廢棄資源在水泥與水泥制品中的綜合利用

工業固體廢棄物在中國水泥與水泥制品行業中的綜合應用主要有兩方面。一是某些廢棄物含有SiO2或其他有用組分，可以利用這些廢棄物代替相應的原料來燒制熟料；二是作輔助性膠凝材料或混合材部分代替熟料來配制水泥，制備水泥混凝土制品，間接地節約資源和能源、減少污染。

  （一）工業固體廢棄物作水泥工業的替代原料

  水泥熟料的主要成分有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等，含有這些成分的廢棄物就可以部分地代替原材料。例如，如圖1所示，污水處理廠污泥灰（WPSA）、下水道污泥灰（PSSA）等含有較多SiO2的廢棄物就可以代替硅質原料，含有較多Al2O3的工業廢水污泥灰（IWSA）可以作為鋁質原料。

  
  根據中國工業實際，替代原料主要有煉鐵工業的渣滓、煉鋁工業的赤泥、陶瓷及粘土工業的邊角料、污水處理工業的濾泥、垃圾焚燒工業的焚燒灰和石灰工業的廢料等。這些廢棄物的再利用不但回收了寶貴的Al2O3、 Fe2O3，還降低了SO2、NOx等有害氣體的排放。

  實踐表明，可替代原料的應用有以下五個注意事項：一是要根據中國工業實際、行業規范和國家法律適當選擇廢棄物作為可替代原料；二是配制生料時，常因被替代組分的不足而需要補充，即可替代原料一般只能部分地代替原材料；三是對熟料燒制過程要進行實時監控，確保不會影響熟料質量和不產生額外的環境污染；四是對服役過程進行跟蹤監控，確保使用過程安全。此外，在工藝上，還需注意作為代用原料的廢棄物由于化學成分不穩定，離散性大。如何得到成分均勻、質量穩定的入窯生料是整個工序的關鍵，所以應加強原料的預均化和生料的均化，使廢棄物成分波動在允許的范圍內。在上述工業廢棄物的資源化利用方面，應用企業都結合本地現有條件進行利用生產。
 （二）工業固體廢棄物作混合材

  通常認為，水泥熟料的制造是非常昂貴的，且不利于生態。然而，利用廢棄物作為混合材生產復合水泥不但減少了熟料的使用量，而且還變廢為寶。在中國，復合水泥已成為水泥行業消納廢棄物的龍頭。根據2003年全國水泥產量和水泥熟料產量測算，混合材約占水泥產量的23.6%，其中若80%為各類工業固體廢棄物，則廢棄物用量超過1.6億噸。加上生料中約4000萬噸，共計約2億噸。其中估計：利用礦渣約7000萬噸，粉煤灰約600萬噸，煤矸石約400萬噸，其他各類廢棄物約1.2億噸。展望未來，我們可以大膽地預言，如果更多地使用復合水泥，我們將不必增加波特蘭水泥的產量就可以滿足未來日益增長的需求[2]。

  目前，中國混合材應用比較普遍的是?；郀t礦渣和粉煤灰。盡管制備混合材也要耗費一定的能量，但制造復合水泥的能量消耗總量仍然小于波特蘭水泥的。例如，?；郀t礦渣的制備就要在運輸、干燥和粉磨過程中消耗額外的能量，但礦渣復合水泥的能量消耗總量仍比波特蘭水泥的低4％。把這些廢棄物用著混合材不但節約了能源和資源，還減少了溫室氣體的排放。如摻有30％粉煤灰的復合水泥，與相當標號的普通波特蘭水泥相比，制造過程CO2排放量減少了17％。另外，復合水泥優良而多樣的性能也為混凝土生產商根據用途而選擇水泥類型提供了方便。如生產高強度行車路面磚，雖然可選用42.5和52.5的波特蘭水泥，但選用同標號的復合水泥不僅不影響耐磨性和最終強度，還能改善產品的形態穩定性。因此，將廢棄物運用于制備復合水泥絕對稱得上是中國廢物綜合利用的典范。

  雖然中國在上述廢棄物的綜合利用方面已經取得了相當顯著的成果，但仍然存在著如下三個問題[3 _ 5]：一是摻入的量多半在35％以下且強度不高，甚至低于32.5MPa；二是為了提高早期強度，往往加入過多的活化劑，通常多達3－7％，大大超過了1％的國家標準；三是水泥廠并沒有考慮材料硬度的差別，往往將混合材和熟料一起粉磨，這一方面又增加了無謂的能源浪費。

  （三） 工業固體廢棄物在水泥混凝土制品中的應用
 
  利用工業廢渣生產水泥混凝土制品也是中國廢棄物資源化的另一條主要途徑。中國已經成功地利用粉煤灰、礦渣、建筑拉圾、自燃煤矸石等工業固體廢棄物生產普通混凝土小砌塊、輕骨料混凝土小砌塊和加氣混凝土砌塊。尤其是加氣混凝土砌塊，不但質輕，而且廢物利用量大，已經廣泛應用于墻體砌筑。例如，中國目前生產一立方密度為600kg/m3的加氣混凝土，可利用粉煤灰420Kg。另外，值得注意的是在中國除了適用作水泥混合材和混凝土活性摻合料的工業固體廢棄物外，還剩有大量低活性和非活性的廢棄物[6]。為了促進粉煤灰的進一步利用，中國于2000年實施了《粉煤灰小型空心砌塊》（JC-862-2000），這使得粉煤灰小型空心砌塊正式成為除普通混凝土小砌塊、輕骨料混凝土小砌塊和加氣混凝土砌塊外的一個新品種，大力促進了這部分粉煤灰的綜合利用。

  利用工業固體廢棄物作礦物磨細摻合料與硅酸鹽水泥復合配制高性能混凝土，在中國獲得了非常顯著的進步。利用礦物磨細摻合料來配制高性能混凝土有諸多優點，不但可以通過調整摻合料和水泥的比例直接生產出工程要求的混凝土，還能使摻合料充分發揮其水硬活性，使混凝土具有高耐久性、高工作性、高強度等特性[7]。以磨細高爐礦渣為例，將其磨細至350m2/Kg以上，作為輔助性膠凝材料，等量替代水泥，在混凝土拌合時直接加入混凝土中，就可以改善新拌及硬化混凝土的性能。在中國，用于生產制備高性能混凝土的磨細礦渣粉分為三個等級，其比表面積分別是350m2/Kg、550m2/Kg和750m2/Kg，以滿足生產不同標號的混凝土。目前，磨細礦渣粉在中國作為水泥混凝土用礦物摻和料，已經達到供不應求的局面。

  目前，中國的礦物磨細摻合料主要有以下四類[8]：（1）有膠凝性的。如?；郀t礦渣；（2）有火山灰性的。如粉煤灰，硅灰；（3）同時具有膠凝性和火山灰性的。如高鈣粉煤灰；（4）其他。如磨細的石灰石，石英砂。在中國，運用得最廣泛的主要是?；郀t礦渣和優質粉煤灰。中國頒布了《高強高性能混凝土礦物外加劑》（GB/T18736-2002）國家標準，以規范磨細礦物摻和料在高強高性能混凝土中的應用。