鲁碧公司发展循环经济的实践与探索
摘 要：介绍了石灰石尾矿及冶金废渣等在鲁碧公司水泥生产中的综合利用情况。采用分别粉磨工艺，使水泥中矿渣掺入量由30%提高到55%以上，利用钢渣代替部分硫酸渣做铁质校正原料，在煅烧、粉磨、搅拌3道工序进行粉煤灰利用等，均取得了较好的效果。同时提出了围绕钢铁主业加快实施矿渣粉项目、熟料项目、余热发电等进一步发展循环经济的思路。
1 概 况
山东鲁碧建材有限公司（简称鲁碧公司）是莱钢集团控股子公司，主要产品包括冶金辅料、矿渣微粉、水泥等，既是莱钢冶金工业辅料供应基地，也是莱钢冶金过程中产生的固体废弃物的处理基地。目前具备年产200万t水泥、微粉、300万t冶金辅料的生产能力，产业定位决定了其在莱钢发展循环经济产业链上的重要地位，以及发展循环经济的优势。鲁碧公司冶金石灰石矿山开采的成品矿用于煅烧冶金石灰，石灰石尾矿、钢渣、粉煤灰等用于煅烧水泥熟料，水泥熟料、矿渣、粉煤灰用于磨制水泥、微粉。总之，钢铁工业生产产生的固体渣绝大部分在水泥生产流程中得到消化，可以说鲁碧公司的水泥生产是莱钢钢铁主业生产中的一个循环经济、资源再利用过程。
2 发展循环经济在水泥行业中的优势
水泥材料是多组分的混合物，主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3，可采用多种原材料配合的方式设计其组成。从理论上讲，凡是可以提供CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的物质，均可作为水泥原料。因此可做水泥原料的材料除天然的石灰石等矿物原料外，还有很多其它工业尾矿和废弃物，如高炉矿渣、煤矸石、粉煤灰、钢渣、炉渣、铜矿渣、铜尾矿、硫酸渣等。
水泥熟料的形成需要高温烧结，凡能提供热量的物质均可作为水泥生产的燃料。所以煅烧水泥熟料需要的燃料除天然矿石燃料外，还可以采用废轮胎、废塑料、废矿物油、废油脂等可燃废弃物。
另外，水泥在建筑业中的主要作用是通过胶凝作用胶结其他物质提供强度，因此，诸如矿渣、粉煤灰、钢渣、煅烧煤矸石、磷石膏等工业废渣，凡是经过适当处理后可在水泥的激发作用下产生胶凝性，都可以在建筑业中等量替代水泥熟料，减少水泥的需求量，间接地节省天然资源、能源，同时还可以有效地改善水泥混凝土的施工性能和耐久性能，延长混凝土的使用寿命。
鲁碧公司依托莱钢集团，在水泥生产中充分利用冶金工业废渣，强化资源综合利用工作，致力于循环经济的发展，建设节约型企业。鲁碧公司的冶金辅料、水泥、微粉生产与钢铁工业产生的工业固体渣的综合利用可组成莱钢发展循环经济的一个闭合环，生产流程见图1。
 图1 鲁碧公司水泥与钢铁主业循环生产流程 |
3 发展循环经济的措施
3.1 加强矿山开采管理
1）制定落实各项管理制度。制定落实了《大破碎人工拣废管理办法》、《废石场封闭管理办法》和《回收利用奖励办法》等，从而为矿石回采率的提高和贫化率的降低创造了条件。
2）改进采矿工艺技术，为适应莱钢发展需求和采矿业的发展，鲁碧公司采用了3台1.8 m3、1台1 m3的液压挖掘机，利用液压挖掘机向下挖掘的特点，矿岩混杂区域实行分层开采技术，极大地提高了回采率，降低了废岩混入率。
3）对废石场实行封闭管理，实行责任承包，将人工拣出的矿石用于煅烧石灰，增加了回收力度，提高了回采率。
4）在破碎工段成立拣废班，车间班组长以上领导轮流值班，带领拣废班对成品进行人工拣废，降低了矿石贫化率。为了有效发挥人工拣废作用，鲁碧公司花巨资多次对破碎系统进行提产改造。2006年在2005年改造的基础上再次进行了筛分改造，提高了大料出矿比例，使资源利用率大幅提高。破碎台效由2005年的260 t/h提高到290 t/h。破碎开动时间由以前的每天10 h以上减少到9 h，实行白天生产，拣废岗光线明亮，拣废效果良好。这不仅降低了贫化率，也为废岩矿石的回收创造了条件，提高了回采率。
5）落实职责，实行经济责任承包。矿石回收是提高回采率的主要手段之一，为了确保回收计划完成，鲁碧公司将回收计划作为重要指标纳入年度经济责任制考核内容和劳动竞赛中，使职工的收入与二率直接挂钩，增强了职工对剥离回收的认识，形成了多回收多收益的思想意识。
3.2 通过技术创新，优化水泥生产工艺
传统的矿渣水泥生产工艺是将熟料、矿渣、石膏计量后，按比例混合，共同入磨进行粉磨。虽然国家标准中规定了矿渣掺入量控制范围在20%～70%，但在国内水泥企业生产中，矿渣水泥中矿渣掺入量的水平一般只能控制在20%～40%，再进一步提高的难度较大。鲁碧公司采用此方式生产矿渣水泥，水泥各原料配比中矿渣掺入量一般在30%左右，远远低于国家标准中70%的上限要求。
鲁碧公司依托莱钢集团，矿渣资源丰富，近年来，利用生产矿渣粉的优势，进行了配制水泥工业性试验。从试验、试生产情况看，转变粉磨工艺，配制生产水泥可以使矿渣掺入量提高到50%以上。因此，根据各种物料易磨性不同的特点，将熟料、矿渣单独进行粉磨（粉磨中掺入适量石膏），达到一定的细度要求后，再将熟料粉、矿渣粉按比例配制生产水泥，在加大矿渣资源利用力度的同时，实现了水泥生产工艺的变革。通过生产实践，使水泥中矿渣掺入量由原来的30%左右提高到55%以上，不但大大提高了矿渣的利用量，而且由于采用单独粉磨方式，生产的矿渣粉粒度细，20 μm以下的微粉量大大增多，矿渣活性得以发挥，较好地改善了水泥性能。同时，在基本不影响水泥性能的情况下，配制水泥过程中直接掺入了3%左右的Ⅰ级粉煤灰，资源综合利用的同时降低了水泥生产的成本。
3.3 扩大资源综合利用途径
3.3.1 石灰石尾料的“双掺”效应 石灰石尾料中氧化钙含量一般在45%～52%之间，波动比较大，有的甚至品位更低。品位太低、波动明显均不利于水泥熟料煅烧质量的稳定。为确保石灰石尾料在水泥生料配料中的成分稳定，提高低品位尾料的利用量，鲁碧公司投资300多万元实施了专门用于石灰石尾料的预均化破碎系统，使尾矿利用在水泥烧成工序上得到了保证；在水泥粉磨新工艺生产中，通过试验，在熟料粉单独粉磨过程中成功地将10 mm以下的废石屑充当混合材掺加进去，掺加量不超过总配比的5%。由于废石屑易磨性较熟料好，成本又低，掺入量相对较低，对水泥性能影响不大，但对磨机产能的提高却有利，开辟了石灰石尾料利用的新途径，既有经济效益又有社会效益。
3.3.2 粉煤灰的“三掺”效应 利用莱钢热电厂的湿粉煤灰，替代原黏土质原料做熟料煅烧工序中的硅铝质原料，该项目当年曾获得山东省冶金科技进步一等奖；1#10万t/a矿渣生产线建成投产后，水泥生产具备了搅拌配制的条件，鲁碧公司又成功地在矿渣粉、熟料粉搅拌配制水泥中，直接掺加了3%左右的Ⅰ级粉煤灰；2#10万t/a矿渣生产线建成投产后，鲁碧公司又考虑在两条矿渣粉生产线磨头喂料前，掺加3%～8%的粗粉煤灰充当矿渣助磨剂。从而形成了水泥生产各工序中粉煤灰资源综合利用的“三掺”效应。考虑到湿粉煤灰在运输、储存、生产利用过程中造成的二次扬尘等问题，2006年，鲁碧公司改变了用于煅烧熟料时作原料的湿粉煤灰使用、输送形式，即进厂粉煤灰全部采用罐车输送，直接入库、不再使用倒运储存的办法，在保护环境、节能降耗方面起到了积极作用。
3.3.3 钢渣的应用 由于硫酸渣货源紧张，鲁碧公司在烧成工序利用钢渣代替部分硫酸渣配制水泥生料，同样取得了较好的经济和社会效益。目前，生料配料中钢渣与硫酸渣按1∶1搭配使用作铁质原料。下一步工作打算是逐步增大钢渣用量，减少硫酸渣用量，直至完全替代。
3.4 余热回收循环利用
鲁碧公司日产1 000 t熟料生产线，采用了5级旋风预热器、带RSP分解炉窑外分解技术，窑尾旋风预热器一级筒对外排散气体温度在320 ℃左右，窑头蓖式冷却机对出窑熟料进行冷却后，对外排散气体温度也接近300 ℃。基于当时的技术水平，这两部分气体余热得不到充分利用，导致熟料热耗较高，能源浪费。为此，鲁碧公司利用窑尾余热作为生料磨粉磨原料时的烘干热源，将窑头余热作为煤磨系统粉磨煤粉时的烘干热源，使部分余热得到回收利用。
3.5 实现生产过程中“废物”的零排放
近年来，鲁碧公司积极开展清洁生产，争创“清洁矿山”、“花园式工厂”系列活动，积极创造条件，实现生产过程“废料”、“废渣”、“废水”零排放的目标。水泥厂内设立了生产用水循环处理系统，实现了生产用水“零”排放。生产过程中用过的废旧材料分类集中回收，统一处理及循环利用，废棉纱、机油等全部集中回收，作为烘干机等二次燃料使用，即节能又减少污染。烘干机热风炉燃烧煤产生的煤渣回收作混合材使用。
4 发展循环经济的思路与探索
4.1 资源综合利用方面
大力发展非钢产业，提高鲁碧公司工业废渣处理能力，变废弃资源为有用产品，化废为利，变废为宝，节能降耗，实现循环经济，对企业可持续性发展，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
对此，加快推进年产200万t高炉水渣微粉工程和日产4 800 t熟料工程尤其重要，这两个项目均已列入莱钢第一批循环经济项目，是提高循环经济发展水平的重要项目。高炉水渣粉产品可广泛用于大型砼工程、高层建筑、飞机跑道、地下隧道、水处理工程、水电站基础工程及墙体材料，市场前景广阔，项目建成后年可处理高炉水渣200多万t，基本处理掉了莱钢的高炉水渣资源。日产4 800 t熟料项目主要原料是莱钢1 000万t钢配套项目200万t/a新石灰石矿山产生的尾矿。在石灰石开采以及破碎、筛分过程中产生的＜30 mm的石灰石尾矿，由于含土量多，氧化钙品位低，不能满足冶炼要求，这部分尾矿若外排则需占用大批耕地，既影响环境又浪费资源。与此同时，利用钢铁主业生产的钢渣、粉煤灰及其它原料生产水泥熟料，年可利用石灰石尾矿100万t以上、钢渣12万t、粉煤灰15万t，并与200万t矿渣微粉生产线有机结合配制生产水泥，增加了企业生产经营的灵活性，符合发展循环经济的形式需要。
4.2 余热循环利用方面
一方面，探索利用莱钢富余煤气资源煅烧水泥熟料的可行性；另一方面，进一步提高现有水泥熟料生产线低温余热利用率。考虑分两个阶段进行：第一阶段，将回转窑生产所产生的外排废气余热采集利用，实现厂区余热供暖和职工洗浴，该系统考虑利用热管热水换热器回收窑头余热，替代燃煤锅炉，在节约能源的同时，减少环境污染；第二阶段，是在新建熟料项目中考虑利用余热进行发电，产生的电力将回用于水泥生产，这套系统在回收水泥生产过程中产生大量余热的同时，可以减少水泥厂对环境的热污染以及粉尘污染。
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