在山東省茌平縣，鋁加工產業一直是當地的支柱產業之一。在制鋁工業中，提取氧化鋁排出的汙染性廢渣赤泥一直因沒有妥善的處理處置辦法，堆存量逐年增加，不僅佔用土地，而且存在嚴重的汙染隱患。「赤泥綜合利用是世界難題，過去雖有相關技術，但是利用量少，沒有解決根本性問題。」山東省環保廳副廳長謝鋒表示。
近日，由山東大學、信發集團有限公司和山東茌平縣信發盛吉處理有限公司共同研發的以利用赤泥等工業固廢製備硫鋁酸鹽型水泥技術獲得認可。
由中國工程院院士、浙江大學教授岑可法、硫鋁酸鹽膠凝材料權威專家原國家建材局局長王燕謀、濟南大學校長程新教授組成的鑑定專家委員會認為，結合利用赤泥、脫硫石膏等大宗工業固廢製備硫鋁酸鹽型膠凝材料技術，利廢量大、產品性能高、成本低，是赤泥、脫硫石膏等大宗工業固廢大規模綜合利用的有效途徑之一。
從實驗室轉向連續生產
據茌平信發盛吉赤泥處理有限公司總經理田偉介紹，硫鋁酸鹽型水泥以硫鋁酸鈣、矽酸二鈣和鐵相為主要礦物成分，在製備時限制條件較多。「要求有硫酸鈣，原料中鋁矽比儘量高，此外，鈣的比例要求低於普通矽酸鹽水泥。」
田偉表示，這些要求脫鹼赤泥和脫硫石膏正好完全具備，但由於脫鹼赤泥是新生事物，而硫鋁酸鹽水泥屬於特種膠凝材料，迄今還沒有任何相同構思的技術嘗試。
「為此，我們首先開展了一系列的嘗試性試驗工作。」田偉告訴記者，在技術研發中，他們以信發集團所產生的脫鹼赤泥、原漿赤泥和除鐵赤泥為主要對象，通過山東大學實驗室高溫煅燒爐和1kg/h的小型迴轉爐上反覆試驗，終於證明以赤泥+脫硫石膏為主原料，輔以粉煤灰、石灰石等原料校正，可以在1300℃左右煅燒出以硫鋁酸鈣、矽酸二鈣和鐵相為主要礦物的硫鋁酸鹽型膠凝材料，同時確認了技術在製備矽酸鹽型膠凝材料的優勢，即不受赤泥中高鐵含量的限制，使用比例高達30%～60%。
「與此同時，通過開發通用配料程序，我們還實現了利用任意固廢原料製備硫鋁酸鹽膠凝材料的快速配料優化，可在最短的時間內確定適宜具有任意化學成分的固廢的優化配料比例，無需開展大量反覆試驗來摸排元素匹配、煅燒溫度等的優化參數。」田偉說到。
田偉還介紹，通過先後利用鋁灰、脫鋁渣、電石渣、溼排粉煤灰、磷石膏、氟石膏等多種當地工業固廢，在一條100kg/h迴轉窯系統上開展的無數次中試試驗，證實這一技術對各種固廢資源的廣泛適用性。
由於固廢原料的性質差異大，赤泥、脫硫石膏、電石渣等原料水分含量可高達30%～60%，若採用常規的烘乾—粉磨工藝，則原料須分別乾燥，不但能耗高而且工藝難實施。為此，山東大學與盛吉赤泥處理有限公司又經過不斷的論證與嘗試，研發出適宜原料高水分特性的「溼法粉磨—均化—壓濾」生料製備工藝。
「這一工藝既實現了生料的高質量均化，又使原料的總水分通過機械壓濾得以下降，還能降低生料的氯含量；與原料直接烘乾處理相比，雖然是先加水再脫水的過程，卻節約了能耗。」山東大學燃煤汙染物減排國家工程實驗室副主任王文龍教授告訴記者。
王文龍還對記者介紹說：「這一創新性工藝的實踐成果，使工業生產線得以貫通，具備了工業生產的條件。最終，我們利用赤泥、脫硫石膏、鋁灰和電石渣4種工業固廢，在一條1000t/d的迴轉窯生產線上實現了硫鋁酸鹽膠凝材料熟料的連續生產，截至目前已累計生產5000多噸。」
協同處置固廢的又一創新
在山東省水泥質量監督檢驗站於今年初出具的檢驗報告上，由茌平信發盛吉赤泥處理有限公司委託檢驗的硫鋁酸鹽水泥樣品，依據GB20472－2006標準檢驗為合格品。在建築材料放射性核素檢驗報告中，委託檢驗的快硬硫鋁酸鹽水泥所檢樣品中天然放射性核素鐳—226、釷—323、鉀—40的放射性比活度符合GB6566-2010《建築材料放射性核素限量》標準3.1條的要求，其產銷與使用範圍不受限制。
濟南泉鑫建材有限公司將這一新型水泥熟料與矽酸鹽水泥熟料進行了配合應用的嘗試與實踐，發現具有良好的膠凝特性，非常具有推廣應用價值。
岑可法院士告訴記者：「結合利用赤泥、脫硫石膏等大宗工業固廢製備硫鋁酸鹽型膠凝材料，實現了疑難固廢的綜合利用，而且應用情況很好，這對水泥行業是一項創新。」
吃廢量大成本低
據介紹，這一技術吃廢量大，赤泥的用量佔比可達30%～60%，脫硫石膏10%～20%，鋁灰10%～30%，電石渣20%～40%。「只有製備硫鋁酸鹽型膠凝材料，才能實現如此高比例赤泥的利用，並克服赤泥高鐵含量的限制。
此外，固廢原料成本低，在特定工業園區可趨近於零；原料多為粉狀物料，粉磨能耗低；最佳煅燒溫度僅為1250℃～1300℃，比普通矽酸鹽水泥生產低約150℃～200℃。」王文龍透露，未來將著手開展300萬噸/年硫鋁酸鹽膠凝材料生產項目的立項、設計與實施，力爭使結合利用大宗工業固廢製備硫鋁酸鹽膠凝材料技術發展為固廢大規模資源化利用的有效方式，推動社會的循環發展。
責任編輯：孫青青
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