生态水泥.docx

生态水泥.docx

《生态水泥.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生态水泥.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

生态水泥

生态水泥

冯秀清

（海南大学材料与化工学院材料科学与工程专业，570228）

摘要：

本文从生态水泥的定义、制备、特性、生产现状、发展方向等方面对生态水泥进行了介绍。

并提出了生态水泥在耐火砖的应用方面存在的问题。

关键词：

生态水泥;制备;特性;发展方向

EcologicalCement

XiuqingFeng

（ThedepartmentofMaterialsScienceandEngineering,CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,HainanUniversity,570228）

Abstract:

Inthispaper,thedefinitionofeco-cement,preparation,properties,productionstatus,developmentandotheraspectsofeco-cementwasintroduced.Andproposedtheapplicationofeco-cementbrickstheproblems.

Keywords:

ecologicalcement;preparation;characteristics;developmentdirection

1引言

自上世纪90年代以来，由于城市生活垃圾的处理量大幅度提高、政府政策的倾斜和能源紧张等原因，生活垃圾焚烧技术在国内的城市生活垃圾处理中逐渐得到广泛应用[3]。

然而,焚烧过程中产生的大量焚烧灰渣,又给人们带来了处置上的困难。

为合理处置日益增加的焚烧灰渣，减轻填埋场地日渐增加的压力，同时也为了解决国内天然骨料短缺的问题，焚烧灰渣的资源化利用，将是比较符合中国国情的一个切实可行的方法[3]。

城市每天都有大量的污水产生,污水处理必不可少。

城市污泥是污水处理厂的必然产物，对于该废弃物的处理是污水处理后必须考虑的问题。

由于城市污泥具有容量大、不稳定、易腐败、有恶臭、有毒有害等特点。

另外，污泥的任意堆弃或直接利用，势必对环境造成2次污染，这不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。

因此必须对其进行适当的处理[7]。

我国固体废弃物种类很多，对于它的处理方式主要是直接堆放和简单处理，很少进行无害化处置，造成了严重的环境污染。

我国人口众多，随着城市建设的飞速发展，城市垃圾的排放急剧增加[4]。

由于固体废弃物产生量有增无减，又缺乏对其综合治理，固体废弃物的污染控制问题已成为我国的重要环境问题之一，因此如何实现固体废弃物的无害化、减量化和资源化，已成为发展经济和保护环境的关键，这也使得生态水泥的研究和发展在我国显得更有必要。

下面,本文将从生态水泥的定义、基本特征、制备等方面对生态水泥进行介绍。

2生态水泥的定义

“生态水泥”（EcologicalCement）是针对“生态型”水泥工业而言的，属“生态建材”大范畴中的一个分支。

国际上也称之为绿色水泥（GreenCement）、

健康水泥（HealthyCement）和环保水泥（Re-cy—clicCement）[9]。

生态水泥是以城市垃圾焚烧灰和废水中污泥等废弃物为主要原料，添加其他辅料烧制而成

的新型水泥。

生态水泥分为“普通生态水泥”和“快硬生态水泥”两种。

普通生态水泥具有和普通水泥相同的质量，作为预搅拌混凝土，广泛应用于钢筋混凝土结构和以混凝土产品为主的地基改善材料等。

快硬生态水泥则是一种比早强水泥凝固速度更快的水泥．具有发挥早期强度的特点，可利用于无钢筋混凝土领域[2]。

3生态水泥的基本特征

对于生态水泥的基本特征方面，我们主要从它的物理性能、混凝土的质量特性、安全性等方面进行研究。

2.1生态水泥的物理性能

与普通水泥相比，生态水泥最大的特点是凝结时间短（见表1），属快硬早强水泥。

这是由于加水后熟料中的氯铝酸钙立即水化，生成钙（3CaO·A12O3·CaSO432H2O），同时硅酸三钙接着水化，生成水化硅酸钙（C—S—H）[9]。

2.2生态水泥的混凝土质量特性

在灰水比相同的情况下，使用普通型生态水泥时，早期的抗压强度较矿渣水泥高，但整个龄期比普通水泥稍低。

若提高灰水比，则完全可以达到与普通水泥同样的抗压强度。

根据测试结果，该混凝土在干燥、收缩、冻融等耐久性方面与普通水泥和矿渣水泥大致相同[9]。

2.3生态水泥用于混凝土等制品的安全性[2]

对此,我们主要从压缩强度、长期暴露在室外的耐久性、重金属溶出等方面进行探讨。

2.3.1压缩强度

使用生态水泥的混凝土强度，和使用普通波特兰水泥的强度相同。

此外，使用快硬生态水泥可获得早期强度。

2.3.2长期暴露室外的耐久性

不论是使用普通生态水泥，还是使用快硬生态水泥，其混凝土的干燥收缩，中性化，以及抗冻结和溶解等性能，均与普通波特兰水泥的耐久性相同。

2.3.3重金属溶出

据研究报道，生态水泥的重金属的溶出量均符合日本环境基本法第16条第1款所规定的。

2000年3月24日，在日本废弃物学会应用各国的溶出试验法，对重金属类的融出性和安全性进行了评估，在日本研讨委员会“生态水泥制品重金属试验溶出报告书”中认为是安全的。

4生态水泥的制备

3.1生态水泥的原料

生态水泥的原料主要是城市垃圾焚烧后所遗留的焚烧灰渣和城市污水处理过程中所产生的污泥。

具体如图2所示[2]：

3.2生态水泥的成分

每生产lt生态水泥所用的原料,需焚烧灰0．6t（城市垃圾约产生6t），补充原料（石灰石等）0．8t。

把上述原料粉磨、配料,烧成为熟料,再加石膏粉磨即可制造成生态水泥。

由于在生产过程中用一部分焚烧灰替代水泥生产所需要的石灰石（钙）,所以有助于降低CO2的排放,并且节约了能源。

生态水泥实现资源循环型社会的流程如下:

3.3生态水泥的生产工艺

生态水泥生产工艺由原料粉碎、预处理、配料、烧成、氯固化灰分再资源化、成品粉碎等工序组成。

基本上与普通水泥生产工艺相同。

但因原料不同，则配备了分离回收焚烧灰中金属的预处理装置；防止烧成过程中分解、消除的二恶英再合成的冷却塔以及烧成过程中发生的含氯灰尘及重金属的再资源化回收装置[1]。

其工艺流程图如下[10]:

3.4生态水泥生产的技术关键[4]

（1）作为代用原料的废弃物由于化学成分不稳定，离散性大。

如何得到成分均匀、质量稳定的入窑生料是整个工序的关键。

对此的解决方法是:

加强原料的预均化和生料的均化，使废弃物成分波动在允许的范围内;作为代用燃料的废弃物，应注意废弃物的投入方式和投入时间、位置，以确保废弃物的完全燃烧。

（2）固体废弃物中可能含有高浓度的氯和极少量的有毒有害物质，如何分离、除去、封存这些物质是整个生产工艺是否成功的关键。

对此,在生态水泥生产过程中必须严格限制排放物中NOx、Sox、HCI、二恶英及其它有毒有害物质的含量;若原料中氯含量较高，宜将原料直接投入回转窑中锻烧或对预分解窑采用旁路放风措施;废弃物带进的二恶英在高于800℃完全分解，窑尾废气应采用冷却塔快速冷却至250℃以下，以防止在250一350℃时二恶英重新生成。

（3）由于固体废弃物中常含有重金属成分，如Pb、Zn、Cu、Cr、As等，为从窑灰中回收这些重金属，必要时须在工艺线上增设金属回收工艺。

4生态水泥的特点[11]

4.1大量节省生产能耗

其生产所用原料及可能少用天然资源，而大量使用尾矿、废渣、垃圾、废液等废弃物。

利用城市垃圾和污泥来生产生态水泥拓宽了原材料来源，减少了天然资源的消耗，降低了水泥生产的成本，有利于水泥行业向可持续发展。

4.2显著减少生产过程中CO2排放量

生产和使用过程中有利于保护和改造自然环境、治理污染。

4.3固体工业废渣的合理利用

省却了废弃物填埋处理工序，不需要填埋场地，生产过程中不会造成二次污染，有利于环保，可使废弃物再生资源化，并可回收利用。

5生态水泥的用途

早前生态水泥由于其中氯离子含量太高而使它的使用范围大受限制，但是自从日本研究人员将其中氯离子含量降到0．1％以下时，生态水泥能像普通水泥一样广泛地用作建造房屋、道路、桥梁的混凝士，其工作和使用性能没有差别[10]。

5.1用于制混凝土

生态水泥用做混凝土时，因为属于快硬水泥，为了便于施工，必须添加缓凝剂。

生态水泥混凝土的水灰比与抗压强度的关系和普通混凝土一样，是直线关系。

特别是灰水比比较大的范围，强度增长快。

由于生态水泥中含有Cl元素，容易引起钢筋锈蚀，所以一般用于素混凝土中，还可与普通混凝土混合使用。

可用做道路混凝土，水坝用混凝土，消波块，鱼礁块等海洋混凝土，空心砌块或密实砌块，还可用来做木片水泥板等纤维制品[13]。

5.2用作地基改良用固化剂

湿地或者沼地等软弱地基改良中，可用生态水泥作为固化剂。

经实验处理过的土壤早期强度良好，完全适于加固土壤。

6国内外生产生态水泥的情况[11]

6.1国外生产生态水泥情况

世界上发达国家利用水泥窑焚烧危险废弃物已有30余年的历史，美国、欧盟、日本等发达国家和地区采用高新技术，利用工业废弃物替代天然的原料和燃料，生产出达到质量标准并符合环保要求的生态水泥，已有比较成熟的经验。

6.2我国生产生态水泥的情况

我国在废物衍生燃料方面也做过不少工作。

上海建材集团总公司所属的万安企业总公司利先灵葆制药有限公司生产的氟洛氛过程中产生的废氟洛氛溶液（一种有害废物）进行了替代部分燃料生产水泥的实验。

北京建材集团公司所属北京水泥厂利用树脂渣、废漆渣、有机废溶液、油墨渣等4种比较有代表性的工业有机废弃物在本厂2000t／d熟料新型干法窑上进行了焚烧试验。

7生态水泥的发展方向[6]

7.1提高水泥工业的生态环境相容性

依据环保的需要,水泥厂需要做到与其周围的环境完全相容，和谐共存，减少水泥厂各种污染的排放，尽量做到零污染。

7.2降低热耗和电耗

研发并采用新工艺新设备，提高磨粉、烧成效率，并用余热回收技术进行发电，争取使该发电量与生产水泥所消耗的总电量持平。

7.3扩大利废功能

尽量做到对各原料的循环利用，将可燃废料和城市垃圾等用作二次原料或燃料，争取早日实现水泥厂对天然矿物燃料的零消耗。

7.4按需要生产水泥

为满足用户对水泥性能的不同需求，水泥厂可根据用户的需求进行水泥生产，“量体裁衣”生产该用户最适用的水泥，充分发挥各种特性，物尽其用，延长其生命周期。

8生态水泥研究存在的问题[13]

生态水泥在耐火砖方面的应用，取得了巨大成就，但还存在着一些问题。

具体如下：

（1）引入废物衍生燃料使得窑内气体中硫、氯、碱含量增多，而硫和氯能侵蚀白云石砖中的游离氧化钙或者菱镁矿基的耐火砖中的烧结菱镁矿。

这对耐火砖的质量有很大影响。

（2）硫和碱会与砖中的硅酸盐相反应，导致热导率升高，最终降低耐火砖的保温效果。

（3）熟料中熔融的组分能与砖的表面发生侵蚀性的化学反应。

而且化学侵蚀还不仅局限在接触的热表面，当熔融的物料渗透并填满耐火砖的孔隙时，反应产物将向耐火砖更深层侵蚀，碱、硫和氯元素还会形成膨胀性的硫酸盐和氯化物，从而引起耐火砖的破裂。

（4）热循环也会引起砖的破裂，缩短砖的寿命，从而降低保温效果，导致生产不能稳定。

对于这些问题的解决方法，主要是对引进的衍生燃料进行预处理，除去或降低其中硫、氯、碱等有害物质的含量。

这就需要我们对新工艺进行积极探索研究，尽量满足环保的要求。

9结束语

生态水泥的研究与发展,给城市生活垃圾的处理带来了巨大的好处,并且符合节能环保的要求,在保护生态环境方面有巨大的应用潜力。

但是，在研究过程中依然存在着一些问题，需要我们继续努力。

由于生态水泥的生产会产生有毒有害物质，并且粉尘污染较严重，故而在欲建设国际旅游岛的海南不适合生态水泥的发展。

10参考文献：

[1]孙永泰.城市垃圾废弃物生产生态水泥工艺及实例.粉煤灰,2009,1:

26-28.

[2]刘砚秋.城市垃圾焚烧灰再利用系统—生态水泥.节能环保,2009,4:

73-76.

[3]孙昕,金龙,宋立杰等.城市生活垃圾焚烧灰渣资源化利用的研究进展.污染防治技术,2009,22

（2）:

61-363.

[4]戴民华,施荣忠,施惠生.发展生态水泥保护生态环境.环保与节能,2006,6:

23-25.

[5]陈光.废弃物再资源化利用生产绿色生态水泥.利废技术,2006,8:

72-73.

[6]王素霞.国外生态水泥工业的现状.四川建材,2005,2:

35-36.

[7]漆宏.利用污泥生产生态水泥的可行性初探.安徽农业科学,2008,36（17）：

7380—7381.

[8]邵新苗,王慧,曾令可.绿色环保建材一生态水泥.广东建材,2006,2:

26-29.

[9]孙凤琴,佟为,吕和荣.生态水泥.化学教育,2008,9:

1-2.

[10]张新辉,施惠生.生态水泥及其发展前景.节能环保,2006,11:

14-17.

[11]刘群芳,信颖.生态水泥研究的现状和进展.辽宁建材,2009,6:

29-30.

[12]朱晓丽.循环经济中生态水泥与城市垃圾综合利用.学术之窗,2007,6:

242-243.

[13]王建军,黄志远,万善奎.用城市垃圾、污泥烧制生态水泥展望.水泥科技,2007,4:

24-27.

[14]M.Komljenovio,Lj.Petra?

inovio-Stojkanovio,Z.Ba?

1arevio,N.JovanovioandA.Rosio2.FLYASHASTHEPOTENTIALRAWMIXTURECOMPONENTFORPORTLANDCEMENTCLINKERSYNTHESIS.JournalofThermalAnalysisandCalorimetry,Vol.96（2009）2,363–368l.

英文摘要[14]:

ThispaperpresentstheresultsofinvestigationofpropertiesofflyashfromfourmajorthermalpowerplantsinSerbia.Chemical,mineralogicalandthermalcharacterizationofflyashhasbeenperformedinordertodeterminethepossibilityofitsuseastherawmaterialfortheconstructionmaterialindustry,primarilythecementindustry.ThermalpropertiesoftherawmixturesforPortlandcementclinkerproductionbasedonflyashwerealsoinvestigated.Theconclusionwasreachedthattheuseofflyashasacomponentoftherawmixturecomponentsfortheproductionofcementclinkernotonlyenablessubstitutionofnaturalrawmaterials,butcouldalsohaveapositiveinfluenceonreductionofthesinteringtemperatureofPortlandcementclinker.

中文翻译：

本文介绍了塞尔维亚四个主要火力发电厂的粉煤灰的性质的研究结果。

对粉煤灰的化学、矿物学和热学性质等方面进行了研究，以确定其在建筑材料工业,主要是水泥行业用作原料的可能。

并对用粉煤灰进行波特兰水泥熟料生产的原料混合物的热性质进行了研究。

结果表明用粉煤灰粉煤灰作为原料混合一个组成部分生产水泥熟料，不仅可以替代天然原料，也可以降低硅酸盐水泥熟料的烧结温度。