我國水泥礦產(chǎn)資源有效利用及啟示

　　1.水泥工業(yè)資源耗用概況及其分析
　　據(jù)全國第二次經(jīng)濟(jì)普查數(shù)據(jù)和中國建筑材料聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，2008年末全國水泥熟料生產(chǎn)能力13億噸，水泥生產(chǎn)能力21億噸。在水泥熟料生產(chǎn)能力中，新型干法熟料生產(chǎn)能力8.1億噸，占62.3%，全年運(yùn)營的新型干法熟料生產(chǎn)線912條；立窯及其他熟料生產(chǎn)能力4.9億噸，占37.7%。2009年上半年全國又投產(chǎn)新型干法生產(chǎn)線57條，新增生產(chǎn)能力6500萬噸，預(yù)計(jì)全年投產(chǎn)新型干法生產(chǎn)線120條，新增生產(chǎn)能力1.4億噸，同時(shí)，今年將有20多條新型干法生產(chǎn)線因種種原因關(guān)閉，減少生產(chǎn)能力1000萬噸，全年實(shí)際運(yùn)營的新型干法生產(chǎn)線將突破1000條，年末新型干法熟料生產(chǎn)能力9.4億噸；預(yù)計(jì)2009年立窯及其他熟料生產(chǎn)能力將減少9000萬噸，年末全國水泥熟料生產(chǎn)能力13.4億噸，比2008年增加4000萬噸，水泥生產(chǎn)能力22億噸，比2008年增加1億噸。

　　水泥行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，它也是近年來發(fā)展迅速的原材料工業(yè)。在我國乃至世界上，水泥是建筑工程中用量最多、用途最廣的建筑材料。另一方面，由于水泥工藝技術(shù)和生產(chǎn)方法的特點(diǎn)，它還是天然資源及能源消耗使用最多的行業(yè)之一和消納利用廢渣廢料等工業(yè)廢棄物的最大行業(yè)。水泥行業(yè)是資源綜合利用具有先天優(yōu)勢的行業(yè)，也取得一定的成績，利用工業(yè)廢渣廢物情況見表1。

表1 工業(yè)廢渣廢物利用數(shù)量（萬噸）

　　表1的數(shù)據(jù)說明，我國工業(yè)廢渣廢物利用的絕對數(shù)量逐年提高，相對水泥產(chǎn)量利用分為12.5%；17.3%；22.3%和25.3% 4個(gè)層次，穩(wěn)定在22%以上。目前，我國噸水泥工業(yè)廢渣廢物利用水平與發(fā)達(dá)國家如德國、日本相比（噸水泥消納廢棄物分別為409和430公斤），尚有一定的差距，這也說明還有較大的發(fā)展空間。盡管如此，水泥工業(yè)利用、消納廢渣廢料的好處仍然可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：降低天然礦物資源的消耗，延長不可再生資源的使用年限；廢渣廢料資源化，減少其對環(huán)境的污染、地下水的污染和對農(nóng)田土地的占用，成為新型的環(huán)保產(chǎn)業(yè)；降低煅燒水泥熟料和粉磨水泥的能源消耗，降低加工成本，提高競爭力；減少了二氧化碳CO2的排放，改變水泥行業(yè)是資源、能源消耗型行業(yè)的形象，有利于水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的推進(jìn)。減少排礦場的建設(shè)及已有排礦場的存儲(chǔ)量，降低引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

　　以上幾點(diǎn)是水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，如何利用好工業(yè)廢渣廢料及礦山廢石尾礦，使其在水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮作用，下面進(jìn)行必要的具體分析。

　　傳統(tǒng)觀念下的水泥生產(chǎn)消耗大量天然資源。我們知道，對水泥生產(chǎn)工藝和使用的原料可作這樣的簡單敘述。水泥生產(chǎn)過程大體分為三個(gè)階段：先是把石灰質(zhì)、粘土質(zhì)、鐵鋁質(zhì)等幾種原料按適當(dāng)比例配合，在磨機(jī)中磨成生料；然后把制得的生料送入窯內(nèi)煅燒成以硅酸鈣為主要成分的熟料；煅燒熟料的熱源來自磨煤機(jī)制備的煤粉；最后將熟料配以適量的石膏和混合材料磨成細(xì)粉即得水泥。其工藝概括為兩磨一燒，主要原燃材料為石灰石、粘土、鐵粉、石膏、混合材料和煤炭等。生產(chǎn)一噸通用硅酸鹽水泥約消耗石灰石1.20噸、粘土0.20噸、鐵粉0.02噸、石膏0.05噸、混合材料0.25噸和煤炭0.16噸。有關(guān)世界水泥產(chǎn)量和我國水泥及原燃材料 消耗量計(jì)算結(jié)果列入表2。

表2  世界水泥和我國水泥產(chǎn)量及原燃材料 消耗量計(jì)算值（億噸）

　　注1：表中列出世界水泥產(chǎn)量和我國水泥產(chǎn)量，表示我國水泥工業(yè)在世界上的地位。并由此看出我國水泥用礦產(chǎn)資源的消耗量在世界上的水平。
　　注2：水泥中混合材料摻加量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25.：煤炭收到基低位熱值為5700千卡/公斤。

　　從表2的水泥產(chǎn)量和原燃材料的消耗量看出，生產(chǎn)水泥就要消耗大量的材料，其中一些材料是難以再生的資源。水泥行業(yè)是資源、能源消耗型的行業(yè)，并且還是消耗大戶。綜合利用資源，使用替代資源，節(jié)省天然資源、人工資源，降低資源的使用等級或品位等是水泥行業(yè)在使用資源時(shí)首先遇到并應(yīng)及時(shí)解決的問題。

　　2007年水泥產(chǎn)量13.5億噸，廢渣利用率25.27%，使用廢渣量為3.4億噸。當(dāng)年石灰石消耗量為16.2億噸，原材料消耗量為23.22億噸。實(shí)際廢渣利用量分別占石灰石消耗量的21.0%、原材料消耗量的14.7%，因此在利用廢渣方面，因此要突破傳統(tǒng)觀念，利用各種資源。資源綜合利用是我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中一項(xiàng)長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針，也是一項(xiàng)重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，對提高資源利用效率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)具有十分重要的意義。針對水泥行業(yè)是資源、能源消耗型的固有性質(zhì)，國家發(fā)展和改革委員會(huì)在《水泥工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》明確規(guī)定：“國家支持企業(yè)采取措施，減少大氣污染物排放，降低環(huán)境污染，節(jié)能降耗，綜合利用工業(yè)廢渣，積極利用低品位原燃材料，提高資源利用率，鼓勵(lì)水泥企業(yè)走資源節(jié)約道路，達(dá)到清潔生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范要求。”其實(shí)，早在10年前的十五規(guī)劃中就做出利用工業(yè)廢渣的要求：從可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的高度出發(fā)，利用工業(yè)廢渣來生產(chǎn)和發(fā)展新型水泥 。利用工業(yè)廢渣已經(jīng)提到“水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展”的高度。而對水泥工業(yè)來說，要踐行可持續(xù)發(fā)展所涵蓋“資源生產(chǎn)力”這項(xiàng)內(nèi)容，就必須要減少天然礦石性資源和能源的耗費(fèi)，利用工業(yè)廢渣和廢料替代傳統(tǒng)的原燃材料，即是一百多年來使用的石灰石、粘土、鐵粉和煤炭。傳統(tǒng)的原燃材料因其形成過程中受到物理化學(xué)、壓力等地質(zhì)作用，所形成的巖礦具有分解溫度高、熔融溫度高、粘度高和潛能低的三高一低的特點(diǎn)，而有一些其易磨性也差，給材料的粉磨加工帶來困難，致使粉磨能耗上升。因此，需要分析天然原燃材料的特點(diǎn)，選擇與其性能特點(diǎn)相背的材料作為生產(chǎn)水泥的材料，而工業(yè)廢渣、廢料基本上具有分解溫度低、粘度低、熔融溫度低、潛能高等一系列優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗鼈兇蠖喽冀?jīng)過不同高溫的煅燒或熔融，并對其進(jìn)行水淬快冷，其機(jī)構(gòu)呈玻璃態(tài)，就具有了較高的熱含量或水硬活性。有些在較高的溫度下進(jìn)行焙燒，失去結(jié)晶水，其結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，具有了一定的水化活性。 

　　水泥工業(yè)資源綜合利用最現(xiàn)實(shí)最直接最有效的一項(xiàng)，應(yīng)是最大限度地使用低品位礦石及巖石。但是多年來，水泥工業(yè)利用低品位礦石等資源的范圍和數(shù)量與人們的期望值還有一定的差距，而一直以使用天然礦物原料為主，對天然礦物原料的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)有著嚴(yán)格的要求，其質(zhì)量指標(biāo)見表3. 表4，表5。這些質(zhì)量指標(biāo)和技術(shù)要求對規(guī)范天然原燃材料的使用，保證生產(chǎn)符合水泥產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)性能更加優(yōu)越的水泥起到非常大的作用，但也排除了低品位資源的使用，隨著水泥工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)在很大范圍拓展了低品位資源的使用。

表3 水泥用石灰質(zhì)原料質(zhì)量要求

表4 粘土質(zhì)原料質(zhì)量指標(biāo)      

表5 校正原料質(zhì)量指標(biāo)  

　　自1824年硅酸鹽水泥以工業(yè)生產(chǎn)的形式問世以來，使用石灰石、粘土、鐵礦石等天然原料生產(chǎn)水泥一直傳承下來，到20世紀(jì)80年代才有所突破，認(rèn)為要優(yōu)先選用已天然混合好的合適原料，而不是純的石灰石和粘土。水泥原料應(yīng)從高質(zhì)量（確切地講應(yīng)是高鈣）石灰石（ CaO：54%～56%），泥灰質(zhì)石灰石（ CaO：50%～54%）, 石灰質(zhì)泥灰?guī)r（ CaO：42%～50%）到泥灰?guī)r（ CaO：22%～42%），粘土質(zhì)泥灰?guī)r（ CaO：5.6%～22%）和粘土（ CaO：0～5.6%）。只要搭配合理，都可以作為水泥原料。

　　科學(xué)劃分水泥原料石灰石的等級，減少“廢石”排放，就可以加強(qiáng)礦山資源的綜合利用，有效應(yīng)用低品位礦石，提高“廢石”的利用率，對提高廢渣總的利用率具有更大的作用。在傳統(tǒng)的開采石灰石礦的理念當(dāng)中，認(rèn)為礦石中的鈣含量越高越好，其他成分含量越低越好，特別是對二氧化硅、氧化鎂等成分的控制標(biāo)準(zhǔn)特別嚴(yán)格。這樣，大量鈣含量較低或氧化鎂含量偏高的礦山資源得不到充分利用。水泥行業(yè)的企業(yè)、設(shè)計(jì)科研和地礦單位的科技人員，在長期生產(chǎn)科研實(shí)踐中已經(jīng)掌握應(yīng)用高鈣、低鈣搭配的方法，生產(chǎn)出質(zhì)量合格的水泥產(chǎn)品。這一生產(chǎn)實(shí)踐的意義是，擴(kuò)大了水泥生產(chǎn)原料的應(yīng)用范圍，突破了開采使用石灰石的傳統(tǒng)觀念，樹立了科學(xué)合理利用礦產(chǎn)資源的全新理念。因此，在礦產(chǎn)資源應(yīng)用中．企業(yè)科學(xué)地應(yīng)用了高含量硅、游離硅等硅質(zhì)及氧化鎂含量偏高的原料的使用量。這些原料的氧化硅、氧化鎂含量雖然超過了國家標(biāo)準(zhǔn)，但通過科學(xué)選擇配料設(shè)計(jì)方案，在礦山采取不同臺(tái)段、不同爆堆的多點(diǎn)搭配，在生產(chǎn)廠區(qū)采取原料預(yù)均化配料或預(yù)均化、生料均化及加強(qiáng)入窯生料氧化鈣、氧化鐵（或氧化鈣、氧化硅）控制等質(zhì)量管理措施，使其達(dá)到了合理有效的利用。采取這些措施，綜合利用礦產(chǎn)資源，極大地減少了礦山開采中廢石的排放，有的企業(yè)礦石回采率超過95%、有的企業(yè)幾次擴(kuò)大開采境界，延長了礦山的使用年限。同時(shí)，我們應(yīng)清醒地認(rèn)識(shí)到，我國礦產(chǎn)資源短缺、經(jīng)濟(jì)高增長、資源高消耗的嚴(yán)峻形勢，須全面提高石灰石礦產(chǎn)資源的綜合利用率，尤其是從國家長期發(fā)展的戰(zhàn)略高度來看．石灰石礦產(chǎn)資源的高效綜合利用勢在必行。

　　為此，通過應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)把礦山原料綜合利用，改變礦產(chǎn)資源開發(fā)由“資源一產(chǎn)品一廢棄物”的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，推動(dòng)資源綜合利用工作的開展。要從根本上轉(zhuǎn)變石灰石礦山傳統(tǒng)的開采模式，須從我國石灰石礦產(chǎn)資源的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合水泥生產(chǎn)用石灰石原料的品位底線，突破傳統(tǒng)采礦工藝?yán)砟睿M(jìn)行創(chuàng)新性基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究，從而實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源低成本、低能耗、高效利用，最終實(shí)現(xiàn)石灰石礦山開采的零排放或負(fù)排放。在我國水泥礦山石灰石的開采及綜合利用實(shí)踐中，很多企業(yè)勇于創(chuàng)新，將水泥原料的工藝性能、礦石品位指標(biāo)的具體要求與礦石的賦存條件、礦石品位、開采條件等結(jié)合起來進(jìn)行分析，改變過去圈礦指標(biāo)的舊觀念，合理擴(kuò)大開采境界，在生產(chǎn)中加強(qiáng)生產(chǎn)勘探和礦山質(zhì)量管理工作，尋求礦石開采的優(yōu)化的方案，達(dá)到礦山資源的最大化利用，取得了突破性的進(jìn)展，成績斐然。