白泥是造紙廠在堿回收過程中苛化階段產(chǎn)生的一種廢渣，其主要成分是CaCO3，外觀為灰白色，無異味。目前，國內外的大中型硫酸鹽紙漿廠普遍采用將洗滌后的白泥用回轉窯煅燒生產(chǎn)石灰的處置方法。然而煅燒白泥需采用重油、天然氣等優(yōu)質燃料，同時要求白泥回轉窯具有較高的性能，操作控制復雜，生產(chǎn)能力較低，燒制石灰成本較高。因此，許多工廠即使有此煅燒處理設備，也會部分外購石灰，而將白泥部分或全部排放，對環(huán)境造成嚴重污染[1]。

利用白泥代替石灰石生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥是白泥綜合利用中取得的較為成功的經(jīng)驗之一[2-3]，大量使用白泥不僅可以解決二次污染,而且可以減輕燒制水泥時對石灰石原料的需求，節(jié)約資源，但需對水泥生產(chǎn)工藝及配方做一定的調整。駐馬店市白云紙業(yè)有限公司機制紙年產(chǎn)能30萬噸，制漿采用堿法麥草漿連續(xù)蒸煮工藝。黑液經(jīng)堿回收處理后，日產(chǎn)干基白泥約80t。為保護環(huán)境，合理利用和節(jié)約資源，減少固體廢物污染，自2012年開始，我公司對以白泥配料生產(chǎn)水泥熟料進行了試驗和研究，后大量應用到工業(yè)窯爐生產(chǎn)中，取得了較好的效果。

1實驗室試驗

1.1原材料與熟料組分設計

1)白泥

白泥取自駐馬店市白云紙業(yè)有限公司，其化學成分及重金屬含量見表1。

表1白泥化學成分及重金屬含量

由表1可看出，白泥中的CaO含量為42.7%，SiO2含量為7.82%，可為燒制熟料提供鈣質和硅質原料;白泥中R2O含量為1.3%，當替代石灰石的比例較高時需考慮堿含量對窯爐連續(xù)安全運轉及水泥耐久性的影響。白泥含水量在45%左右，處置過程需考慮其堆放與輸送。白泥中含有一定量的N、P和微量的重金屬，幾乎不存在有機雜質[4]。

2)實驗室制備硅酸鹽水泥熟料采用的工業(yè)原料有：白泥、黏土、砂巖、轉爐渣、石灰石、粉煤灰等，各原料主要化學成分見表2。選取熟料率值：KH=0.89±0.02，n=2.6±0.1，P=1.65±0.1。

表2原料化學成分%

1.2生料制備

將各原料烘干后按表3中設定配合比混勻，在試驗小磨機中磨細，細度控制在0.08mm方孔篩篩余小于15%，制得試驗生料。其化學成分見表4。將所制備的生料加水拌合，制得Φ60mm×8mm的料餅，烘干，備燒。

表3生料配料方案 %

表4生料化學成分和熟料率值

1.3熟料煅燒及水泥制備

將試樣料餅在硅鉬棒電爐中煅燒，煅燒條件為1450℃煅燒50min，爐內降溫至1300℃取出，急冷至室溫，制得熟料。熟料化學成分、率值及礦物組成見表5。

表5試驗水泥熟料化學成分、率值和礦物組成

1.4白泥配料燒制熟料的微觀結構及物理性能

1.4.1試驗方法

1)熟料的粉磨：將試驗熟料在Ф500mm×500mm標準小磨中與二水石膏一起磨細至比表面積(350±10)m2/kg，0.08mm篩余不大于4%，制成P˙I型硅酸鹽水泥后進行試驗，水泥中SO3含量在2.0%~2.5%范圍內。

2)凝結時間及安定性：按GB/T1346—2011規(guī)定進行檢驗。

3)將試樣按水灰比0.30加水，成型20mm×20mm×20mm凈漿試體，標準條件養(yǎng)護，分別測定其3d、7d、28d齡期的抗壓強度;用S-2500型掃描電子顯微鏡和反光顯微鏡觀察水化產(chǎn)物的形貌。

1.4.2試驗結果分析及討論

1)實驗室燒制熟料的物理性能見表6。

表6熟料的物理性能

從表6中可看出，摻白泥燒制的熟料與不摻白泥燒制的熟料相比，在熟料率值基本不變的情況下，標準稠度用水量、凝結時間、抗折強度、抗壓強度相近，摻白泥對熟料物理性能基本沒有影響。

2)白泥配料燒制的水泥熟料的SEM照片

圖1是白泥配料燒制的水泥熟料的SEM圖片。

圖1B熟料的SEM照片

由圖1可見，阿利特和貝利特礦物結晶良好，輪廓清晰。阿利特礦物含量在50%~60%，多數(shù)呈完整的六方板狀，大小在20~50μm之間;貝利特相約占10%~20%，尺寸在30~40μm之間，為近乎球形的顆粒;中間相填充在阿利特和貝利特晶粒之間，連接較好，孔隙較少。

3)不同水化齡期漿體的SEM照片

圖2不同水化齡期漿體的SEM照片

圖2是摻白泥燒制熟料的水泥漿體不同水化齡期的SEM照片。

由圖2可知，水化3d的水化產(chǎn)物主要為C-S-H凝膠、AFt以及板狀Ca(OH)2，此時漿體結構較疏松，孔隙率較大;隨水化齡期的增長，生成的C-S-H凝膠量進一步增加，結構更加緊密;水化28d后，生成的C-S-H凝膠與針狀AFt晶體交錯搭接，使結構變得密實[5-6]。其水化過程與不摻白泥的硅酸鹽水泥熟料的水化過程基本一致。

2白泥在實際工業(yè)窯爐中的試驗和應用

由于白泥水分含量高，故我公司在礦山石灰石破碎機南側低洼空地處建設一座30m×70m的白泥封閉堆棚。白泥由汽車直接運至堆棚內，白泥由鏟車喂入料倉內，經(jīng)計量后輸送到石灰石破碎機下料口處。再經(jīng)石灰石皮帶輸送到公司石灰石預均化堆棚進行生料配料粉磨。

根據(jù)日產(chǎn)熟料與白泥廢料的數(shù)量比例，2012年9～11月我公司進行了白泥工業(yè)窯爐試驗，熟料率值為KH=0.89±0.02，n=2.6±0.1，P=1.55±0.1，與未協(xié)同處置白泥時的控制指標相同。工業(yè)試驗期間的生料配比、熟料成分、熟料物理性能及使用前后的廢氣環(huán)保檢測數(shù)據(jù)如表7~11所示。

表7生料配料中各原料的配比%

表8熟料成分分析%

表9 熟料物理性能

表10使用前后廢氣排放檢測結果對比mg/Nm3

表11熟料重金屬離子溶出量的測試分析mg/L

通過以上的數(shù)據(jù)可以看出：該條件下白泥用于替代少量石灰石進行生料配料，對熟料的煅燒和質量沒有造成不利影響;在線檢測儀的檢測數(shù)據(jù)表明，煅燒過程中產(chǎn)生的廢氣污染物含量正常，滿足GB4915—2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標準》的要求;原材料帶入有機物在熟料高溫煅燒時徹底分解，微量重金屬等有害物經(jīng)過回轉窯高溫煅燒后大部分被固化在熟料礦物的晶體結構中，形成不溶解的礦物質，浸出率很小，極限溶出浸出液能夠滿足Ⅲ類地表水標準。研究表明，微量元素存在，能不同程度地降低液相黏度的表面張力，有利于水泥熟料的燒成，并且重金屬元素在水泥熟料中的固化率非常高[7]，不會造成環(huán)境污染。

2012年開始在我公司5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線進行試驗，回轉窯規(guī)格Φ4.8m×72m，生料磨為德國伯利休斯公司的RMR57/28/55立磨，CLM2120煤磨，2012年試驗期間處置用白泥0.67萬噸。2013年1月開始正常使用，2013年共處置白泥3.88萬噸。2014年白泥的處置量達7.1萬噸，到2015年4月底已經(jīng)處置白泥12.9萬噸。期間未因處置白泥對熟料煅燒及水泥產(chǎn)品質量產(chǎn)生不利影響，尾氣排放完全達到國家相關排放標準。因此，將白泥應用于水泥工業(yè)窯爐，不但處理了白云紙業(yè)產(chǎn)生的白泥，為我公司節(jié)約了礦山資源，也節(jié)省了廢渣處理費用，保護了環(huán)境。

3結論

1)紙廠白泥可以部分代替石灰石配料用于水泥熟料的生產(chǎn)。

2)在不改變熟料礦物組成的條件下，利用水泥回轉窯處理紙廠白泥，對熟料性能沒有產(chǎn)生不利影響，環(huán)境排放指標也符合國家標準要求。該處置方式實現(xiàn)了白泥固廢處理的減量化、資源化和無害化，且不會產(chǎn)生二次污染。