一、立项背景

清除苏州河底泥对进一步改善水质、恢复生态和改善景观都是十分必要的，但疏浚的底泥必须妥善处置、避免二次污染，而综合利用是最好的途径。本课题旨在研究开发利用苏州河底泥烧制水泥熟料和制造特种胶凝材料的生产技术，开辟处理量大、技术经济效益显著的苏州河底泥综合利用技术途径。

本课题被列为1999年度建设科研重大项目，由市苏办组织吴淞水泥有限公司和同济大学共同承担，于1999年9月底正式上报项目建议书，并于10月26日获市建委批准立项。

二、苏州河底泥的采集

对已有研究资料的分析表明，苏州河底泥在彭越浦河口处的有机物和重金属Pb、Ni的含量最高，在西藏路桥处的重金属Cu、Cd、Cr含量最高，在古北路桥处的SiO2含量最低。为此，在此三处河段共采集底泥360m3，作为研制水泥熟料和特种胶凝材料的底泥原料。

三、水泥熟料的研制

（一）实验室研究

实验室研究的主要目的是探索苏州河底泥煅烧水泥熟料的工艺参数和分析苏泥熟料的物理性能。

1．配料方案

实验室配料以三组份配料方案试配，原材料分别采用：粘土质原料－苏州河底泥；石灰质原料－镇江石灰石；铁质原料－铁粉。

试验用生料配比见表1。

表1 生料的配比

2．烧成方法

将上述配比生料经高温电阻炉煅烧，烧成温度控制在1420℃，保温40分钟后急冷，制得试烧熟料。熟料的化学成份和实际率值见表2，熟料的力学性能见表3。

表2 苏泥熟料的化学成分和率值

表3 苏泥熟料的力学性能（单位：MPa）

试验结果表明，苏泥水泥熟料28天抗压强度达60.0Mpa，可以满足国家标准生产525#水泥的技术要求。

3．工艺参数研究

在试验生料配制过程中发现，虽然苏州河底泥中SiO2含量和原生产普通水泥使用的粘土质原料浦泥相近，但Al2O3含量偏低，使试验烧制熟料IM值偏低。这一问题在以后生产过程中可以通过添加铝质原料（粉煤灰）对率值（KH、IM、SM）进行调整加以解决。

试验结果证明：用苏州河底泥代替粘土完全煅烧出合格的水泥熟料，从技术上是可行的。

通过实验室小试我们可以初步确定工业化试生产苏泥熟料的基本工艺控制参数见表4。

表4 工业化生产苏泥熟料基本工艺参数

（二）生产性中试

根据实验室探索确定的工艺参数，课题组采用苏州河底泥替代全部粘土质原料的方案，于1999年9月24日－9月28日在上海吴淞水泥有限公司进行了熟料煅烧中试工作。中试分两批进行，第一批取苏州河彭越浦河口段底泥在1#窑上试烧，台时产量9.18t/h，生料中底泥掺入量20％，共生产熟料220t；第二批取苏州河西藏路桥河段底泥在3#窑上试烧，生料中底泥掺入量12.5%，台时产量9.65t/h，共生产熟料230t。

10月9日，吴淞公司用2台直径2.4×13m球磨机以苏州河底泥烧制的熟料制备525#水泥，两批熟料由2台水泥磨机分别运行12小时和13小时，平均台时产量20.62t/h，共生产水泥约550t。

在第一次试烧的基础上，2000年9月6日进行了第二次苏州河底泥制水泥熟料的工业化生产试验。苏州河底泥取自古北路桥西侧河段，掺量为20%，在3.05×78m的回转窑煅烧，台时产量9.9t/h, 共生产熟料240t。9月24日，由2.4×13m水泥球磨机磨成525#普通水泥285t，平均台产水泥20.5t。

这样，两次中试共生产水泥熟料690t，525#普通水泥835t，完成了科研合同中研制熟料600t的考核指标。

四、特种胶凝材料的实验室研究

苏州河底泥用于水泥生产虽是一条较好的污泥处理途径，但由于水泥生产能耗高，因此设想用苏州河底泥来生产一种特殊的胶凝材料-矿物外加剂，不仅要充分利用底泥，同时也要考虑节约能耗。矿物外加剂的主要组分是人工或天然矿物性物质，磨成一定细度级配后用作混凝土掺合料，可等量替代水泥30～60％。矿物外加剂生产不需煅烧或只需低温煅烧，是一种节能型的新型建筑材料。

在苏州河底泥生产水泥熟料获得初步成功的基础上，确定用苏州河彭越浦河口和西藏路桥河段的底泥试制特种胶凝材料。

试验的基本思路是：设计特种熟料体系与配合比，探索熟料烧成工艺，设计矿物外加剂复合体系。最后，通过掺加一定比例的矿渣、高钙粉煤灰与特种熟料组成复合体系，进一步提高矿物外加剂的整体性能，从而确定复合矿物外加剂的组成。

（一）特种熟料生产工艺研究

1．底泥的煅烧温度

温度对苏州河底泥活性的影响见图1。

图1 苏州河底泥煅烧温度与活性指数关系曲线

由图1可知，苏州河底泥的7天活性最高的煅烧温度为750℃，28天活性最高为850℃。但从图中我们发现煅烧苏州河底泥的28天活性750℃、850℃两点几乎相同，曲线持平，故此我们推断苏州河底泥的适宜煅烧温度为750～850℃。

2．配料选择

采用高岭土、石灰石、石膏、高钙粉煤灰作为特种熟料的原料，与已经处理过的苏州河底泥粉料按一定配合比混合均匀，共同煅烧。经综合比较，特种熟料制备原料选择高岭土。

（二）矿物外加剂复合体系设计

研究原料选用特种熟料（苏泥80%+高岭土20%，煅烧温度850℃）掺入无水碳酸钠1%、天然硬石膏5%的混合料；复合体系选用高炉矿渣微粉和粉煤灰。结果表明，掺入矿渣微粉的复合矿物外加剂7天、28天强度及活性指标均优于掺入粉煤灰的矿物外加剂。并且矿渣微粉的适宜复合掺量比例为20％。

五、产品性能和环保测试

试验测试表明，三批用苏州河底泥生产的水泥熟料可满足生产水泥的技术要求。用苏州河底泥生产的水泥的物理力学性能均符合国家标准。

利用苏州河底泥生产的矿物外加剂的28天活性指数达74.5％，大于70％的考核指标。

根据课题研究要求，本次中试需测定底泥中有机物在煅烧时产生的废气对环境的影响情况，因此中试期间委托有测试资质的专业单位－上海市建材行业环境保护监测站进行了煅烧烟气中含有的有害气体取样、分析、测定。测定结果表明，5种有害气体排放浓度全部小于国家允许的排放标准。

委托同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室对本次中试用苏州河底泥制成的水泥熟料进行浸出毒性检测，检测数据表明，本次中试生产的熟料4种重金属浸出毒性测试全部符合国家标准。

为了验证复合矿物外加剂产品在使用过程中的安全性，委托同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室对利用苏州河底泥制备的复合矿物外加剂长期（165天）水化试样进行了浸出液浓度试验，结果表明，几种有害重金属浸出液中含量远小于国家标准规定。

六、编制火山灰质复合矿物外加剂产品标准（草案）

结合特种胶凝材料技术的研制，制订了火山灰质复合矿物外加剂产品标准（草案）。标准中根据高炉矿渣微粉7天、28天活性指数及比表面积将火山灰质复合矿物外加剂品质指标分为K75和K70两个规格。试验方法等同采用我国现行有关试验方法标准。

七、研究鼓励综合利用苏州河底泥优惠政策

按照科研项目建议书要求，课题组结合上海地区的实际情况，借鉴鼓励处理污水处理厂污泥等三废优惠政策和城市废弃物综合利用市场化操作体系，提出鼓励综合利用苏州河底泥优惠政策建议书。

八、鉴定意见

市建委于2001年7月12日组织专家召开了本课题的专家鉴定会。在听取了课题组的汇报并经讨论后，鉴定委员会形成以下鉴定意见：

1．项目提供的鉴定材料齐全，数据可信，完成了合同规定的各项研究任务，符合成果鉴定要求。

2．利用苏州河底泥生产水泥熟料技术路线可行。用苏州河底泥加入适量校正原料生产的水泥熟料达到国家标准，煅烧烟气有害气体排放浓度和熟料重金属浸出毒性均符合国家有关标准。

3．利用苏州河底泥研究开发复合矿物外掺料的技术路线新颖，经实验室研究的数据表明，复合矿物外掺料28天活性指数>70％，可综合利用污泥60％，具有良好的发展前景。

4．项目技术成果拓展了城市污泥综合利用新技术途径，技术成果推广应用对城市环境保护、废弃物资源化有积极的意义。总体技术成果水平为国内领先，同意通过鉴定。

5．建议：（1）利用苏州河底泥生产水泥熟料技术成果应深化研究，加快产业化。（2）利用苏州河底泥生产复合外加剂应扩大试验，分析实现产业化的可行性。

九、应用情况

本课题用苏州河底泥烧成熟料后经粉磨加工制成525#普通硅酸盐水泥，经上海嘉环混凝土有限公司配制成混凝土，已在宝山区大华新村、闸北区康泰花园等住宅建设项目中得以应用。经检测，各项技术指标完全符合国家标准的要求－《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-92）。

（上海市苏州河环境综合整治领导小组办公室）