水泥行業(yè)如何利用礦渣和粉煤灰發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟

2010-04-19 00:00

  如今,人們已堅信,礦渣和粉煤灰是最好的人造火山灰材料。由于其良好的環(huán)境和建筑性能,近年來我國的水泥和混凝土工業(yè)正在加大對這些材料的利用。我們可以羅列出使用這些二次原料的許多好處,比如:節(jié)省能量、減少二氧化碳排放、利廢環(huán)保、增加建筑物壽命等。而且更重要的是,這些深加工過的混合材價格非常便宜,只有水泥價格的1/3~1/2。因此,很受用戶歡迎。

  1 在2008年我國生產(chǎn)的14億噸水泥中,約有3.5億噸的熟料是被工業(yè)廢棄物所取代的,這些工業(yè)廢棄物主要是礦渣和粉煤灰,因而也相應(yīng)地減少了大約3.5億噸的二氧化碳排放

  2008年,我國的水泥產(chǎn)量為13.88億噸,幾乎是世界水泥產(chǎn)量的一半。其中,熟料產(chǎn)量為9.7億噸,余下的混合材主要是礦渣和粉煤灰。這些混合材高達3.5億噸,意味著熟料系數(shù)只有0.7。我國生產(chǎn)的水泥約有25%是來自混合材的貢獻(另5%是石膏)。

  作為人口最多的發(fā)展中國家,我國正處在城市化和建設(shè)的高峰期間,每年消費大量的水泥、鋼鐵和電力。煤作為主要的能源,占我國能源總消費的70%左右。因此,在今后5年~10年里,混合材利用仍將在礦渣和粉煤灰資源方面呈現(xiàn)增長勢頭。

  2 礦渣的產(chǎn)量及其在水泥和混凝土工業(yè)中的主要應(yīng)用

  關(guān)于礦渣的年產(chǎn)量,官方?jīng)]有公開的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。過去的統(tǒng)計資料表明,我國每冶煉1噸生鐵,產(chǎn)渣量約為0.4噸左右。根據(jù)我國逐年遞增的生鐵產(chǎn)量即可計算出近年來的礦渣產(chǎn)量也在逐年遞增。隨著鋼鐵產(chǎn)能的過剩和國家的限制,預(yù)計礦渣年產(chǎn)量今后幾年會穩(wěn)定在2億噸以上。

  近年來,隨著優(yōu)質(zhì)礦石資源的逐漸短缺,每噸生鐵的產(chǎn)渣量還在逐年增長。每噸生鐵產(chǎn)生的礦渣量,一般范圍在0.4噸~0.9噸之間。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和礦渣水泥的產(chǎn)量估算出來的一組數(shù)據(jù),該表也同時估算出了水泥工業(yè)利用礦渣的大致數(shù)量和比例。

  根據(jù)以上研究和估算的結(jié)果,2008年~2009年,中國的礦渣產(chǎn)量大約為2億噸以上。大約有1.5億噸,即80%以上的礦渣都用在水泥工業(yè)。

  從我國水泥工業(yè)的品種結(jié)構(gòu)分析,也可以看出礦渣水泥是中國的主要水泥品種??梢姡覈乃嗥贩N以普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥為主,目前兩種水泥已占水泥總量的91.60%。2008年我國水泥產(chǎn)量達14億噸,其中礦渣硅酸鹽水泥產(chǎn)量占總產(chǎn)量的37.50%,約5.25億噸。此外,最大的水泥品種普通硅酸鹽水泥(54.10%)中,混合材的最高允許摻加量為15%,其中也包括不少礦渣成分。

  因此,2008年,我國產(chǎn)出約2億噸礦渣,除了有78.8%(15750萬噸)用于生產(chǎn)礦渣和普通硅酸鹽水泥之外,還有4250萬噸分別用于混凝土(4100萬噸,20.5%)、礦渣磚(100萬噸,0.5%)和修筑路基(50萬噸,0.25%)。

  目前我國的礦渣已經(jīng)得到了100%的利用,絕大多數(shù)(99.3%)的礦渣都用于水泥和混凝土的生產(chǎn)中。因此,礦渣已經(jīng)成為建筑工業(yè)的重要資源,國家也因此取消了鼓勵應(yīng)用的免稅政策。

  2.1 磨細(xì)礦渣的標(biāo)準(zhǔn)和市場價格
  
礦渣過去主要(大約80%)用在水泥廠里,和熟料一起粉磨來生產(chǎn)礦渣水泥和普通硅酸鹽水泥。但是,由于礦渣比較硬和難磨,與熟料一起粉磨不能夠發(fā)揮其良好的性能。因此,近年來礦渣和熟料分別粉磨工藝開始流行。同時,混凝土攪拌站開始大量使用磨細(xì)礦渣來代替水泥。鋼鐵廠自己開始建設(shè)礦渣加工廠,生產(chǎn)磨細(xì)礦渣面向市場銷售。有的水泥廠也開始購買磨細(xì)礦渣來作為混合材生產(chǎn)勾兌水泥。

  因此,礦渣的應(yīng)用開始從水泥廠走向混凝土攪拌站,也有一部分應(yīng)用于干混沙漿行業(yè),正在成為一種獨立的商品在市場流通,為此國家專門制定了磨細(xì)礦渣的標(biāo)準(zhǔn)。

  磨細(xì)礦渣根據(jù)細(xì)度等指標(biāo),共分成3個級別。其中S105級別的礦粉,28天的抗壓強度超過水泥的強度。標(biāo)準(zhǔn)同時還有一些其他的技術(shù)指標(biāo)要求。

  目前,未加工的?;郀t礦渣的出廠價格,一般在20元/噸~30元/噸;加工的磨細(xì)礦渣市場價格,根據(jù)級別,一般在S75粉70元/噸~90元/噸;S95粉135元/噸~145元/噸;S105粉180元/噸~200元/噸。

  由于S105微粉的細(xì)度高、質(zhì)量好,但加工難度大、能耗較大,導(dǎo)致價格較高,大量使用受限;多數(shù)中小用戶,更多的是使用S95級細(xì)粉。

  3 粉煤灰的產(chǎn)量及其在水泥、混凝土和其他行業(yè)中的主要應(yīng)用
  
自2000年以來,我國的煤炭消費量總體上一直在增長之中。2004年以后,增長速度在逐年回落。但是,在可見的未來5年~10年里,煤炭消費量仍將處于緩慢增長中。因此,粉煤灰的產(chǎn)量也將隨之逐年增長。

  據(jù)我國資源綜合利用協(xié)會預(yù)計,2009年的粉煤灰產(chǎn)量將超過4億噸。因此,我們預(yù)計,今后5年~10年內(nèi),我國的粉煤灰年度排放量將保持在4億噸以上。

  另據(jù)有關(guān)報道,2008年我國粉煤灰排放量約為3.98億噸;用于建材制品的粉煤灰占34%左右,為13532萬噸;用于道路施工(無機料摻合)約占26%,為10348萬噸;用于農(nóng)業(yè)土壤改良和肥料約占3.5%,為1393萬噸;用于建筑工程(包括回填)約占4.5%,為1791萬噸。另外還有剩余的粉煤灰約占32%,為12736萬噸。

  在建材制品方面,粉煤灰的主要應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)該是在預(yù)拌混凝土攪拌站,其次是生產(chǎn)粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、粉煤灰加氣混凝土和粉煤灰陶粒。

  在過去的6年里,粉煤灰的產(chǎn)量增長了1倍以上,應(yīng)用量也增長了1倍以上。但是,總的利用率一直徘徊在66%和68%之間。大城市周邊地區(qū)的粉煤灰銷售很好,供不應(yīng)求。但是在邊遠(yuǎn)的地區(qū),仍然有高達1.27億噸的粉煤灰被填埋處置了。

  3.1 粉煤灰的國家標(biāo)準(zhǔn)和市場價格
  
2005年,國家對粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)進行了修訂。修訂后的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)除了細(xì)度和燒失量有所不同外,其他指標(biāo)基本上和美國的ASTM標(biāo)準(zhǔn)類似。

  3.2 粉煤灰的價格
  
原狀的未加工的粉煤灰,原則上不允許在市場上出售。經(jīng)過加工的粉煤灰,主要用于商品混凝土攪拌站。按照過去的習(xí)慣,一般分為3個級別;三級灰市面上基本沒有銷售,二級灰每噸在50元~80元,一級灰每噸在100元~180元之間。根據(jù)不同的地區(qū)和不同的用途,價格變化范圍較大。按照過去的標(biāo)準(zhǔn)(GBJ146-90),加工的用于混凝土攪拌站的粉煤灰級別和標(biāo)準(zhǔn)見表3。

  4.礦渣和粉煤灰作為混合材在水泥和混凝土工業(yè)中的用量展望
  
如果2009年我國的水泥產(chǎn)量達到15.6億噸,熟料系數(shù)仍按0.7計算,則混合材的需要量為25%(石膏5%),即3.9億噸。如果扣除其他的混合材,比如石灰石或煤矸石等(按平均5%計算),礦渣和粉煤灰的份量(按水泥產(chǎn)量的20%計算)將達到3.12億噸。

  粉煤灰除了用做水泥混合材外,也可以代替黏土用做水泥原料,一般不超過配料的10%。用做配料的粉煤灰用量不大,但也有一部分水泥廠家在利用。10年以前,在沒有磨細(xì)礦渣的時候,礦渣基本上都被用作水泥的混合材了。自從磨細(xì)礦渣出現(xiàn)以后,混凝土攪拌站的用量開始逐年增長。

  據(jù)統(tǒng)計,2008年,我國的RMC產(chǎn)量為6.9億立方米,2009年可望達到8億立方米。如果平均每立方米混凝土的摻和料為100千克粉煤灰或磨細(xì)礦渣,則2008年和2009年在RMC行業(yè)消耗的人造火山灰材料分別為0.69億噸和0.8億噸。從以上水泥行業(yè)和RMC行業(yè)利用礦渣和粉煤灰的數(shù)量上看,兩項合計將達到4億噸左右。

  隨著水泥和預(yù)拌混凝土產(chǎn)量的增長,可以預(yù)計今后5年里,仍將有1億噸以上的礦渣和粉煤灰會被這個行業(yè)消耗掉。剩下的1億多噸主要是粉煤灰,將主要用于墻體材料,比如生產(chǎn)粉煤灰磚、粉煤灰砌塊、粉煤灰墻板和粉煤灰路基等建筑材料。

  如今,我國的礦渣已經(jīng)沒有剩余,已經(jīng)在水泥和RMC等行業(yè)全部得到了利用。如此算來,僅水泥和混凝土行業(yè),今后幾年的礦渣和粉煤灰的利用量就可以達到5億噸左右。

  除了6億噸礦渣和粉煤灰外,適合用于水泥和混凝土工業(yè)的混合材或摻和料,還有鋼渣、煅燒煤矸石、石灰石和礦山尾礦等工業(yè)廢渣。我國鋼渣每年排放5000多萬噸。煤矸石的排放量每年高達4億多噸,歷年堆存量高達50多億噸,主要用于燒磚。

  5.基于環(huán)境壓力和基本國情條件下的挑戰(zhàn)、需求和機會
  
a)挑戰(zhàn)
  
i.水泥和混凝土行業(yè)需要進一步融合,協(xié)調(diào)到底是在哪個環(huán)節(jié)應(yīng)多加混合材更合適。
  混合材的好處很多,引起了水泥廠和混凝土攪拌站的興趣。二者都希望多加混合材,降低成本,但是水泥廠加多了,后面的攪拌站就不能再多加。因此,在產(chǎn)品性能和質(zhì)量控制方面就出現(xiàn)了矛盾,如何解決這個問題,是包括用戶在內(nèi)的3個方面都需要認(rèn)真面對。

  ii.由于產(chǎn)能嚴(yán)重過剩,加上10億多噸人造火山灰材料,水泥和混凝土行業(yè)的競爭越來越激烈,導(dǎo)致行業(yè)平均利潤率大幅度下滑;今后5年~10年內(nèi),行業(yè)的兼并與重組加劇,弱勢企業(yè)難以生存。
  我國建材行業(yè)的主要產(chǎn)品產(chǎn)能都達到了世界產(chǎn)量的一半以上,隨著經(jīng)濟增長速度的趨緩,和建筑業(yè)的逐漸飽和,過量的產(chǎn)能無法消化,必然引起行業(yè)的激烈競爭,其結(jié)果必然是優(yōu)勝劣汰,市場重新優(yōu)化與組合。強勢企業(yè)將越來越大,中小企業(yè)或弱小的企業(yè)將自身難保。

  b)需求
  
i.提高資源利用效率:熟料和礦渣分別粉磨;勾兌水泥;混合水泥;提高礦渣和粉煤灰的細(xì)度。

  ii.利用立磨、振動磨來磨水泥或混合材,提高粉磨效率與細(xì)度,降低電耗,節(jié)省能量及減少溫室氣體排放。

  iii.企業(yè)需要不斷提高技術(shù)和管理水平,以求在激烈的市場競爭中生存與發(fā)展。

  c)機會
  
i.機械活化、化學(xué)活化,將粉煤灰替代水泥的量在混凝土中提高到50%以上;減少熟料的產(chǎn)量,節(jié)能減排;新的技術(shù)需求機會加大。

  ii.逐步取消球磨機,新工藝和新設(shè)備的采用逐步加快。

  iii.建筑物壽命大大延長,資源節(jié)約,促進可持續(xù)發(fā)展。

  iv.優(yōu)勢企業(yè)集團面臨收購中小企業(yè)的商機。

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2024-10-31 05:25:46