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行业聚焦

国外生态水泥工业发展的若干动向

来源:CNBM  发布时间:2002-11-13

       一、概述
  生态水泥是以城市垃圾焚烧友或污泥及石灰石为主要原料,通过烧成及粉末而获得的水硬性胶凝材料。垃圾焚烧在利用之前须经过金属回收系统回收并分离其中的铜、铅、锌等金属成分,而污泥利用之前通常须作脱氯处理。实践证明,采用城市垃圾焚烧灰或污泥作原料生产生态水泥,可以彻底解决城市垃圾和污泥问题,是保护生态环境,实现零污染最为有效的途径,对促进社会可持续发展具有重要意义。
  在水泥生产过程中,能源和物质投入、废物和污染排放都减少到最低限度,制造过程中的副产物能重新利用,产品不污染环境,并可回收利用,符合这样原则的水泥才是生态水泥。
  在水泥生产过程中,能源和物质投入、废物和污染物排放都减少到最低限度,制造过程中的副产物能重新利用,产品不污染环境,制造过程中的副产物能重新利用,产品不污染环境,并可回收利用,符合这样原则的水泥才是生态水泥。
  在国外,生态水泥主要是指高贝利特水泥、工业废渣高掺量水泥,用工业废弃物生产水泥等。高贝利特水泥是很好的节能和节约资源型高性能生态水泥。普通硅酸盐水泥烧成温度14500C以上。要用高品位的石灰石原料,且排放与水泥熟料相同重量的CO2和许多SO2、NOX有害气体。若采用高新制备技术和我国发明的第三系列(硫铝酸盐、铁铝酸盐)水泥技术,研究、开发节能环保型高性能贝利特水泥(C2S大于60%),其烧成温度为1200~12500C,预计每年节省近千万吨标准煤,由于熟料中CaO的含量降低10%,CO2的总排放量减少25%以上,并且可利用低品味矿石和工业废渣为原料,每年可利用工业废渣一亿顿左右。这种水泥具有良好的强度、高耐久性和抗化学侵蚀,使用范围广,经济和社会效益显著。
  水泥、混凝土能否成为可持续发展的绿色建材?西方发达国家采取的措施给我们一个启发。首先在水泥的生产中,采用现代新型干法生产技术和装备,在相当大的程度上实现低能耗、小污染;拆除旧建筑中的钢筋混凝土,在专门的建筑垃圾场进行处理,先将旧混凝土进行粗碎,将其中钢筋剔出,再对混凝土进行细碎,制成不同粒径的颗粒,再作为骨料重新用于混凝土制品的生产,形成一个生态循环过程。虽然整个过程目前还不是十分完善,投入的成本也比较高,但已经向可持续发展道路迈出一大步,基本符合或接近绿色产业的要求和规范。由此看来,水泥、混凝土可以成为绿色建材。
  发达国家利用废弃物生产生态环保水泥已有成熟的经验,日本40多家水泥企业,其中50%以上工厂均处理各种废弃物,麻省水泥公司用下水道污泥及城市其他废弃物生产出高强度水泥。再欧洲水泥生产者联合会所属的水泥厂中每年焚烧处理100万吨有害废物。
  美国的大部分水泥厂都利用废料煅烧水泥,技术成熟、应用普遍,美国对有害危险废弃物的处理经历了三个阶段:早期主要是采用深埋的办法处理,但后来发现,深埋会污染地下水。第二阶段,主要是采用焚化炉将其焚烧的办法处理,但测试的结果表明,由于焚化炉燃烧温度低(一般为850~1200 0C),物料停留的时间短(一般为2妙),有毒危险废弃物很难完全分解,会有少量有毒物质排入大气,炉渣还要深埋或处理,由此可能产生对环境的二次污染。第三阶段,通过试验和测试,发现水泥回转窑再处理有毒危险废弃物方面比焚烧炉更有优越性,主要是利用可燃性有毒废弃物代替部分或大部分燃煤和燃油煅烧水泥,既处理了废料,又节约了能源,不仅受到水泥厂的欢迎,也得到工厂附近居民的理解。
  二、国外发展生态水泥工业的方向
  欧美等大国水泥装备公司的重点研究开发情况,可以代表当今世界生态水泥工业的最新发展方向,其主要特点有以下四个方面:
  1、提高水泥工业与生态环境的相容性。
水泥厂要与其周围的环境完全相容,和谐共存,减少水泥厂各种污染物的排放,实现零污染。
  法国、瑞士等国对水泥厂长期全面的监测结果表明,按照各国的排放标准,水泥厂可以做到与其周围环境完全相容,其周围地区的各项生态环境质量指标与没有水泥厂的地区并无二致,实现了零污染。
  2、降低热耗和电耗
采用新工艺和新装备,提高粉磨系统和烧成系统的效率,并用余热回收技术发电量基本与水泥的综合耗电量持平,实现水泥厂对电能的零消耗。
  3、扩大利废功能
生态水泥厂不但要实现废料废渣(窑灰)的零排放,而且还要广泛地循环再利用各种能够低品位原料和燃料,处理其他工业的废料,以及可燃废料和城市垃圾等,用作二次原材料或燃料,以减轻全社会的环境负荷,争取早日实现水泥厂对天然矿物燃料的零消耗,即熟料的煅烧100%由可燃废料取代天然矿物燃料。
  4、为了满足用户对水泥性能的不同需求,国外生态水泥厂不仅提供符合标准的各种水泥,而且还可以按用户的需求提供各种功能的混合水泥,预混水泥,按用户要求生产各种适用的水泥,充分发挥水泥的各种特性,物尽其用,延长其使用周期。
  以上特点是一个崭新的理念,是顺应生态水泥、混凝土发展而出现的水泥生产的新模式。它涉及水泥库的结构型式、混合材超细磨系统、计量预混装备、商品混凝土及水泥质量控制体系的变革与创新。
  三、生产工业与特点
  目前国外生态水泥工艺措施主要有节省能源(燃料和电力),减少CO2 的排放量,以及利用水泥生产的特点,掺加大量固体废弃物作为原料等。
  1、低环境负荷水泥添加料。
用矿渣、火山灰等作为原料烧制水泥熟料,或者以粉煤灰、石灰石微粉、矿渣作很合料磨制混合水泥,并扩大用量。这样可减少普通硅酸盐水泥的用量,减少石灰石等天然资源的用量,节省烧制水泥所消耗的能量,降低CO2的排放量。
  2、生态水泥新技术
生态水泥在生产和使用过程中,应尽量减少对环境的影响,除对成份进行改进外,在水泥生产过程中也尽量减少能源消耗。比较成功的实例是日本秩父一小野田水泥公司,采用城市生活垃圾的焚烧灰和下水道污泥的脱水干粉作为主要原料生产生态水泥的新技术。这项新技术的特点是,将城市垃圾焚烧灰中含5%~10%的氯化物不加处理就直接利用,通过不同的烧制方法就可以生产出与通常水泥不同的生态水泥。
  该技术是由日本政府新能源及产业技术综合开发机构和太平洋水泥公司联合发明的,其生产工艺与普通水泥的烧制过程没有多大差异,用城市垃圾焚化后的灰烬、下水道污泥与天然石灰石混合,在转窑中烧制,再将烧成的固体与石膏一同粉碎。所不同的是,这种水泥的烧制温度微13500C,略低于普通水泥的15000C。由于垃圾灰烬中含有5%~10%的氯元素,烧制出的水泥加水后凝固速度较快。如添加缓凝剂,就能和普通水泥一样使用。太平洋水泥公司计划依靠这项技术建成一座年产量为11万吨的生态水泥厂,为资源的循环利用和环境保护开创新路。
  3、 降低能耗的新工艺.
再烧成工艺方面,最近日本水泥协会和煤炭综合利用中心共同开展沸腾炉煅烧水泥熟料新技术的研究,并取得成功。这种新技术将以前的回转窑和熟料冷却机改成沸腾炉,没有运动部件,目前在日产200吨的实验厂运行。据介绍,采用这种新技术后可节能10%~15%, NOX排放量降低约55取得了明显的节能和环境保护的效果。
  4、 废弃物再生利用技术。
利用水泥生产工艺的特点,消化大量废弃物,起到节省能源、节省资源、减少CO2排放量的作用。比较成功的技术有利用废轮胎或城市垃圾作燃料烧制水泥,用废弃混凝土作原料烧制水泥熟料等。
  四、 结束语
  水泥工业以其独特的设备和工艺,似乎与循环利用的生态工业有着天然亲和关系。比如,余热发电、利用回转窑处理废弃物、利用其它工业废渣等项技术,无一不是在为生态工业提供有力的理论支持与技术保证。从立窑水泥企业到现代化的新型干法生产线,水泥工业走过了一个对环境的负效应到正效应的发展过程。现在,一种以低投资、低耗能、环保为中心的设计理念已悄然萌发,“绿色水泥”、“生态水泥”、“环境材料型水泥工业”等概念,逐渐深入人心,得到越来越多的业内人士的认同。可以预料,在未来的发展中,水泥工业将担负起义不容辞的生态革命的职责,任重而道远。我们相信,只要沿着可持续发展的道路走下去,水泥工业是大有希望的,水泥工作者是大有可为的。