陈凤

水泥材料作为最主要的建筑材料，为我国的经济发展提供了重要的物质基础。水泥生产工艺的不断发展为水泥的广泛应用起了非常重要的作用。本文主要介绍生态水泥的概念、种类和特征，及以城市生活垃圾和固体废弃物为原料制备生态水泥的工艺流程及其性能；综述国外生态水泥的研究发展，阐明生态水泥对经济发展的社会意义及作用，最后指出生态水泥是我国水泥工业，尤其是大都市水泥工业可持续发展的重要环节，必须加强对生态水泥的研究和投入。

一、生态水泥简介

生态水泥，又称绿色水泥和环保水泥，是利用各种废弃物，包括各种工业废料、废渣以及城市生活垃圾作为原燃料经烧结粉磨而制造的水泥。广义上讲，生态水泥不是单独的水泥品种，而是对水泥“健康、环保、安全”属性的评价，包括对原料采集、生产过程、施工过程、使用过程和废弃物处置5大环节的分项评价和综合评价。生态水泥的基本功能除作为建筑材料的实用性外，还在于维护人体健康、保护环境。

生态水泥的种类主要可以分为两种：通用型生态水泥和快硬型生态水泥。所谓通用型生态水泥基本与传统普通水泥相似，是通过控制原料中氯和碱的比例烧制而成，在烧制过程中氯被灰固结，产品含氯量仅有0.1%左右，因此通用型生态水泥可以广泛应用到一切钢筋混凝土构件中；快硬型生态水泥则是以富含氧化铝以及氯化物的焚烧灰为主要原料烧制而成的铝酸钙水泥，其早期强度高，比传统早强水泥凝固时间更短，可用于浇筑预制构件以及配制水泥砂浆，但是由于其含氯量较高，仅可应用于素混凝土或耐氯钢筋混凝土构件中。

生态水泥与传统水泥相比，具有5方面的基本特征：

1.大量节省生产能耗。其生产所用原料尽可能少用天然资源，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，有利于水泥行业的可持续发展。

2. 显著减少生产过程中二氧化碳排放量。生产和使用过程中有利于保护和改造自然环境、治理污染。

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。

4.产品设计以改善生活环境、提高生活质量为宗旨，即产品不仅不危及人体健康，而且应有益于人体健康，重视产品的多功能化，如阻燃、防火、调温、调湿、消声、防射线等。

5.水泥产品的质量和标号得以提高与国际接轨。生态水泥在我国尚处于萌芽时期，相关的政策法规尚未建立，原有的法规缺少针对性和可操作性。水泥厂处置、利用城市和工业废弃物，需要将之纳入法制的轨道，同时必须健全各项环保法规以及各项质检规范，使废弃物的处置利用和生态水泥的生产和使用做到有法可依、有章可循。

二、生态水泥制备技术

一般硅酸盐水泥的原料包括石灰石、粘土类原料和铁质原料等，而生态水泥的配比组成因垃圾焚烧灰和下水污泥等占有相当大的比重，则石灰石的含量可大大减少。虽然垃圾焚烧灰中的氧化铝和氯化物离子较多，但也包含了较多的水泥必要成分，生态水泥就是最大限度地利用了焚烧灰的成分，1t水泥至少要使用垃圾焚烧灰和下水污泥500kg。

生态水泥的主要生产工艺类似传统普通水泥生产工艺，但是由于原料采用的是废弃物，因此增加了重金属回收预处理系统，这样可以防止烧制过程中原料分解的二噁英再合成，避免二次污染。生态水泥的生产采用回转窑生产工艺，其优点是回转窑可以使废弃物原料在高温环境中停留足够长的时间，让废弃物能够完全分解，这样就不会产生不完全燃烧产物和有害气体污染大气。

由于生态水泥使用城市垃圾烧却灰，与使用天然原料生产普通水泥相比，应特别注意以下两点：1.作为代用原料的城市垃圾烧却灰由于其化学成分不稳定，离散性大，故如何得到成分均匀、质量稳定的入窑生料是整个工序的关键。应加强原料的预均化和生料的均化，使生料成分波动在允许的范围内；2.由于煅烧过程中碱及其它重金属氯化物容易挥发，因此设计生料组成时，需考虑生料中的氯含量要与碱和其它金属含量平衡，若生料中的碱含量相对氯不足，应加入碳酸钠以使过量的氯挥发。

若生料中含有重金属及氯，则不宜直接使用悬浮预热器窑，因为氯化物冷凝可能导致预热器堵塞，宜将原料直接投入回转窑中煅烧或对预分解窑采用旁路放风措施。烧却灰带进的二噁英在高于800°C下完全分解，窑尾废气应采用冷却塔快速冷却至250°C以下，以防止在250～350°C时二噁英重新生成。废气中氯化物经冷却塔和分离器冷却，由收尘器收集。收集下来的粉尘送往金属回收工艺流程处理。

生态水泥煅烧出的熟料掺加1%(质量分数)硫酸钠，粉磨至450m2/kg，然后与700m2/kg的无水石膏混合，硫酸钠控制快硬水泥的凝结时间，而硬石膏用于快速生成钙矾石，并保持强度稳定增长。

烧却灰带进的重金属中，大多数的Cr和Zn在煅烧过程中进入熟料矿物，而Pb，Cu，Cd及其它重金属则以氯化物形式挥发，并被收集在窑灰中。窑灰首先与水混合，然后加入硫酸，在酸性条件下富含铅的硫酸盐沉淀析出。固液分离后，在滤液中加入氢氧化钠和硫氢化钠，控制pH值和氧化-还原电位，富含铜的硫化物沉淀析出，从滤液中分离出来。两种分别富含铅和铜的沉淀送至熔炉回收重金属。废气经净化处理，满足相关标准后排放。为防止重新生成二噁英，废气要快速冷却至250°C以下。

三、生态水泥环境评价

目前，大多用生命周期分析评价法评价环境负荷状况。就生态水泥而言，则以生态水泥生产及焚烧灰处理装置为比较对象，进行评价。其评级步骤为：1.国产天然原料开采；2.国产原料燃料贮运；3.水泥生产4.自备电站；5.硅酸盐水泥；6.贮运；7.调运站；8.生态水泥生产；9.生态水泥；10.用户；11.混凝土搅拌、浇注；12.城市垃圾焚烧及焚烧灰；13.进口原料、燃料原产国开采加工；14.海外贮运；15.重金属回收；16.计算范围。其评价系统由于降低了二氧化碳排放量和固化了重金属，则减轻了环境负荷。

四、结语

20世纪大生产、高消耗、多废弃的经济社会体系创造了繁荣与多彩的文明，同时也引发了地球温度升高，二噁英、环境荷尔蒙、废弃物等生态安全的显在化。因此，生态水泥技术的开发与实践，既有利于抑制生态环境的恶化，又推动了焚烧灰和下水道污泥等的再资源化。对水泥企业，特别是大城市的水泥企业而言，利用工业废弃物和城市垃圾生产水泥，不仅是必要的，而且在技术上也是可行的。大城市水泥工业应转变观念，确立以处置利用城市废弃物为主、生产水泥为辅的新观念。因此，如何利用水泥窑炉高温煅烧的特点，积极探索处置、利用城市废弃物作原燃料生产生态水泥的技术和途径，是我国水泥工业尤其是大都市水泥工业可持续发展的一个重要环节。这是功在当代，利在千秋的大事，应引起我国水泥工业中科研、设计、生产等各部门的高度关注，也应得到各级人大和政府及有关部门的高度重视，制定、健全相关的法规，并给予政策上的支持，使生态水泥的研究和开发在我国迅速得到重视和发展。