已经威胁到人类文明生活的可持续发展。节能减排,发展循环经济,是我国国民经济发展的基本指导方针。各工业部门都应遵循这个方针,解决可持续发展的问题。 水泥和混凝土是各种建筑物的基本材料,是国家建设美好家园不可缺少的材料之一。水泥工业的可持续发展也必须符合节能减排的基本方针。工

2、业废渣是现代工业生产过程中产生的。现代工业产品日益丰富多样。从各个生产环节和各种产品生产中排出的废渣种类,也日益庞杂,形成一个“废渣大家族”。废渣也是物质。物质不灭,把它们埋藏、填坑、填海、或者燃烧都可能造成二次污染,不是好办法,最好的办法就是综合利用,我国在这方面已经创造了许多成功经验。随着生产技术的不断提高和科学实验的实践的不断进步,变“废”为“宝”,已是水泥生产的一大趋向。仅从我国建筑企业实际来看,工业废渣与节能减排仍有较大的差距,影响着我国的可持续发展。目 录摘 要11工业废渣21.1工业废渣的来源21.2工业废渣的分类21.3水泥工业利用工业废渣的主要途径31.4利用工业废渣进行水泥

3、生产的重要性32混合材料的分类42.1具有潜在水硬性的混合材料42.2具有火山灰性的混合材料42.3具有水硬性的混合材料52.4非活性混合材料53具有潜在水硬性的废渣63.1粒化高炉矿渣63.1.1粒化高炉矿渣的概述63.1.2粒化高炉矿渣对水泥性能的影响63.2铁合金渣73.2.1铁合金渣的概述73.2.2铁合金渣对水泥的影响84具有火山灰活性的工业废渣94.1粉煤灰94.1.1粉煤灰的概述94.1.2粉煤灰对水泥性能的影响94.2煤矸石104.2.1煤矸石的概述104.2.2煤矸石对水泥性能的影响104.3锂渣114.3.1锂渣的概述114.3.2锂渣对水泥性能的影响115具有水硬性的工业

4、废渣钢渣125.1钢渣的概述125.2钢渣的化学及矿物组成135.3钢渣在水泥行业中的利用135.4钢渣在水泥行业利用的瓶颈145.5钢渣在混凝土材料上的发展156其他工业废渣156.1赤泥156.1.1赤泥的概述156.1.2赤泥在建材行业中的利用166.1.3赤泥(中铝赤泥和焦作水泥)对水泥性能的影响166.2镁渣176.2.1镁渣的概述176.2.2镁渣的化学组成及矿物组成176.2.3镁渣的放射性186.2.4镁渣在水泥行业中的利用及存在的问题186.2.5镁渣对水泥性能的影响186.3镍渣196.3.1镍渣的概述196.3.2镍渣的化学组成及矿物组成196.3.3镍渣在水泥行业中的应

5、用研究206.3.4镍渣对水泥的影响207低活性工业废渣217.1铜渣的概述217.2铜渣用于水泥工业及建筑行业的用途和性能218特殊工业废渣电解锰渣228.1电解锰渣的概述228.2电解锰渣对水泥的影响229工业废渣的综合利用239.1煤矸石和石煤的综合利用239.2粉煤灰及炉渣的综合利用249.3铜渣和铅渣的综合利用2410工业废渣在水泥生产利用中的瓶颈问题2411工业废渣综合利用的意义25结 论26参考文献27致 谢28工业废渣在水泥生产中的应用摘 要 工业废渣是在工业生产中,排放出的有毒的、易燃的、有腐蚀性的、传染疾病的、有化学反应性的以及其他有害的固体废物。我国各种工业废渣较多,结合

6、国家的各种政策和生产工艺要求需要,很多企业应用了各种工业废渣作为生产原料,取得了较好的经济效益和社会效益。 利用工业废渣作为代用原料、替代燃料及混合材生产水泥,即处置了废料,又节约了资源和能源。工业废渣是作为混合材料来生产水泥,混合材料包括有潜在水硬性的混合材料、有火山灰性的混合材料、有水硬性的混合材料和非活性混合材料。例如:粒化高炉矿渣和铁合金渣是具有潜在水硬性的材料,粉煤灰、煤矸石和锂渣是火山灰性的混合材料,钢渣是具有水硬性的材料。 水泥工业利用工业废渣的主要途径是用作水泥混凝土掺合料,以改善水泥混凝土的使用性能和耐久性能。工业废渣的掺入对水泥胶砂流动度、水泥与减水剂相容性等性能具有改善作

7、用,对干燥收缩具有降低作用,对抗冻融性的影响有所提高,对硫酸盐侵蚀的影响有降低作用。 关键词:工业废渣,水泥,应用 1工业废渣 工业废渣是指在工业生产中排放出的有毒的、易燃的、有腐蚀性的、传染疾病的、有化学反应性的以及其他有害的固体废物。 1.1工业废渣的来源 工业废渣种类繁多,数量不一,来源不一,几乎每个生产部门都有各自不同的废渣排出。但从综合利用保护环境的重点来看,主要是冶金、电力、煤炭、化工、轻工等部门,即钢铁厂、有色金属冶炼厂、火电厂、炼油厂、化工厂、矿山、金属加工厂、陶瓷厂等企业。1.2工业废渣的分类 工业废渣可分为: (1)有毒废物。根据所选用的分析方法或生物监测方法,超过所规定浓

8、度的废物。 (2)易燃废物。含燃点低于60的液体废弃物;在物理因素作用下,容易起火的含液体和气体的废弃物;在点火时剧烈燃烧,易引起火灾的和含氧化剂的废弃物等。 (3)有腐蚀性的废物。含水废弃物、不含水但加入等量水后浸出液的PH3或PH12以上的废弃物:最低温度为55时,对钢制品的腐蚀深度大于0.64cm的废弃物。 (4)能传染疾病的废物。医院或兽医院未经消毒排出的含有病原体的和含致病性生物的污泥等。 (5)有化学反应性的废物。容易引起激烈化学反应但不爆炸的、易与水激烈反应可形成爆炸性混合物的;与水混合时释放有毒烟雾的;在有强烈起始源(加热或和水作用)产生爆炸性或爆炸性反应的;在常温常压下,可能

9、引起爆炸性反应或分解的。1.3水泥工业利用工业废渣的主要途径 由于环保和循环利用国内工业废渣的双重目的,工业废渣的利用得到了各国政府的高度重视。利用工业废渣的新技术、新设备、新方法、新政策相继问世,为大量利用工业废渣奠定了基础。 我国一直进行工业废渣生产水泥的研究和实践,在开发和利用工业废渣方面取得了很大的成就,水泥工业利用工业废渣的主要途径: (1)水泥混合材料:工业废渣用作水泥混合材料是最有效利用的途径。 (2)水泥调凝剂:用作水泥调凝剂的工业废渣主要是由气硬性的石膏系列工业废渣组成,如磷石膏、氟石膏、盐田石膏、环保石膏等。这些石膏通过改性后,可全部或部分代替天然石膏。 (3)水泥混凝土矿

10、物掺合料:可以用作水泥混合材料的工业废渣,都可做水泥混凝土矿物掺合料,以改善水泥混凝土的使用性能和耐久性能,这已成为当代商品混凝土、大体积混凝土、高性能混凝土不可缺少的组分之一。 (4)水泥原燃料:可燃性的工业废渣,如汽车轮胎、废油、非有机物等可以用作水泥熟料烧成的燃料。含有硅、铝、铁、钙等元素的城市建筑垃圾等可用作水泥的部分原料。同时,由于某些工业废渣中存在的有色金属、稀土元素等是水泥熟料的矿化剂和稳定剂,已广泛应用于水泥熟料烧成的校正原料。 1.4利用工业废渣进行水泥生产的重要性 按照目前的技术水平和水泥需求发展,我国的水泥行业必然面临资源、能源和环境问题的严峻挑战,将给整个社会的可持续发

11、展带来极不利的影响。 水泥是以CaO、SiO2、A12O3和Fe2O3为主要化学组成的原材料煅烧而成的人工材料,同时是以活性CaO、SiO2、A12O3和Fe2O3的水化反应实现其胶凝作用。因此,从理论上讲,凡是可以提供水泥组分所需CaO、SiO2、A12O3和Fe2O3等氧化物的物料均可用于水泥生产。 水泥工业可以消纳大量的工业废渣,既可用作水泥熟料的原燃料,也可用作水泥混合材料,这是水泥生产对环境改善最突出的特点。因此,利用工业固体废渣作为代用原料、替代燃料及混合材生产水泥,既处置了废料,又节约了资源和能源,对水泥工业的可持续发展具有深远意义。 2混合材料的分类2.1具有潜在水硬性的混合材

12、料 具有潜在水硬性的混合材料是指在有石膏存在的情况下,磨细混合材料加水拌合后,能够在潮湿空气中凝结硬化,并能在水中继续硬化的材料。 具有潜在水硬性的混合材料的硬化机理为混合材料中活性组分在硫酸盐的激发下,与CaSO4反应,生成高硫型水化硫铝酸钙。 目前,具有潜在水硬性的混合材料主要包括矿渣、锰铁渣(类属于矿渣)、铬铁渣、磷渣等。除此之外,具有潜在水硬性的工业废渣还有锰铁合金渣、镍铁合金渣、化铁铝渣、铅锌渣等冶金废渣。 具有潜在水硬性的材料具体有如下特点: 具有潜在水硬性材料的最大特点(与火山灰质材料相比)是具有比较高的CaO含量,以满足自身硬化所需。潜在水硬性材料的CaO含量一般在20%以上,

13、甚至高达50%。 具有潜在水硬性的材料结构多为致密的玻璃体结构,具有易碎、难磨的特点,同时由于颗粒表面的光滑性,导致对水的含有能力下降。 由于潜在水硬性材料多经过高温煅烧,发生了液相反应,这些材料中的MgO多呈稳定的化合物存在(如镁方柱石、镁橄榄石),对水泥的安定性不会造成影响。 由于具有潜在水硬性材料的硬化机理在于其中活性Al2O3 在碱及硫酸盐的激发下,与CaOH2及CaSO4反应,生成水化硫铝酸钙。在参与水泥的水化反应时需要大量的水,因此能够降低水泥浆体中的游离水,降低水泥浆体的孔隙率。 2.2具有火山灰性的混合材料 火山灰质混合材料是指磨细混合材料加水拌合后不硬化,但与石灰混合再加水拌

14、合便能在空气中硬化,并能在水中继续硬化的材料。 火山灰质混合材料的硬化机理为火山灰质混合材料中的活性SiO2在CaOH2的激发下,反应生成具有胶凝作用的水化硅酸钙,使其能够硬化,并产生一定的强度。 火山灰质材料具有如下的特点: (1)虽然火山灰质的材料和具有潜在水硬性的材料都是以活性SiO2 、Al2O3为主,但在CaO含量上存在较大的差异,不像具有潜在水硬性的材料那样,具有火山灰性的材料的CaO含量较低,多在5%以下。 (2)火山灰质材料的结构特点具有多孔性,具有巨大的内比表面积,尤其是天然一类的。火山灰质材料一般都具有强大的需水性。而具有良好的保水性能。 (3)由于火山灰质材料的硬化机理在

15、于其中的活性SiO2在CaOH2的作用下发生反应,形成水化硅酸钙,其中的水来自CaOH2,而非游离水,所以火山灰质材料不会降低水泥浆体的总孔隙率,但能减少毛细孔含量。 2.3具有水硬性的混合材料 具有潜在水硬性的混合材料和火山灰质混合材料是一种具有活性物质,但必须有外界物质的激发才能硬化的材料。除了这两种活性材料外,还有一种活性材料,即水硬性混合材料。 水硬性混合材料与他们不同之处在于,水硬性混合材料不用外界物质的激发,凭借本身的具有水硬性矿物的水化就能硬化。 水硬性材料的代表为钢渣,钢渣中含有与水泥熟料性质相似的C3S、C2S等水硬性矿物,因此能够自硬化。但由于钢渣中的C3S、C2S含量低,所以仅具有较低的水硬性。 2.4非活性混合材料 非活性混合材料与活性混合材料的不同点是