利用新能源生產(chǎn)水泥

瑞土研究人員利用太陽(yáng)能生產(chǎn)水泥熟料獲得成功。利用太陽(yáng)能生產(chǎn)水泥熟料是通過(guò)一種平截式鏡面圓錐體太陽(yáng)能反應(yīng)器進(jìn)行的。生料粉由管道送入這種圓錐體太陽(yáng)能反應(yīng)器，當(dāng)太陽(yáng)光直接進(jìn)入反應(yīng)器并聚光后，大量空氣像旋風(fēng)一樣滾滾而起。有人把這種太陽(yáng)能反應(yīng)器稱(chēng)為“旋風(fēng)反應(yīng)器”。由太陽(yáng)能裝置所獲得的熱能，不僅能使生料發(fā)生物化反應(yīng)，還不會(huì)讓其中的隔板太熱，以保證運(yùn)行正常。利用太陽(yáng)能焙燒后的水泥熟料由管道吸出。

該太陽(yáng)能反應(yīng)器采用的聚光鏡拋物面的面積達(dá)90m2，每小時(shí)可燒制生料25kg，其中80％可變成水泥熟料。

2．利用放射線合成水泥熟料

近年來(lái)，放射性射線作為有效的手段來(lái)改造物料特性。從簡(jiǎn)單的表面處理到更為復(fù)雜的全部轉(zhuǎn)變成新物料，所采用的光譜從大量采用的低劑量的同位素到用處埋有機(jī)物的較高劑量，以及用于高技術(shù)合金焊接的最高劑量。這種工藝是將物料暴露在任何要求的射線中，如αβγ射線。射線來(lái)自于受控的放射性同位素或粒子加速器。這種新工藝能量利用率高，污染環(huán)境少，更為有效地利用空間，設(shè)備的使用壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量高，并能連續(xù)作業(yè)。根據(jù)上述優(yōu)點(diǎn)可將這種新工藝擴(kuò)展用于制造水泥熟料。

當(dāng)采用放射線合成普通波特蘭水泥熟料時(shí)，使用電子高能光束。裝置中包括一臺(tái)垂直安裝的電子加速器和一臺(tái)電壓發(fā)生器。后者是一個(gè)空心的升高變壓器，帶有分段二次線圈，加速器采用磁場(chǎng)系統(tǒng)來(lái)聚焦電子光束。發(fā)生器和加速管封閉在箱內(nèi)，箱內(nèi)充滿SF6氣體，以避免任何的斷路。加速器的功率控制在0～100kW之間，發(fā)射線光束的能量在0.8～1.4MeV之間，光束從加速器發(fā)生，用磁透鏡和網(wǎng)柵將其集中，射入反應(yīng)室。用震動(dòng)喂料機(jī)將生料喂入反應(yīng)室，鋪料面積為25x25cm2，料層厚度為數(shù)毫米。生料層被具有一定劑量的光束照射以后，便合成熟料，并向下降入有水冷卻的立室中。同時(shí)又有一層新進(jìn)入的生料鋪在原生料面上。經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)，可知當(dāng)吸收劑為199.29～398.58J／g·s時(shí)，水泥生料便在數(shù)秒內(nèi)全部生成熟料。如果劑量較弱，生料也能在數(shù)十秒內(nèi)燒成。而在一般水泥回轉(zhuǎn)窯中需要40分鐘。并且也觀察到新工藝的燒成溫度比普通低200℃。估計(jì)熟料的熱耗為800±70kcal／kg熟料。用放射線合成的熟料，顏色較黑、多孔，其微型結(jié)構(gòu)特性與通常的熟料不同。用顯微鏡觀察，液相量很少。

新工藝熟料強(qiáng)度與普通熟料不同：（1）當(dāng)阿利特含量相同，新工藝熟料的強(qiáng)度常常高于普通熟料。當(dāng)阿利特含量大時(shí)，這種差別也增大。（2）隨著吸收劑量的增加，熟料的強(qiáng)度也增加，當(dāng)全部吸收劑量達(dá)到6975J／g·s時(shí)，強(qiáng)度升至最高點(diǎn)，當(dāng)繼續(xù)增加劑量時(shí)，強(qiáng)度反而下降。（3）當(dāng)生料飽和比較低（0.82～0.86），經(jīng)輻射合成的熟料28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)50MPa，高于普通熟料。

在重劑量高能電子的輻射下，能誘發(fā)水泥生料各種變化，如激發(fā)化、游離化、彈性和非彈性的散射等。結(jié)果導(dǎo)致發(fā)生驚人的高速相轉(zhuǎn)變，因此液相的礦化作用完全失去了它的重要性。所以，時(shí)間和溫度都不是控制的重要參數(shù)，唯一的重要參數(shù)是輻射的劑量，即撞擊在物料上的電子數(shù)量及其能量，它表明電子撞入物料層的深度。采用能量的范圍1～1.4MeV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于能引起任何原子核蛻變的能量（7. 2MeV），因此完全沒(méi)有危險(xiǎn)。

3．利用運(yùn)動(dòng)能代替熱能冷法生產(chǎn)水泥

美國(guó)發(fā)明了一種改變過(guò)去水泥技術(shù)新方法，它完全不需窯爐，而用運(yùn)動(dòng)能代替熱能。這一方法已在實(shí)驗(yàn)室和小型工廠試驗(yàn)成功。

冷法生產(chǎn)水泥是水泥生產(chǎn)技術(shù)的一個(gè)突破，其生產(chǎn)過(guò)程系將磨得很細(xì)的氧化鈣干粉同含二氧化硅與三氧化二鋁，經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的混合器混合，即能產(chǎn)生出優(yōu)質(zhì)水泥。

這種水泥所用的生石灰（氧化鈣），在游離狀態(tài)被水化時(shí)放出熱量，而形成具有有限強(qiáng)度的膠泥；但當(dāng)它按照本方法與某些干燥的氧化物透徹混合時(shí)，人們驚奇地發(fā)現(xiàn)，在這一混合物的各組分之間發(fā)生一種反應(yīng)，當(dāng)這種混合過(guò)程繼續(xù)下去時(shí)，混合物中石灰水化所放出的熱量逐步減少，這一情況證明，氧化鈣已起化學(xué)反應(yīng)而不以游離狀態(tài)存在了。

當(dāng)這種水泥物料已被混合并達(dá)到了所期望的反應(yīng)后，另外加入緩凝劑石膏，其合適用量為全部混合物重量的2.5%～5.0％。這種水泥經(jīng)美國(guó)材料試驗(yàn)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，水泥強(qiáng)度為：7天2100lb／in2，14天為2500lb／in2，28天達(dá)到3500lb／in2。

利用運(yùn)動(dòng)能代替熱能冷法生產(chǎn)水泥有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于不需要窯，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，工廠面積可

以相應(yīng)減少，建廠投資降低。（2）由于沒(méi)有窯，對(duì)空氣污染問(wèn)題基本消滅，因此工廠可建在需要水泥地區(qū)的中心，也可建在城內(nèi)，以縮短水泥運(yùn)距，降低費(fèi)用。（3）通常煅燒生產(chǎn)水泥為磨——燒——磨，而冷法生產(chǎn)只需一磨，生產(chǎn)費(fèi)用大大降低。經(jīng)綜合分析，冷法生產(chǎn)的水泥成本只是通常方法的49.5%。

能源是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前我國(guó)主要以煤作為能源，水泥工業(yè)是能源消耗較大的工業(yè)部門(mén)之一，因此，對(duì)國(guó)外利用新能源生產(chǎn)水泥的發(fā)展動(dòng)向很值得研究分析和借鑒參考。