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水泥行业如何利用矿渣和粉煤灰发展循环经济
发布时间:2012/3/23 10:46:24  

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    如今,人们已坚信,矿渣和粉煤灰是最好的人造火山灰材料。由于其良好的环境和建筑性能,近年来我国的水泥和混凝土工业正在加大对这些材料的利用。我们可以罗列出使用这些二次原料的许多好处,比如:节省能量、减少二氧化碳排放、利废环保、增加建筑物寿命等。而且更重要的是,这些深加工过的混合材价格非常便宜,只有水泥价格的1/3~1/2。因此,很受用户欢迎。

  1.在2008年我国生产的14亿吨水泥中,约有3.5亿吨的熟料是被工业废弃物所取代的,这些工业废弃物主要是矿渣和粉煤灰,因而也相应地减少了大约3.5亿吨的二氧化碳排放

  2008年,我国的水泥产量为13.88亿吨,几乎是世界水泥产量的一半。其中,熟料产量为9.7亿吨,余下的混合材主要是矿渣和粉煤灰。这些混合材高达3.5亿吨,意味着熟料系数只有0.7。我国生产的水泥约有25%是来自混合材的贡献(另5%是石膏)。

  作为人口最多的发展中国家,我国正处在城市化和建设的高峰期间,每年消费大量的水泥、钢铁和电力。煤作为主要的能源,占我国能源总消费的70%左右。因此,在今后5年~10年里,混合材利用仍将在矿渣和粉煤灰资源方面呈现增长势头。

  2.矿渣的产量及其在水泥和混凝土工业中的主要应用

  关于矿渣的年产量,官方没有公开的统计数据。过去的统计资料表明,我国每冶炼1吨生铁,产渣量约为0.4吨左右。根据我国逐年递增的生铁产量即可计算出近年来的矿渣产量也在逐年递增。随着钢铁产能的过剩和国家的限制,预计矿渣年产量今后几年会稳定在2亿吨以上。

  近年来,随着优质矿石资源的逐渐短缺,每吨生铁的产渣量还在逐年增长。每吨生铁产生的矿渣量,一般范围在0.4吨~0.9吨之间。根据统计数据和矿渣水泥的产量估算出来的一组数据,该表也同时估算出了水泥工业利用矿渣的大致数量和比例。

  根据以上研究和估算的结果,2008年~2009年,中国的矿渣产量大约为2亿吨以上。大约有1.5亿吨,即80%以上的矿渣都用在水泥工业。

  从我国水泥工业的品种结构分析,也可以看出矿渣水泥是中国的主要水泥品种。可见,我国的水泥品种以普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥为主,目前两种水泥已占水泥总量的91.60%。2008年我国水泥产量达14亿吨,其中矿渣硅酸盐水泥产量占总产量的37.50%,约5.25亿吨。此外,最大的水泥品种普通硅酸盐水泥(54.10%)中,混合材的最高允许掺加量为15%,其中也包括不少矿渣成分。

  因此,2008年,我国产出约2亿吨矿渣,除了有78.8%(15750万吨)用于生产矿渣和普通硅酸盐水泥之外,还有4250万吨分别用于混凝土(4100万吨,20.5%)、矿渣砖(100万吨,0.5%)和修筑路基(50万吨,0.25%)。

  目前我国的矿渣已经得到了100%的利用,绝大多数(99.3%)的矿渣都用于水泥和混凝土的生产中。因此,矿渣已经成为建筑工业的重要资源,国家也因此取消了鼓励应用的免税政策。

  2.1磨细矿渣的标准和市场价格

  矿渣过去主要(大约80%)用在水泥厂里,和熟料一起粉磨来生产矿渣水泥和普通硅酸盐水泥。但是,由于矿渣比较硬和难磨,与熟料一起粉磨不能够发挥其良好的性能。因此,近年来矿渣和熟料分别粉磨工艺开始流行。同时,混凝土搅拌站开始大量使用磨细矿渣来代替水泥。钢铁厂自己开始建设矿渣加工厂,生产磨细矿渣面向市场销售。有的水泥厂也开始购买磨细矿渣来作为混合材生产勾兑水泥。

  因此,矿渣的应用开始从水泥厂走向混凝土搅拌站,也有一部分应用于干混沙浆行业,正在成为一种独立的商品在市场流通,为此国家专门制定了磨细矿渣的标准。

  磨细矿渣根据细度等指标,共分成3个级别。其中S105级别的矿粉,28天的抗压强度超过水泥的强度。标准同时还有一些其他的技术指标要求。

  目前,未加工的粒化高炉矿渣的出厂价格,一般在20元/吨~30元/吨;加工的磨细矿渣市场价格,根据级别,一般在S75粉70元/吨~90元/吨;S95粉135元/吨~145元/吨;S105粉180元/吨~200元/吨。

  由于S105微粉的细度高、质量好,但加工难度大、能耗较大,导致价格较高,大量使用受限;多数中小用户,更多的是使用S95级细粉。

  
3.粉煤灰的产量及其在水泥、混凝土和其他行业中的主要应用

  自2000年以来,我国的煤炭消费量总体上一直在增长之中。2004年以后,增长速度在逐年回落。但是,在可见的未来5年~10年里,煤炭消费量仍将处于缓慢增长中。因此,粉煤灰的产量也将随之逐年增长。

  据我国资源综合利用协会预计,2009年的粉煤灰产量将超过4亿吨。因此,我们预计,今后5年~10年内,我国的粉煤灰年度排放量将保持在4亿吨以上。

  另据有关报道,2008年我国粉煤灰排放量约为3.98亿吨;用于建材制品的粉煤灰占34%左右,为13532万吨;用于道路施工(无机料掺合)约占26%,为10348万吨;用于农业土壤改良和肥料约占3.5%,为1393万吨;用于建筑工程(包括回填)约占4.5%,为1791万吨。另外还有剩余的粉煤灰约占32%,为12736万吨。

  在建材制品方面,粉煤灰的主要应用领域应该是在预拌混凝土搅拌站,其次是生产粉煤灰砖、粉煤灰砌块、粉煤灰加气混凝土和粉煤灰陶粒。

  在过去的6年里,粉煤灰的产量增长了1倍以上,应用量也增长了1倍以上。但是,总的利用率一直徘徊在66%和68%之间。大城市周边地区的粉煤灰销售很好,供不应求。但是在边远的地区,仍然有高达1.27亿吨的粉煤灰被填埋处置了。

  3.1粉煤灰的国家标准和市场价格

  2005年,国家对粉煤灰的标准进行了修订。修订后的粉煤灰标准除了细度和烧失量有所不同外,其他指标基本上和美国的ASTM标准类似。

  3.2粉煤灰的价格

  原状的未加工的粉煤灰,原则上不允许在市场上出售。经过加工的粉煤灰,主要用于商品混凝土搅拌站。按照过去的习惯,一般分为3个级别;三级灰市面上基本没有销售,二级灰每吨在50元~80元,一级灰每吨在100元~180元之间。根据不同的地区和不同的用途,价格变化范围较大。按照过去的标准(GBJ146-90),加工的用于混凝土搅拌站的粉煤灰级别和标准见表3。

  4.矿渣和粉煤灰作为混合材在水泥和混凝土工业中的用量展望

  如果2009年我国的水泥产量达到15.6亿吨,熟料系数仍按0.7计算,则混合材的需要量为25%(石膏5%),即3.9亿吨。如果扣除其他的混合材,比如石灰石或煤矸石等(按平均5%计算),矿渣和粉煤灰的份量(按水泥产量的20%计算)将达到3.12亿吨。

  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,一般不超过配料的10%。用做配料的粉煤灰用量不大,但也有一部分水泥厂家在利用。10年以前,在没有磨细矿渣的时候,矿渣基本上都被用作水泥的混合材了。自从磨细矿渣出现以后,混凝土搅拌站的用量开始逐年增长。

  据统计,2008年,我国的RMC产量为6.9亿立方米,2009年可望达到8亿立方米。如果平均每立方米混凝土的掺和料为100千克粉煤灰或磨细矿渣,则2008年和2009年在RMC行业消耗的人造火山灰材料分别为0.69亿吨和0.8亿吨。从以上水泥行业和RMC行业利用矿渣和粉煤灰的数量上看,两项合计将达到4亿吨左右。

  随着水泥和预拌混凝土产量的增长,可以预计今后5年里,仍将有1亿吨以上的矿渣和粉煤灰会被这个行业消耗掉。剩下的1亿多吨主要是粉煤灰,将主要用于墙体材料,比如生产粉煤灰砖、粉煤灰砌块、粉煤灰墙板和粉煤灰路基等建筑材料。

  如今,我国的矿渣已经没有剩余,已经在水泥和RMC等行业全部得到了利用。如此算来,仅水泥和混凝土行业,今后几年的矿渣和粉煤灰的利用量就可以达到5亿吨左右。

  除了6亿吨矿渣和粉煤灰外,适合用于水泥和混凝土工业的混合材或掺和料,还有钢渣、煅烧煤矸石、石灰石和矿山尾矿等工业废渣。我国钢渣每年排放5000多万吨。煤矸石的排放量每年高达4亿多吨,历年堆存量高达50多亿吨,主要用于烧砖。

  
5.基于环境压力和基本国情条件下的挑战、需求和机会

  a)挑战

  i.水泥和混凝土行业需要进一步融合,协调到底是在哪个环节应多加混合材更合适。
  混合材的好处很多,引起了水泥厂和混凝土搅拌站的兴趣。二者都希望多加混合材,降低成本,但是水泥厂加多了,后面的搅拌站就不能再多加。因此,在产品性能和质量控制方面就出现了矛盾,如何解决这个问题,是包括用户在内的3个方面都需要认真面对。

  ii.由于产能严重过剩,加上10亿多吨人造火山灰材料,水泥和混凝土行业的竞争越来越激烈,导致行业平均利润率大幅度下滑;今后5年~10年内,行业的兼并与重组加剧,弱势企业难以生存。
  我国建材行业的主要产品产能都达到了世界产量的一半以上,随着经济增长速度的趋缓,和建筑业的逐渐饱和,过量的产能无法消化,必然引起行业的激烈竞争,其结果必然是优胜劣汰,市场重新优化与组合。强势企业将越来越大,中小企业或弱小的企业将自身难保。

  b)需求

  i.提高资源利用效率:熟料和矿渣分别粉磨;勾兑水泥;混合水泥;提高矿渣和粉煤灰的细度。

  ii.利用立磨、振动磨来磨水泥或混合材,提高粉磨效率与细度,降低电耗,节省能量及减少温室气体排放。

  iii.企业需要不断提高技术和管理水平,以求在激烈的市场竞争中生存与发展。

  c)机会

  i.机械活化、化学活化,将粉煤灰替代水泥的量在混凝土中提高到50%以上;减少熟料的产量,节能减排;新的技术需求机会加大。

  ii.逐步取消球磨机,新工艺和新设备的采用逐步加快。

  iii.建筑物寿命大大延长,资源节约,促进可持续发展。

  iv.优势企业集团面临收购中小企业的商机。






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