試論我國硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)使用現(xiàn)狀和發(fā)展前景
刁江京 中國建筑材料工業(yè)規(guī)劃研究院
硫鋁酸鹽水泥 (CSA) 作為中國四大特種水泥品種（白水泥、低熱大壩水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥）之一, 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 有著廣泛的市場。硫鋁酸鹽水泥是我國幾代科技人員研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特種水泥系列，它包括快硬、自應(yīng)力、低堿等不同的水泥品種，三十年來廣泛應(yīng)用在GRC制品、自應(yīng)力水泥壓力管、普通排水管等以及冬季施工建筑工程中，取得了良好的效果；在配制剛性防水材料和混凝土膨脹劑等特種工程材料方面也得到了一定量的應(yīng)用，受到了用戶的歡迎；同時也被應(yīng)用于抗?jié)B堵漏、搶修搶建工程等特殊工程。目前中國硫鋁酸鹽水泥的年產(chǎn)量已達(dá)125萬噸。
現(xiàn)全國共有硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)企業(yè)25家，年生產(chǎn)量已達(dá)120萬噸以上。根據(jù)不完全統(tǒng)計，從2004年開始至今的四年時間里，硫鋁酸鹽水泥的總產(chǎn)量一直徘徊在120~130萬噸/年的水平，說明行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了瓶頸，此外生產(chǎn)技術(shù)的落后和應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)不足已經(jīng)嚴(yán)重的影響了行業(yè)的健康發(fā)展。其表現(xiàn)如下：
瓶頸之一：行業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)模
目前除了3個廠采用國內(nèi)比較先進(jìn)的新型干法生產(chǎn)線生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥之外，絕大部分廠均采用水泥行業(yè)中比較落后的生產(chǎn)工藝。其中采用帶有預(yù)熱器的窯爐生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)廠家為8家，占總數(shù)的32%；而產(chǎn)量為65萬噸，占總數(shù)的50.8%。這說明全國有近一半的硫鋁酸鹽水泥是由工藝落后的干法中空窯生產(chǎn)的，可見特種水泥的生產(chǎn)工藝水平已經(jīng)大大落后于全國水泥行業(yè)的平均水平。下圖為國內(nèi)普遍采用的日產(chǎn)75噸的φ1.6×1.9×39M干法中空窯、日產(chǎn)700噸五級旋風(fēng)預(yù)熱器窯、日產(chǎn)1000噸的窯外分解窯。
圖1、某廠的φ1.6×1.9×39M干法中空窯
圖3山東金魯城集團(tuán)日產(chǎn)1000噸新型干法生產(chǎn)線
目前國內(nèi)采用帶有預(yù)熱器的窯爐生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)廠家為8家，去除2家季節(jié)性生產(chǎn)的企業(yè)，也就是6家企業(yè)生產(chǎn)62萬噸硫鋁酸鹽水泥，平均每家企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模為10.33萬噸，其中最大的生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)量剛剛達(dá)到20萬噸，與普通水泥的生產(chǎn)規(guī)模無法相比。另外，有近一半的產(chǎn)量是由14家企業(yè)生產(chǎn)的，平均每家企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模為4.3萬噸，生產(chǎn)規(guī)模太小，企業(yè)幾乎無法生存。
瓶頸之二:熱耗高、產(chǎn)能低、質(zhì)量差
目前國內(nèi)干法中空窯生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的熱耗均在250公斤標(biāo)煤/噸熟料以上，高出帶預(yù)熱器的窯爐一倍，比新型干法窯高出110%。在能源價格日益高漲的情況下，這種生產(chǎn)方式使企業(yè)的生產(chǎn)成本大幅度上升，從而影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，甚至影響到了企業(yè)的生存。
同時還可以看出，落后生產(chǎn)工藝的產(chǎn)能很低，同樣規(guī)模的窯型帶預(yù)熱器的窯爐比干法中空窯臺時產(chǎn)量高出一倍。而新型干法窯比同直徑的中空窯產(chǎn)量高出320%，生產(chǎn)效率的低下是特種水泥生產(chǎn)企業(yè)的致命傷。
企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，批量少，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制點少，半成品和成品的均化差，因此產(chǎn)品質(zhì)量波動大是特種水泥行業(yè)存在多年的老大難問題。
瓶頸之三：環(huán)保問題嚴(yán)重
硫鋁酸鹽水泥是要配入石膏進(jìn)行煅燒的，采用帶預(yù)熱器的窯爐進(jìn)行煅燒時，由于生料在預(yù)熱過程中將與煙氣相遇，進(jìn)行熱交換的同時又可將煙氣中二氧化硫氣體進(jìn)行吸收，因此，基本上可以不向大氣排放二氧化硫氣體。
而用中空窯工藝進(jìn)行生產(chǎn)時，由于沒有煙氣與生料的熱交換，二氧化硫氣體會直接排入大氣，造成嚴(yán)重的二氧化硫污染。一般生料的石膏配入量為20%左右，中空窯的二氧化硫揮發(fā)量大約在30%左右，因此，中空窯每生產(chǎn)一噸硫鋁酸鹽水泥熟料將向大氣排放30~60公斤左右的二氧化硫廢氣，是國家排放標(biāo)準(zhǔn)的50~100倍，而年產(chǎn)12萬噸的規(guī)模的中空窯生產(chǎn)工藝的硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)廠將向大氣排放3000~6000噸二氧化硫氣體，這是一個多么大的污染源。這種二氧化硫的排放是任何收塵器都無法解決的，因此中空窯生產(chǎn)工藝生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥將會造成嚴(yán)重的大氣污染，必須引起有關(guān)部門的高度重視。
瓶頸之四：應(yīng)用技術(shù)開發(fā)滯后，市場單一。
椐不完全統(tǒng)計，我國生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥65%左右為低堿度硫鋁酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥，主要用于GRC制品；大約5.6%左右的產(chǎn)量為自應(yīng)力硫鋁酸鹽水泥，主要用在自應(yīng)力水泥壓力管；另有4%左右的產(chǎn)量為42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥，主要用于冬季施工和特殊要求的工程；有約16%的產(chǎn)量為42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥和32.5級復(fù)合硫鋁酸鹽水泥，主要用于排水管和電桿的生產(chǎn)；有大約8%用于配制各種特種工程材料。隨著其他替代材料的發(fā)展，GRC制品和自應(yīng)力水泥壓力管行業(yè)均在萎縮，給硫鋁酸鹽水泥的市場帶來很大的沖擊。而大宗用途的排水管、電桿、管樁等水泥制品方面和特種工程材料方面的應(yīng)用研究滯后，造成硫鋁酸鹽水泥市場銷售疲軟。
面對以上問題，建議采取以下措施解決，以促進(jìn)硫鋁酸鹽水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
1． (組織召開生產(chǎn)使用經(jīng)驗交流會,在此基礎(chǔ)上商討成立特種水泥混凝土工程材料分會有關(guān)事宜)成立中國水泥混凝土制品協(xié)會特種水泥混凝土工程材料分會。
由于特種水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏有效引導(dǎo)，使得整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展陷入困境，因此有必要建立起行業(yè)組織引領(lǐng)我國特種水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，研究制定我國特種水泥混凝土發(fā)展戰(zhàn)略，組織力量開展對特種水泥生產(chǎn)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)的研究，及時準(zhǔn)確發(fā)布權(quán)威資訊，組織開展新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗的交流研討與推廣，為會員單位開展技術(shù)咨詢和企業(yè)管理咨詢，提高特種水泥在建材行業(yè)中的競爭地位。該分會的宗旨是以應(yīng)用技術(shù)開發(fā)來帶動行業(yè)的發(fā)展；以新技術(shù)發(fā)展帶動行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步；以國內(nèi)外市場為導(dǎo)向?qū)ζ髽I(yè)提供全方位的信息服務(wù)。
2． 國家政策的引導(dǎo)
目前，節(jié)能減排工作作為國家重大的工業(yè)指導(dǎo)方針，已經(jīng)在全國各地展開。建材行業(yè)作為國家重點的節(jié)能減排工作領(lǐng)域，國家也在下大力氣整治，對于水泥企業(yè)的環(huán)保提出了更高的要求。因此，我們建議國家生產(chǎn)許可證發(fā)放的管理部門應(yīng)該對生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的企業(yè)提出更高的要求，不帶預(yù)熱器的中空窯由于二氧化硫的污染嚴(yán)重，應(yīng)在3年內(nèi)進(jìn)行整改，如不進(jìn)行整改，應(yīng)退出生產(chǎn)。利用國家的政策引導(dǎo)，使占一半的硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行整改，減小對環(huán)境的破壞。
3．大力推廣新型干法生產(chǎn)工藝，對生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造
新型干法工藝是指窯外預(yù)分解窯工藝，預(yù)分解窯是在懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯之間，增設(shè)一個分解爐，在其中加入30~60%的燃料進(jìn)行燃燒，生料在入回轉(zhuǎn)窯之前不僅得到預(yù)熱，而且還基本上完成碳酸鹽分解反應(yīng)，因而窯系統(tǒng)的煅燒效率及生產(chǎn)能力大幅度提高。預(yù)分解窯的基本原理是：經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱的生料先進(jìn)入分解爐，在分解爐中燃料燃燒、放熱過程與生料分解、吸熱過程同時在懸浮狀態(tài)下迅速進(jìn)行，使生料中的碳酸鹽分解率達(dá)到85~95%后入窯。由于大部分燃料在分解爐內(nèi)燃燒，入窯生料碳酸鹽分解已趨于完成，這就大大提高了回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)能力，延長了耐火磚的使用壽命，減少了消耗量，降低了熟料單產(chǎn)熱耗。
我們與山東魯中水泥有限公司合作，在山東魯中水泥有限公司的ф3.2×48M窯外分解窯（RSP）上成功的生產(chǎn)了硫鋁酸鹽水泥熟料，這是我國也是世界上首次采用燒煤的帶分解爐的窯外分解技術(shù)生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥獲得成功，填補了特種水泥生產(chǎn)工藝的空白。
2007年5月我們在山東魯中水泥有限公司召開了硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)新技術(shù)推廣會，國家建材局前任局長王燕謀教授、水泥協(xié)會曾學(xué)敏副會長到會，對用新型干法生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥給予肯定，認(rèn)為值得大力推廣。我們在2008年還要召開這樣的新技術(shù)推廣會，大力推廣新型干法生產(chǎn)工藝。
當(dāng)前有些生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到問題的嚴(yán)重性，他們與科研、設(shè)計部門合作正在進(jìn)行技術(shù)改造。湖北孝感安達(dá)特種水泥有限公司與武漢水泥工業(yè)設(shè)計院合作，投資350萬元對該廠的中空窯進(jìn)行技術(shù)改造，以達(dá)到用新型干法生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的目的。我們應(yīng)該對該項目進(jìn)行重點跟蹤，在達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)后召開現(xiàn)場會，全力推廣新型干法生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥的技術(shù)。同時，我們正準(zhǔn)備與設(shè)計部門進(jìn)行合作，在全國其他的十幾個中空窯工藝的生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，大力推廣新型干法工藝生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥，為行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，為國家的節(jié)能減排做出自己的貢獻(xiàn)。
4．大力開展應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，擴大硫鋁酸鹽水泥的應(yīng)用面
建議以在行業(yè)中有影響力的大規(guī)模市場應(yīng)用開發(fā)項目為選題，首先在應(yīng)用硫鋁酸鹽水泥排水管制造方面進(jìn)行資料的收集整理，特別對其經(jīng)濟(jì)效益的提高和生產(chǎn)效率的提高進(jìn)行總結(jié)，并在硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)較為集中的省、市大規(guī)模的進(jìn)行推廣。
圖4、用硫鋁酸鹽水泥制作的排水管
利用硫鋁酸鹽水泥的特性，進(jìn)行在特殊工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究。氣泡混合輕質(zhì)填土技術(shù)在公路建設(shè)中有著非常廣泛的應(yīng)用，它為解決高等級公路軟基路基中的橋臺跳車、道路加寬中新老路基的差異沉降、高填土堤的穩(wěn)定性、西部凍土地區(qū)路堤的隔熱性等世界性難題提供了一種全新的技術(shù)手段。2006年3月~2007年12月，唐山六九水泥有限公司生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥成功的應(yīng)用于國家奧林匹克工程中的氣泡混合輕質(zhì)填土工程，先后在奧林匹克中心公園地下通道、主體育場地下樞紐、游泳館（水立方）運動員休息室等大量的奧運工程上，用量達(dá)到近4萬噸。我們應(yīng)該大力推廣在特殊工程方面硫鋁酸鹽水泥的應(yīng)用。
圖5、硫鋁酸鹽水泥在奧運工程上的應(yīng)用
特種工程材料是國內(nèi)最近10年發(fā)展起來的新型建筑材料，以預(yù)拌混凝土及砂漿工藝為技術(shù)手段，以特種水泥為基材，配置各種性能的特種工程材料，可應(yīng)用到不同的普通和特種工程領(lǐng)域。以硫鋁酸鹽礦物為主要成分的新型工程材料在建筑工程、礦業(yè)開采、防水材料等領(lǐng)域有著廣泛的用途，是國內(nèi)外材料科學(xué)領(lǐng)域的專家、學(xué)者們十分關(guān)注并重點研究的新型工程材料。因此我們要對現(xiàn)有的特種工程材料進(jìn)行歸類、整理、分析，幫助企業(yè)組織特種工程材料的應(yīng)用推廣會，將特種工程材料迅速推向市場，打開局面。
總之，我們要順應(yīng)時代的發(fā)展方向和市場的變化需求，抓住時機，加倍努力，開拓思路，依靠行業(yè)和專業(yè)機構(gòu)及專家的力量，以技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)硫鋁酸鹽水泥行業(yè)的發(fā)展，以應(yīng)用技術(shù)開發(fā)促進(jìn)國內(nèi)外市場的發(fā)展，為硫鋁酸鹽水泥這一水泥行業(yè)中唯一具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的水泥品種的發(fā)展而共同努力。
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