應用高新技術建設“環(huán)境材料型”水泥工業(yè)(2)

陳全德

　　3、石灰石耗用量：1997年全國水泥工業(yè)為4.8億噸。每噸熟料耗用1.3噸石灰石；在我國目前水泥平均熟料消耗量1997年為71.8%，1998年為74%情況下，噸水耗用石灰石0.95～0.98噸。石灰石是水泥工業(yè)的重要資源，至1996年止，全國已發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r礦點7000～8000處，其中已探明儲量的礦點1233處，B+C+D級儲量543.5億噸；可利用礦點604處，保有水泥石灰?guī)r儲量286億噸。我國石灰?guī)r產(chǎn)量僅次于美國，1996年產(chǎn)量21.08億噸，其中水泥石灰?guī)r6.5億噸。由上可見，我國石灰?guī)r儲量豐富。但是，我國石灰?guī)r資源分布也存在不平衡問題，渤海灣、江蘇沿海、浙閩粵瓊東南、內(nèi)蒙中部、吉林東部、贛西、陜北等地資源短缺，況且石灰?guī)r又屬不可再生資源，因此亦應珍惜和綜合利用。
　　4、二氧化碳（CO2）排放量：1997年全國水泥工業(yè)為3.6億噸，1998年為3.9億噸。水泥工業(yè)CO2的產(chǎn)生、主要由水泥熟料燒成過程中燃料燃燒及碳酸鹽分解所致。由于硅酸三鈣是決定熟料品質(zhì)的主要礦物，因此采用減少熟料中硅酸三鈣措施以減少石灰石用量及CO2生成量甚不可取，采用高效收塵裝備減少生為消耗量以及采用高新技術降低熟料耗熱量才是正確途徑。一般來說：水泥生料CO2生成量約為0.346kg CO2/kg生料；煤粉燃燒CO2生成量約為2.42kg CO2/kg煤。由此可見：降低熟料燒成煤耗是減少水泥工業(yè)CO2生成量及排放量的關鍵。同時，降低水泥綜合電耗；提高熟料質(zhì)量以便增加水泥或混凝土中工業(yè)廢渣的摻入量，減少熟料或水泥用量，亦是減少水泥工業(yè)CO2排放量的重要措施。
　　5、二氧化硫（SO2）排放量：1997年全國水泥工業(yè)為86萬噸，占全國工業(yè)SO2排放量1772萬噸的4.85%。水泥工業(yè)廢氣中CO2的生成來源在于原、燃料中所含硫化物的化合物組分。水泥熟料煅燒過程中，雖有一部分硫被吸收進入熟料，但仍有一部分進入廢氣中排出。如選用低硫燃料或廢氣排出前采取脫硫措施，SO2排除量可以降低。
　　6、氮氧化物（NOx）排放量：1997年全國水泥工業(yè)NOx排放量約44～62萬噸。在水泥工業(yè)熟料煅燒過程中，NOx的形成分“高溫NOx”及“燃料NOx”兩個部分。前者是空氣中的N2在高溫狀態(tài)下與O2化合形成，因此，同溫度高低密切關聯(lián)；后者是燃料中N2與空氣中的O2在揮發(fā)分燃燒的低溫狀態(tài)下化合形成，因此同燃料發(fā)火噴射流中O2的濃度關聯(lián)。新型干法水泥生產(chǎn)由于大部分燃料從分解爐加入，低溫燃燒，同時有的窯型（如：PR-LOWNOX型、DD型窯等）在分解爐下部設置LOWNOX噴咀使部分燃燒在還原所氛中燃燒，有利于還原窯內(nèi)廢氣中的NOx；同時，由于新型多通道燃燒器（如：Pyro-Jet燃燒器等）的應用，亦有利于降低NOx的生成量。
　　7、煙塵及粉塵排放量：1997年全國水泥工業(yè)煙塵加粉塵總排放量約690～750萬噸，占全國工業(yè)煙塵加粉塵總排出量2770萬噸的24.9～27.1%；如按縣以上工業(yè)企業(yè)統(tǒng)計，水泥工業(yè)為627萬噸，占全國縣以上工業(yè)企業(yè)總排塵量1233萬噸的50.85%。再按縣以上企業(yè)煙塵及工藝粉塵排放量分別分析，水泥工業(yè)煙塵排放量42萬噸，占全國縣以上企業(yè)煙塵排放量685萬噸的6.1%，而粉塵排放量水泥工業(yè)為584.7萬噸，全國縣以上工業(yè)企業(yè)為548萬噸（均摘自’98中國環(huán)境分析，資料顯然有誤，可能水泥工業(yè)縣以上企業(yè)中，含有部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)水泥企業(yè)）。由此可見，水泥工業(yè)企業(yè)燃料產(chǎn)生的煙塵，由于在熟料煅燒過程中已摻入熟料，故煙塵排放量較少；而由于收塵裝備不夠完善，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型立窯企業(yè)收塵裝備更差，有的甚至沒有收塵裝備，所以工藝粉塵排放量大。這從全國工業(yè)企業(yè)粉塵排放總量1505萬噸中，縣以上企業(yè)548萬噸占36.4%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)957萬噸63.6%的數(shù)據(jù)中，亦清晰可見。
　　8、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量及排放量：1997年全國縣以上工業(yè)企業(yè)固體廢物產(chǎn)生量及排放量分別為65749萬噸及1549萬噸；縣以上水泥工業(yè)企業(yè)分別為491萬噸及20萬噸，分別占縣以上工業(yè)的0.75%及1.29%。由此可見，水泥工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量及排放量是較小的。此外，從工業(yè)固體廢物累計儲存量來看，全國工業(yè)固體廢物累計儲存量已高達65.83億噸，而水泥工業(yè)僅126萬噸，占總儲存量0.019%。而從行業(yè)分析，產(chǎn)生固體廢棄物最多的是采掘、黑色冶金、化學工業(yè)、有色金屬冶煉及電力等行業(yè)。水泥工業(yè)不但產(chǎn)生和排放固體廢物量少，同時還有條件利用煤炭、冶金、電力等行業(yè)的矸石、礦渣、粉煤灰等廢渣、廢料作為功能性調(diào)節(jié)材料，緩解這些行業(yè)對環(huán)境的污染。
　　9、工業(yè)危險物產(chǎn)生量及排放量：1997年全國縣以上工業(yè)企業(yè)危險廢物產(chǎn)生量及排放量分別為1010萬噸及46萬噸。而水泥工業(yè)則無危險廢物產(chǎn)生及排放。危險廢物產(chǎn)生量最多的為化工、采掘、冶煉、石油等行業(yè)；排放量最多的是采掘、化工、有色金屬冶煉等行業(yè)。水泥工業(yè)不但行業(yè)本身不產(chǎn)生和排放危險廢物，還有可能將一些可燃性危險廢物作為可燃物須水泥回轉窯內(nèi)加以降解。
　　10、工業(yè)廢水排放量：1997年全國工業(yè)廢水排放量227億噸，其中：縣以上工業(yè)188億噸。縣以上水泥工業(yè)為3億噸，分別占全國工業(yè)及縣以上工業(yè)的1.32%及1.60%。由此可見，水泥工業(yè)廢水排放量較少。同時，工業(yè)廢水中污染物主要是硫化物、氰化物、鋁、砷、汞、鎘、石油類等。這些污染在水泥工業(yè)廢水中含量極少，而在化工、石油、造紙等行業(yè)較多。

　　從以上十個方面可見，影響水泥工業(yè)“環(huán)境負荷值”最大的因素首先是燃料、電力、石灰石等資源、能源負荷；其次是二氧化碳、粉塵、二氧化硫、氮氧化物排放等污染源負荷；至于工業(yè)固體廢物、危險廢物及廢水排放負荷，其權重則是很小的。同時，水泥工業(yè)還有充分利用工業(yè)廢渣、廢料作為功能調(diào)節(jié)材料，以及降解工業(yè)、生活垃圾及可燃性危險廢物的有利條件。新世紀中，水泥工業(yè)可能利用當代高新技術，建設成為“環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)。

二、水泥材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價方法研究

(一) 環(huán)境材料的特性
　　環(huán)境材料的優(yōu)越性能主要表現(xiàn)在使用性能與環(huán)境協(xié)調(diào)性能兩個方面。同時這兩種性能的評判指標是動態(tài)的，它們隨著科學技術的進步而發(fā)展變化。環(huán)境材料也不僅指那些高新技術材料，由于許多傳統(tǒng)材料本身就具有環(huán)境材料特征，可以賦予其高新技術內(nèi)涵，使之發(fā)展成為環(huán)境材料。
　　判斷某種材料是否屬于環(huán)境材料的范疇，一般有五個判據(jù)：即質(zhì)量判據(jù)、經(jīng)濟判據(jù)、資源判據(jù)、能源判據(jù)和環(huán)境判據(jù)。前兩者為一般材料均要求的共同判據(jù)，后三者則屬環(huán)境材料特別強調(diào)的判據(jù)，亦可通稱為環(huán)境判據(jù)。傳統(tǒng)材料科學與工程主要研究材料成分、結構、工藝和性能四大要素；而環(huán)境材料科學與工程研究內(nèi)容除上面四大要素外，特別增加了環(huán)境要素。其目的在于探尋在加工、制造、使用和廢棄再生過程中，具有較低環(huán)境負荷的新工藝、新材料。這樣，一方面可以有效地改造落后的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，使之“環(huán)境材料化”；另一方面，可以在新材料、新工藝研制開發(fā)過程中，科學地預測其可能對環(huán)境產(chǎn)生的影響，力求同環(huán)境協(xié)調(diào)。
　(二) 環(huán)境材料協(xié)調(diào)性評價方法——LCA法
　　目前，國際上比較廣泛應用的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價方法是生命周期評價（Life Cycle Assessmenrs簡稱LCA）法。它起始于20世紀60年代末期的能源危機時期。美國中西（Midwest）研究所于1969年用LCA思想對飲料容器的能耗進行評價；1990年國際環(huán)境毒理學和化學學會（Society of Environmrntal Toxicoligy and Chemistry簡稱SETAC）正式提出了“生命周期評價”（LCA）術語，將對產(chǎn)品或材料全過程的評估能耗思路推廣到對其全過程能耗、資源消耗、廢棄物排放等各個方面，既可對它們進行單項因素評估又可進行綜合評價。1993年6月成立的國際標準化組織環(huán)境管理標準化委員會（ISO/TC207）由六個分委會組成，其中：SC5為“生命周期評定”分委員會，它的任務就是研究產(chǎn)品的整個生命周期，即從開發(fā)、設計、制造、流通、報廢到再利用的全過程中對環(huán)境的影響進行評價?！?