北極星固廢網訊:摘要：近年來，隨著可持續發展規劃的不斷深化，節能環保理念深入人心，帶動了各領域生產結構發生了變化。工業生產過程中，會產生大量廢石膏，對生態環境構成了一定汙染，且造成資源過度浪費。將廢石膏應用到水泥生產中非常必要，不僅能夠降低生產成本，而且能夠提高資源利用率，兼顧節能與環保的雙重需求。文章對工業廢石膏的危害及其分類進行梳理，並對工業廢石膏在水泥生產中的應用進行深入探究。
關鍵詞：工業廢石膏；水泥生產；應用
0 前言
城市化進程下，建築工程成為城市發展中的關鍵，帶動著相關產業迅速發展。其中水泥企業之間的競爭日益激烈，面臨著銷量少、價格低等問題，在很大程度上減少了企業利潤，加上國家節能環保政策、生產要求更加嚴格，水泥企業舉步維艱。工業廢石膏中含有部分未反應的碳酸鈣，可溶性鉀、鈉鹽類，這些雜質能夠促進水泥水化，且激發混合材料性能，提高產品質量。因此加強對工業廢石膏在水泥生產中應用的研究具有非常重要的現實意義。
1 工業廢石膏概述
廢石膏是以硫酸鈣為主的工業廢渣。廢石膏呈現粉末狀，其中 80%為硫酸鈣，還有矽、鋁及鐵等成分。通常情況下，每生產一噸磷酸，會排出五噸的磷石膏。很多國家對於廢石膏的排放遠超過天然石膏，如上個世紀七十年代，塑料石膏排放量為 1400 萬噸，如果不能夠對其進行科學、合理運用，將會佔用大片土地資源，對土壤、水資源等構成一定破壞，嚴重情況下，還會威脅到人們的身心健康。目前，工業廢石膏主要有以下幾類：
1.1 石膏尾礦
石膏尾礦，是礦山採礦中排出的雜質有低品位石膏尾礦，其中石膏比例為54%，剩餘 46%為黏土雜質，石膏尾礦礦物構成為二水石膏、硬石膏等，主要化學成分為氧化鈣、三氧化硫等。
1.2 硬石膏
工業生產過程中，還會排放很多硬石膏，主要礦物構成為Ⅱ型汙水石膏，伴有碳酸鹽等雜質。相比較來看，硬石膏具有較好的結晶效果，較二水石膏硬度更高，其中 80%以上是硫酸鈣，品質較好[1] 。我國硬石膏資源較為豐富，主要集中在長江流域。
1.3 化學石膏
此類石膏是由化工、電力等工業行業排放，主要成分為硫酸鈣工業廢渣。化學石膏以磷、氟等為主。其中磷石膏是生產磷酸、過磷酸鈣時，元素互相作用之後的產物。氟石膏，是螢石精粉和 97%濃硫酸製造氫氟酸時而產生的廢渣，多為Ⅱ型無水石膏。而脫硫石膏是發電廠等用排煙脫硫裝置清除二氧化硫，相較於天然石膏，前者具有粒度細、品位高等特點。綜上來看，不同工業行業排放出來的廢石膏有所不同，而不同廢石膏具有的優勢也有所差別，這樣能夠滿足不同產品的生產需求。
2 工業廢石膏在水泥生產中的應用
2.1 水泥緩蝕劑
一般情況下，水泥生產採用天然石膏作為緩蝕劑。由於磷石膏中含有五氧化二磷、有機雜質，不能夠直接替代天然石膏，要在使用前，經過預先處理，才能夠應用到生產當中。在日本，75%水泥緩蝕劑都是以磷石膏為原料，經過長時間的實踐應用，已經形成了較為規範的體系。可溶性五氧化二磷的質量分數要在 0.3%以內，才能夠使水泥品質達到最佳[2] 。以天然石膏與廢石膏為基本原料進行水泥生產，後者強度能夠在原有基礎上提高 10%，且成本大幅度下降，能夠為水泥企業帶來更高的經濟效益。運用磷石膏取代天然石膏，作為主要調凝劑，能夠加快水泥凝結速度，提高水泥強度，且符合國家環保要求，兼顧經濟、生態等效益。
硬石膏與二水石膏具有相似之處，對水泥具有明顯的緩釋效果[3] 。經過大量實驗證明，當水泥中的三氧化硫總量在 3.5%以內時，水泥凝結能夠達到最佳，可以直接應用，尤其是在礦渣、粉煤灰水泥生產中應用較為廣泛，主要是因為硬石膏與礦渣等溶解速度相協調，能夠確保水化反應處於平穩狀態，激發礦渣水泥、粉煤灰水泥的活性，以此來提高產品強度。
經過實驗對比發現，氟石膏與天然二水石膏調凝性能較為接近，摻入磷石膏水泥凝結時間稍微延長，但基本能夠符合國際標準。不僅如此，運用磷石膏，水泥 3 天、28 天強度都在原基礎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當中，且緩凝作用能夠發揮到最佳效果，為提高產品質量奠定堅實的物質基礎。
2.2 聯產水泥
磷石膏作為硫資源，進行聯產水泥生產，特別是在硫資源較為匱乏的地區，引用該項技術尤為重要。改性磷石膏，經過烘乾處理後，能夠製作成無水、半水石膏，並與焦炭等材料進行混合，送入到迴轉窯中進行焙燒，能夠完成水泥熟料的生產，並與石膏等原料進行混合，最終製作成為水泥。如德國 Cosvic、奧地利Chemie Linz 等國家均利用該方法進行生產[5] 。在國內，上個世紀八十年代才開始運用該項技術，時至今日取得了非常不錯的成效，其中山東魯能化工集團，擁有全國最大的水泥裝置，產能為磷銨 30 萬 t/a、硫酸 40 萬 t/a，該項技術最大的缺陷是前期投資較大，使得很多中小企業難以引入設備，所以有待進一步調整。
2.3 水泥礦化劑
水泥生產中摻加硫、氟等礦物質，能夠促進材料中碳酸鈣的分解，降低燒成溫度，促進結晶，有利於固相、液相互相反應，形成熟料礦物。石膏尾礦、硬石膏等都可以應用於實踐生產中。由於石膏自身具有助熔、礦化等性能，能夠使液相在溫度 100℃以上，降低液相粘度。石膏摻量當中的三氧化硫含量不會超過 3%。
通常來說，當溫度介於 900~1400℃時，各類石膏都能夠表現出較好的礦化效果，其中氟石膏在 1100~1400℃時，礦化效果最為突出和明顯，可以單獨使用。水泥企業在生產時，針對礦化劑的使用，要根據實際情況進行針對性選擇，設計合理的比值，值得我們注意的是要關注三氧化二鋁等元素的變化，隨時做出合理的調整。如石粉廠引進 RXJ 超細分體分級機對施工進行粉碎處理，取得了較好的效果，在該項設備支持下，能夠加強分散作業，細分回收率較高，隨著氣流運動，進入到分散葉片當中，能夠提高分級粒度，以此來避免中間環節。將磷石膏作為礦化劑生產水泥產品，產品疏鬆多孔、脆性大等優勢表現突出，經過測試，產品各項物理性能都符合國際要求，可以廣泛應用到市場上。
3 結論
根據上文所述，隨著工業現代化發展，可持續發展理念在各領域中得到了廣泛滲透，原有粗放型生產模式逐漸被取代。工業生產中排放大量廢石膏，不僅對生態環境構成了極大的破壞，且造成資源浪費。經過實驗發現，廢石膏當中含有很多具有利用價值的成分，將其應用到水泥生產當中，能夠顯著提高水泥強度，且能夠實現對廢石膏回收再利用，符合循環經濟發展目標。因此未來，水泥企業要轉變生產經營理念，儘可能回收廢石膏，根據實際生產需求，合理設計比例，將其應用到緩凝劑、礦化劑當中，能夠降低水泥生產成本，且能夠避免廢石膏對周圍環境產生不良影響，提高水泥產品質量，從而實現對工業生產結構的優化。
參考文獻
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[3]王慶榮,李建軍,潘淑琴,郭文潔.工業副產石膏的特點及在水泥生產中的應用[J].中國水泥,2012,（12）:69-72.
[4]趙計輝,王棟民,林輝,王學光,廖述聰.節能提產型助磨劑在水泥生產中的應用及效益分析[J].建材發展導向,2014,（16）:34-37.
[5]尚義華,呂誌慶,陳幸仁.水泥元素在線分析儀在水泥生產中的應用[J].水泥工程,2016,（04）:56.
作者：楊 洋
單位：陝西省建築材料工業設計研究院, 陝西 西安
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