張聲立

(海軍工程大學,430033)

生態(tài)水泥推進城市垃圾資源化

張聲立

(海軍工程大學,430033)

隨著我國城市化不斷提高，城市垃圾成為一項制約城市發(fā)展的重要因素， 生態(tài)水泥利用城市垃圾變廢為寶，為城市發(fā)展及環(huán)境保護作出了重大貢獻，本文 就生態(tài)水泥的制備、性質(zhì)、應(yīng)用展開討論，針對我國生態(tài)水泥的發(fā)展現(xiàn)狀，提出 建議。

生態(tài)水泥 制備 性質(zhì) 應(yīng)用

1. 言

改革開放以來，我國城市化進程迅猛，隨著城市化的不斷提高，城市垃圾的 處理已經(jīng)成為一項制約城市發(fā)展的因素，我國垃圾每年大約會產(chǎn)生 1.46 億噸， 處理的方式主要有焚燒、填埋、回收處理等，其中以回收處理最為環(huán)保且能產(chǎn)生 一定的經(jīng)濟效益[1]。同時，21 世紀建材生產(chǎn)發(fā)展主要以節(jié)省能源、資源，達到與 環(huán)境共生為目的，實現(xiàn)廢棄物的無害化、減量化和資源化。水泥石作為建材最大 分支，發(fā)展生態(tài)水泥在生態(tài)建材具有重要地位[2]。生態(tài)水泥就是利用城市固體廢 棄物作為基本原料所生產(chǎn)出來的水泥，既避免了天然資源的大量消耗，保護了自 然環(huán)境，又解決了城市垃圾的處理難題，真正實現(xiàn)了城市廢棄物的資源化和無害 化，其理念為“健康、環(huán)保、安全”[1]。

2. 態(tài)水泥制備

生態(tài)水泥是以生態(tài)環(huán)境與水泥的合成而命名的，是一種新型的波特蘭水泥，它將城市垃圾燒成灰和下水道污泥一起作為原料，制造水泥，再生利用是生態(tài)水泥的特征[3]。

生態(tài)水泥的制備與普通水泥一樣具有三個階段：原料制備、煅燒熟料及粉磨水泥。

2.1 原料制備

生態(tài)水泥的原料組成見表 1[3]。

表 1 生態(tài)水泥原料組成（1 噸）

燒卻灰的化學成分見表 2[4]。

表 2 城市垃圾燒卻灰的化學成分（平均值，%）

垃圾燒卻灰的化學成分是不穩(wěn)定的，離散性大。在預(yù)均化料庫中把燒卻灰均勻化后，通過 X 射線分析，用石灰石調(diào)整原料成分，根據(jù)情況，必要時參入粘 土，再次均化。

2.2 煅燒熟料

由于原料不同，在生產(chǎn)生態(tài)水泥過程中，不能采用預(yù)熱分解窯，而是將原料 直接投入回轉(zhuǎn)窯中煅燒，燒成溫度為 1350℃，比普通水泥低 100℃，得到生態(tài)水 泥熟料。

2.3 粉磨水泥

燒成的生態(tài)水泥熟料，粉磨成比面積為 4500cm2/g 的粉體后，再配入無水石膏，得到生態(tài)水泥。

2.4 注意事項[5]

2.4.1 重金屬回收

燒卻灰?guī)нM的重金屬中，大多數(shù)的Cr 和Zn 在煅燒過程中進入熟料礦物，而Pb，Cu，Cd 及其他重金屬則以氯化物形式揮發(fā)，并被收集在窯灰中，窯灰首 先與水混合，然后加入硫酸，在酸性條件下富含 Pb 的硫酸鹽沉淀析出。固液分 離后，在濾液中加入 NaOH 和 NaSH，控制 pH 值和氧化-還原電位，富含 Cu 的 硫化物沉淀析出。

2.4.2 廢氣排放

廢氣經(jīng)凈化處理，滿足相關(guān)標準后排放，噁為防止重新生成二英，廢氣要快速冷卻至 250℃以下。由于 SOx，HCl 大都與 CaO 結(jié)合進入熟料，因此廢氣中不 含 SOx 和 HCl。

3. 態(tài)水泥性質(zhì)分析及應(yīng)用

為了更好的討論生態(tài)水泥的性質(zhì)及應(yīng)用，現(xiàn)將生態(tài)水泥與普通水泥進行對比，得到表 3、表 4 及圖 1[3].

表 3 水泥的化學成分和礦物組成（%）

表 4 水泥的物理性質(zhì)和水化熱

圖 1 水泥抗壓強度與齡期

3.1 生態(tài)水泥性質(zhì)分析

從表 3 中可以得出，與普通水泥相比，化學成分中，生態(tài)水泥的 Al2O3、SO3、Cl 含量偏高，SiO2 含量偏低，Cl 的含量約為 1%；礦物成分中，生態(tài)水泥以 C3S、C11A7·CaCl2 為主，同樣也含有 C2S 和 C4AF，C3A 含量少甚至沒有的原因是Cl取代超快硬水泥礦物 C11A7·CaF2 而形成的[3]。

從表 4 及圖 1 中可以看出，生態(tài)水泥最大特點就是凝結(jié)時間明顯縮短，砂漿 強度在 1d、3d 齡期時發(fā)展很快，定為快硬水泥范圍。為了調(diào)節(jié)水泥的硬化時間， 摻入緩凝劑和適當摻和料使有效的，根據(jù)劉硯秋研究日本生態(tài)水泥時發(fā)現(xiàn)，但摻 入緩凝劑和適當摻和料時，生態(tài)水泥的初凝時間和終凝時間可以分別提高到 2:21

及 3:29(h:min)，滿足工業(yè)要求[4]。

3.2 生態(tài)水泥應(yīng)用

生態(tài)水泥為了便于混領(lǐng)土的施工，必須添加緩凝劑，必要時需加入一些摻和料，得到的混凝土的坍落度經(jīng)時變化與普通混凝土相似。由圖 1，在灰水比相同 的情況下，使用普通型生態(tài)水泥，早期強度較礦渣水泥高，但整個齡期比普通水 泥稍低。如果提高灰水比，則完全達到與普通水泥同樣的抗壓強度。利用熔析試驗方法，生態(tài)水泥制品的重金屬熔析量對環(huán)境不會造成二次污染，符合日本及歐 美國家的安全標準[1]。由表 3 可知，生態(tài)水泥由于含有 1%左右的氯離子，在鋼筋混凝土中使用時，易引起鋼筋銹蝕，因此，生態(tài)水泥一般都用于素混凝土中。 在實際應(yīng)用中，生態(tài)水泥還可以與普通水泥混合使用。其具體應(yīng)用包括：道路混凝土、水壩用混凝土、消波塊及魚礁塊（海洋混凝土）、空心砌塊、密實砌塊、 木片水泥板等[1,3]。

4. 結(jié)語

我國城市垃圾年產(chǎn)量已達 1.5 億噸以上，而且每年以 9%的速度遞增，全國200 多座城市已陷入垃圾包圍之中，我國城市水泥企業(yè)利用城市垃圾生產(chǎn)生態(tài)水泥是必要的，通過上海金山水泥廠、北京水泥廠等的成功事例可以看出，在我國 利用城市垃圾生產(chǎn)生態(tài)水泥是可行的。在觀念方面，大城市水泥工業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變舊觀 念，確立以處置利用城市廢物為主、生產(chǎn)水泥為輔的新觀念；在技術(shù)方面，要利 用水泥窯爐高溫煅燒的特點，積極探索處置、利用城市廢氣物作原燃料生產(chǎn)生態(tài) 水泥的技術(shù)和途徑；在制度方面，要根據(jù)事實制定合理標準，日本在這方面成效 突出，自 2001 年來制定了一系列標準，為日本國內(nèi)生態(tài)水泥發(fā)展及環(huán)境保護作 出的卓越貢獻，我國在此方面急需加強。

[1]孫鳳琴, 佟 為, 呂和榮. 生態(tài)水泥[J]. 化學教育, 2008(9): 1-2.

[2]李學文. 發(fā)展生態(tài)建材保護生態(tài)環(huán)境[J]. 廣東建材, 2012(11): 84-87.

[3]馮乃謙, 邢 峰. 生態(tài)水泥及應(yīng)用[J]. 混凝土與水泥制品, 2000, 12(6): 18-21.

[4]劉硯秋. 日本生態(tài)水泥的性能、應(yīng)用與發(fā)展[J]. 新世紀水泥導(dǎo)報, 2009(2): 34-38.

[5]施惠生, 袁 玲. 生態(tài)水泥的研究與進展[J]. 建筑材料學報, 2003, 6(2): 166-172.

[6]黃之初, 謝 丹. 利用“生態(tài)水泥”技術(shù)推進城市垃圾資源化處理[J]. 國外建材科技, 2003(3): 6-8

[7]王艷麗. 生態(tài)水泥——一種能夠解決城市及工業(yè)廢棄物的新型波特蘭水泥[J]. 新世紀水 泥導(dǎo)報, 2001(4): 47-50.

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1007-6344（2015）11-0008-02

王立臣(1973.5---)男，漢族，北京平谷人，工程師，?？?北京建工學院 ， 研究方向：混凝土、砂漿技術(shù)研發(fā)應(yīng)用.