当前位置:首页 > 服务指南 > 资源综合利用 >
工业废石膏在水泥生产中的应用分析
    近年来,随着可持续发展规划的不断深化,节能环保理念深入人心,带动了各领域生产结构发生了变化。工业生产过程中,会产生大量废石膏,对生态环境构成了一定污染,且造成资源过度浪费。将废石膏应用到水泥生产中非常必要,不仅能够降低生产成本,而且能够提高资源利用率,兼顾节能与环保的双重需求。文章对工业废石膏的危害及其分类进行梳理,并对工业废石膏在水泥生产中的应用进行深入探究。


     0 前言

城市化进程下,建筑工程成为城市发展中的关键,带动着相关产业迅速发展。其中水泥企业之间的竞争日益激烈,面临着销量少、价格低等问题,在很大程度上减少了企业利润,加上国家节能环保政策、生产要求更加严格,水泥企业举步维艰。工业废石膏中含有部分未反应的碳酸钙,可溶性钾、钠盐类,这些杂质能够促进水泥水化,且激发混合材料性能,提高产品质量。因此加强对工业废石膏在水泥生产中应用的研究具有非常重要的现实意义。

1 工业废石膏概述

废石膏是以硫酸钙为主的工业废渣。废石膏呈现粉末状,其中 80%为硫酸钙,还有硅、铝及铁等成分。通常情况下,每生产一吨磷酸,会排出五吨的磷石膏。很多国家对于废石膏的排放远超过天然石膏,如上个世纪七十年代,塑料石膏排放量为 1400 万吨,如果不能够对其进行科学、合理运用,将会占用大片土地资源,对土壤、水资源等构成一定破坏,严重情况下,还会威胁到人们的身心健康。目前,工业废石膏主要有以下几类:

1.1 石膏尾矿

石膏尾矿,是矿山采矿中排出的杂质有低品位石膏尾矿,其中石膏比例为54%,剩余 46%为黏土杂质,石膏尾矿矿物构成为二水石膏、硬石膏等,主要化学成分为氧化钙、三氧化硫等。

1.2 硬石膏

工业生产过程中,还会排放很多硬石膏,主要矿物构成为Ⅱ型污水石膏,伴有碳酸盐等杂质。相比较来看,硬石膏具有较好的结晶效果,较二水石膏硬度更高,其中 80%以上是硫酸钙,品质较好[1] 。我国硬石膏资源较为丰富,主要集中在长江流域。

1.3 化学石膏

此类石膏是由化工、电力等工业行业排放,主要成分为硫酸钙工业废渣。化学石膏以磷、氟等为主。其中磷石膏是生产磷酸、过磷酸钙时,元素互相作用之后的产物。氟石膏,是萤石精粉和 97%浓硫酸制造氢氟酸时而产生的废渣,多为Ⅱ型无水石膏。而脱硫石膏是发电厂等用排烟脱硫装置清除二氧化硫,相较于天然石膏,前者具有粒度细、品位高等特点。综上来看,不同工业行业排放出来的废石膏有所不同,而不同废石膏具有的优势也有所差别,这样能够满足不同产品的生产需求。

2 工业废石膏在水泥生产中的应用

2.1 水泥缓蚀剂

一般情况下,水泥生产采用天然石膏作为缓蚀剂。由于磷石膏中含有五氧化二磷、有机杂质,不能够直接替代天然石膏,要在使用前,经过预先处理,才能够应用到生产当中。在日本,75%水泥缓蚀剂都是以磷石膏为原料,经过长时间的实践应用,已经形成了较为规范的体系。可溶性五氧化二磷的质量分数要在 0.3%以内,才能够使水泥品质达到最佳[2] 。以天然石膏与废石膏为基本原料进行水泥生产,后者强度能够在原有基础上提高 10%,且成本大幅度下降,能够为水泥企业带来更高的经济效益。运用磷石膏取代天然石膏,作为主要调凝剂,能够加快水泥凝结速度,提高水泥强度,且符合国家环保要求,兼顾经济、生态等效益。

硬石膏与二水石膏具有相似之处,对水泥具有明显的缓释效果[3] 。经过大量实验证明,当水泥中的三氧化硫总量在 3.5%以内时,水泥凝结能够达到最佳,可以直接应用,尤其是在矿渣、粉煤灰水泥生产中应用较为广泛,主要是因为硬石膏与矿渣等溶解速度相协调,能够确保水化反应处于平稳状态,激发矿渣水泥、粉煤灰水泥的活性,以此来提高产品强度。

经过实验对比发现,氟石膏与天然二水石膏调凝性能较为接近,掺入磷石膏水泥凝结时间稍微延长,但基本能够符合国际标准。不仅如此,运用磷石膏,水泥 3 天、28 天强度都在原基础上获得了较大的提升[4] 。足以证明,磷石膏、氟石膏能够完全取代石膏用到水泥生产当中,且缓凝作用能够发挥到最佳效果,为提高产品质量奠定坚实的物质基础。

2.2 联产水泥

磷石膏作为硫资源,进行联产水泥生产,特别是在硫资源较为匮乏的地区,引用该项技术尤为重要。改性磷石膏,经过烘干处理后,能够制作成无水、半水石膏,并与焦炭等材料进行混合,送入到回转窑中进行焙烧,能够完成水泥熟料的生产,并与石膏等原料进行混合,最终制作成为水泥。如德国 Cosvic、奥地利Chemie Linz 等国家均利用该方法进行生产[5] 。在国内,上个世纪八十年代才开始运用该项技术,时至今日取得了非常不错的成效,其中山东鲁能化工集团,拥有全国最大的水泥装置,产能为磷铵 30 万 t/a、硫酸 40 万 t/a,该项技术最大的缺陷是前期投资较大,使得很多中小企业难以引入设备,所以有待进一步调整。

2.3 水泥矿化剂

水泥生产中掺加硫、氟等矿物质,能够促进材料中碳酸钙的分解,降低烧成温度,促进结晶,有利于固相、液相互相反应,形成熟料矿物。石膏尾矿、硬石膏等都可以应用于实践生产中。由于石膏自身具有助熔、矿化等性能,能够使液相在温度 100℃以上,降低液相粘度。石膏掺量当中的三氧化硫含量不会超过 3%。

通常来说,当温度介于 900~1400℃时,各类石膏都能够表现出较好的矿化效果,其中氟石膏在 1100~1400℃时,矿化效果最为突出和明显,可以单独使用。水泥企业在生产时,针对矿化剂的使用,要根据实际情况进行针对性选择,设计合理的比值,值得我们注意的是要关注三氧化二铝等元素的变化,随时做出合理的调整。如石粉厂引进 RXJ 超细分体分级机对施工进行粉碎处理,取得了较好的效果,在该项设备支持下,能够加强分散作业,细分回收率较高,随着气流运动,进入到分散叶片当中,能够提高分级粒度,以此来避免中间环节。将磷石膏作为矿化剂生产水泥产品,产品疏松多孔、脆性大等优势表现突出,经过测试,产品各项物理性能都符合国际要求,可以广泛应用到市场上。

3 结论

根据上文所述,随着工业现代化发展,可持续发展理念在各领域中得到了广泛渗透,原有粗放型生产模式逐渐被取代。工业生产中排放大量废石膏,不仅对生态环境构成了极大的破坏,且造成资源浪费。经过实验发现,废石膏当中含有很多具有利用价值的成分,将其应用到水泥生产当中,能够显著提高水泥强度,且能够实现对废石膏回收再利用,符合循环经济发展目标。因此未来,水泥企业要转变生产经营理念,尽可能回收废石膏,根据实际生产需求,合理设计比例,将其应用到缓凝剂、矿化剂当中,能够降低水泥生产成本,且能够避免废石膏对周围环境产生不良影响,提高水泥产品质量,从而实现对工业生产结构的优化。

参考文献

[1]郑亚林,刘涛,刘旭华,周杰,杜沛.荧光分析法在水泥生产中的应用研究[J].河南建材,2012,(05):54-56.

[2]胡炜,万惠文.岩相分析在水泥生产中的应用研究[J].建材世界,2012,(04):33-37.

[3]王庆荣,李建军,潘淑琴,郭文洁.工业副产石膏的特点及在水泥生产中的应用[J].中国水泥,2012,(12):69-72.

[4]赵计辉,王栋民,林辉,王学光,廖述聪.节能提产型助磨剂在水泥生产中的应用及效益分析[J].建材发展导向,2014,(16):34-37.

[5]尚义华,吕志庆,陈幸仁.水泥元素在线分析仪在水泥生产中的应用[J].水泥工程,2016,(04):56.

作者:杨 洋

单位:陕西省建筑材料工业设计研究院, 陕西 西安

扫码关注协会公众号