環(huán)保浪潮下的改性粉煤灰復合高效助磨劑的開發(fā)
前言
據統(tǒng)計，工業(yè)和交通運輸產生的污染，占我國總污染的70% 以上，而工業(yè)又是能源和原材料的主要消耗大戶。越來越多的事實表明，環(huán)境問題的產生，不僅僅是生產終端的問題，在整個生產過程及其各個環(huán)節(jié)都有產生環(huán)境問題的可能。因此，盡可能地減少工業(yè)和交通運輸生產全過程中的廢物產生、提高單位產品或產值的能源、資源利用率，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和保障公民良好環(huán)境權的關鍵所在。
一、粉煤灰引起的環(huán)境問題
我國有豐富的煤炭資源，在今后相當?shù)臅r期內，煤炭仍將是我國的主要能源，生產量還將繼續(xù)增長。以燃煤為主的電力工業(yè)大規(guī)模發(fā)展，導致粉煤灰排放量急劇增加，到2000年粉煤灰累計排放量達到了10多億噸，現(xiàn)階段我國年排渣量已達3000萬噸，并且還不斷呈上升趨勢。按目前的排灰狀況和利用水平，沖灰用水量為6－7億噸，除灰場占地約40多萬畝，這對于水資源貧乏和耕地人均占有率極低的我國來說，無疑是巨大的壓力；而大量的粉煤灰若不加處理，就會產生揚塵，造成大氣污染；不當排入水體會造成河流淤塞和水體污染，其中的有毒化學物質還會對人體和生物造成危害。
綜上，粉煤灰所引起的環(huán)境問題應引起高度重視，如何利用粉煤灰是當前各行業(yè)面對的重要課題。
二、國家對固體廢物的法律政策與粉煤灰的利用現(xiàn)狀
我國《固體廢物污染環(huán)境防治法》對防治固體廢物污染環(huán)境實行“三化”原則，即減量化、資源化和無害化。其中，減量化是指在對資源能源的利用過程中，要最大限度地利用資源和能源，以盡可能減少固體廢物的產生量和排放量；資源化是指對已經成為固體廢物的各種物質采取措施，進行回收、加工使其轉化成為二次原料或能源予以再利用的過程；無害化是指對于那些不能再利用、或依*當前技術水平無法予以再利用的固體廢物進行妥善的儲存或處置，使其不對環(huán)境以及人身、財產的安全造成危害。
國家鼓勵、支持開展清潔生產；國家鼓勵、支持綜合利用資源，對固體廢物實行充分回收和合理利用，并采取有利于固體廢物綜合利用活動的經濟、技術政策和措施；國家鼓勵、支持固體廢物污染環(huán)境防治的科學研究、技術開發(fā)、推廣先進的防治技術。
目前粉煤灰可以應用于墻體材料、水泥生產、混凝土和砂漿、筑路、回填等領域：
1．建材制品方面：此類用灰量約占粉煤灰利用總量的35％左右，主要技術有粉煤灰水泥、代粘土作水泥原料、普通水泥、硅酸鹽承重切塊和小型空心砌塊、加氣混凝土砌塊及板、燒結磚、蒸壓磚、雙免磚等；
2．建材工程方面：用灰量約占利用總量的10%，主要技術有粉煤灰用于大面積混凝土、用于灌漿材料等；
3．道路工程方面：用灰量約占20%，主要技術有穩(wěn)定路面基層、護坡、護堤工程等；
4．農業(yè)應用方面：用灰量占15%左右，主要技術有改良土壤、制作磁化肥、農藥等；
5．填筑材料方面：用灰量約15%，主要技術有綜合回填、礦井回填、小壩碼頭填筑等；
6．提取礦物和高值利用方面：用灰量約占5%。
目前，我國粉煤灰的綜合利用技術近200項，其中得到實施利用的僅不到70項。因此可以說粉煤灰可利用的空間還是非常廣泛的，而在應用比重最大的粉煤灰在建材制品方面的應用中，粉煤灰綜合利用還有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/FONT>
三、粉煤灰在水泥中的利用
我國是利用工業(yè)廢渣和天然火山灰資源做水泥混合材最早、使用量最多的國家，解放前就有一些水泥廠利用礦渣做混合材生產礦渣硅酸鹽水泥。解放后經濟建設急需大量水泥，使我國在利用礦渣作為水泥混合材方面發(fā)展迅速，特別是立窯工業(yè)的發(fā)展，利用礦渣等活性混合材改善水泥安定性已成為立窯生產水泥的重要途徑。水泥廠利用礦渣和活性混合材生產不同品種和標號的水泥，節(jié)能利廢取得顯著成績。
2001年，國家技術監(jiān)督局頒布了我國水泥新標準，使水泥工業(yè)與國際接軌，同時也是對占我國水泥產量80%的立窯工業(yè)的嚴峻挑戰(zhàn)。如何使水泥工業(yè)的發(fā)展更好地適應全球經濟貿易一體化進程，是我國水泥企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。企業(yè)走集約型道路，提高粉磨效率，目前普遍采取的做法是通過水泥粉磨工藝環(huán)節(jié)，降低水泥細度，改善水泥顆粒級配和顆粒形狀，采用水泥助磨劑改善水泥性能，提高水泥早期強度，降低水泥電耗達到節(jié)約能耗降低水泥成本的效果。目前我國助磨劑市場上產品的產品大多采用乙醇胺和多元醇等有機物質組成，由于原料的稀缺性，不僅供應不足，而且價格昂貴，使水泥企業(yè)難以承受，再加上水泥淡旺季的周期性，水泥供應緊張時往往入磨物料溫度較高，使助磨劑在生產中有機物在高溫時蒸發(fā)成氣體隨磨機廢氣排入大氣，這樣不僅使成本增加、效率降低，還對環(huán)境造成污染，不符合清潔生產的要求。這樣研究開發(fā)高效復合型助磨劑是助磨劑發(fā)展的需要。
四、改性粉煤灰復合高效助磨劑的開發(fā)
該產品主要是以粉煤灰為主要生產原料，由幾種物質經磁化活化和復合中和等特殊工藝加工而成的粉磨狀“綠色”高效助磨劑。該產品價格相對于國內其它類型助磨劑成本低廉，效果顯著。是解決水泥企業(yè)目前存在的產量低、質量差、耗能高、污染重等問題而研制開發(fā)的高效助磨劑。
（一） 粉煤灰高效復合助磨劑的作用機理
水泥助磨劑根據水泥粉磨工藝、水泥產品品種及原材料性質適量地加入到被粉磨的物料中，能通過它對物料顆粒表面產生物理化學作用，發(fā)揮力學效能，以提高物料的易碎性和分散性，從而提高粉磨產量和細度，降低粉磨電耗。
根據助磨劑的作用機理研究選擇不同物質組成和不同的工藝，經大量研究試驗，開發(fā)新的高效助磨劑。要有好的助磨效果，必須滿足：1，助磨劑的物質組成必須是偶極矩大的極性物質或強力的表面活性劑，極性物質屏蔽效應強；2, 各種不同的吸附劑在顆粒表面上具有不同的吸附機理，將多種表面活性劑分別通過試驗有條件地組合在一起，能夠增強在顆粒表面的吸附作用，增強助磨效果；3, 粉磨物料中的各種成分粉碎使所要求的助磨機理各不相同，因此要找出各自的作用機理，確定最佳組合；4,在磨機中要使用幾種物質配合在一起制成復合助磨劑，以增強適應性。
（二） 研究開發(fā)粉煤灰高效復合助磨劑主要技術內容
1， 采用碳酸鈣物質完善調整水泥石化學組成和提高粉煤灰的水化過程中所消耗的大量放熱反應;
2， 采用不同激發(fā)劑，通過多種試驗補充激發(fā)粉煤灰的潛在活性，促使與多種離子表面活性劑復合成高效助磨劑；
3， 采用多種分散劑、外加劑與粉煤灰進行復合試驗和研究，針對不同的水泥粉磨物種、顆粒等條件和物料的性質在粉磨過程中，使用不同的高效復合粉磨劑，在粉磨中進行微細度的顆粒分布、形狀、比表面積、試驗分析并通過電鏡觀察助磨劑有效地改善粉煤灰微細粉的微觀面貌，使其大大提高產品的細度，降低機械磨耗，節(jié)能降耗，并能較好改善微細粉的顆粒表面形貌趨向于球形。使微細粉粒細度分布均勻，從而找到適合各種條件或特殊條件下的高效復合助磨劑物料組成。使研究開發(fā)的粉煤灰高效復合助磨劑達到國家建材行業(yè)的水泥助磨劑標準的各項指標。
（三） 粉煤灰高效復合助磨劑開發(fā)的主要指標
1, 提高水泥產品的強度，特別是水泥早期強度，一般可提高2-5Mpa；
2, 較大提高粉煤灰在水泥中的摻量，大量利用粉煤灰作水泥混合材，粉煤灰摻量可達到25-45％；
3，充分利用水泥粉磨原有工藝設備，不增加廠房設備投資，可提高粉磨產量10-45%；
4, 降低機械能，噸水泥節(jié)電5-12kwh，降低生產成本，噸水泥降堤成本約2-9元。
（四） 粉煤灰高效助磨劑試驗研究方法
通過粉煤灰高效復合助磨劑的原材料分別進行粉磨試驗篩選、比較，復合成多種試樣，最終進行技術經濟比較，擇優(yōu)選用最佳的助磨劑。通過在相同粉磨工藝條件下的粉磨試驗測定不同物質組成的助磨劑，掌握不同摻量和水泥磨粉細度的關系；通過多種物質組成的高效復合助磨劑對水泥性能的影響研究，綜合考核助磨劑及助磨劑效果的技術經濟指標，選擇最優(yōu)的助磨劑及助磨劑最佳物質組成，或適應特種條件下使用的助磨劑。
五、粉煤灰高效復合助磨劑項目的意義
該項目技術含量高，創(chuàng)新性強，技術達到國內領先水平，對提升水泥工業(yè)的技術水平，促進水泥工業(yè)“綠化”進程，完善水泥生產模式有重大作用。具有廣闊的市場潛力和推廣應用價值，經濟效益和社會效益顯著；項目實施過程無污染，并且對緩解目前巨大的環(huán)境壓力具有顯著意義。
1, 該項目一旦被生產企業(yè)采用，便會給生產企業(yè)帶來巨大的經濟效益。該項目投入少，見效快，而且技術含量高，至少有20年以上的生命力。在10年前，水泥助磨劑或許對各企業(yè)還是一個陌生的名字，但是目前已經被廣泛接收并使用。產品要創(chuàng)新，技術要更新，單一的助磨劑目前已經難以滿足水泥生產企業(yè)的要求，而改性粉煤灰高效復合助磨劑的出現(xiàn)正是對從前技術的更新?lián)Q代，而且有效緩解了助磨劑生產企業(yè)原材料供應不足的壓力，成為提高企業(yè)經濟效益的新的亮點。建設規(guī)模能達到年生產兩萬噸水泥添加劑的生產企業(yè)，其銷售收入能達到2800萬元，年凈利潤達到600萬元，年繳稅額達400萬元，利稅總額為1000萬元。
2, 該項目技術給水泥企業(yè)帶來了福音，我國水泥產量每年達5億多噸，80%以上為立窯生產，普遍存在著“產量低、質量差、品種少、成本高、效益低”的問題，難以適應激烈的市場競爭，而水泥新標準的實施更使廣大水泥生產企業(yè)面臨窘境。該項目技術能給水泥生產企業(yè)注入新的活力。在水泥粉磨時摻入0.5％－0.8％的項目產品，可提高水泥強度20%以上，提高水泥產量15％以上，每噸水泥生產成本降低10元以上，并能改善水泥的干縮、耐磨、抗?jié)B、抗炭化和抗侵蝕性能。該技術對水泥工業(yè)大量利用固體廢物，節(jié)能降耗，改善水泥性能等方面都起到巨大作用，是實現(xiàn)與新標準接軌的有效途徑。
3, 該項目技術的實施很好地把環(huán)境效益與經濟效益、社會效益結合統(tǒng)一起來，貫徹落實了環(huán)境法中環(huán)境保護同經濟建設、社會發(fā)展相協(xié)調的原則。1999年我國生產水泥5.46億噸，利用工業(yè)廢渣約1億噸，若使用該技術，在同等條件下，可使用工業(yè)廢渣摻加量提高一倍以上，全年即可多利用工業(yè)廢渣8500萬噸，可增加水泥產量8500萬噸，實現(xiàn)產值170億元。利稅100億元，節(jié)約標準煤1020萬噸，減少土地占用39000畝；同等水泥產量下，可減少有害氣體排放：二氧化碳8500萬噸，二氧化硫17萬噸，氮氧化物34萬噸。同時也減少了相應的沖灰用水量，減少了大氣污染和水污染。
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