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雾霾笼罩下的中国,水泥将何去何从?

已有 3093 次阅读 2016-1-6 23:44 |系统分类:科研笔记|关键词:生产设备,生产成本,混凝土,波特兰,硅酸盐| 混凝土, 生产成本, 硅酸盐, 波特兰, 生产设备

1824年英国J.阿斯普廷申请波特兰水泥(我国叫硅酸盐水泥)专利开始,近200年来,该种水泥的应用得到极大发展。首先是生产设备的改进大大提高了水泥的生产效率并降低了生产成本;其次,混合材料和外加剂技术的发展除降低水泥混凝土成本和碳排放、充分利用工业废物外,还大幅度提高了其应用方面的综合性能。因此,硅酸盐水泥对现代工业的发展居功至伟。

尽管如此,由于硅酸盐水泥原理上的局限,其缺点也日益暴露出来。一、硅酸盐水泥熟料烧制需要1450的高温,煅烧过程中排放大量固体粉尘很难充分遏制;二、主要原料碳酸钙的分解热大、加上熟料烧成温度高,使水泥制备能耗居高不下;三、典型的硅酸盐水泥(PO42.5)熟料含量高达八成以上,相应地单位水泥的碳排放也很高;四、高煅烧温度还导致硫酸盐分解和氮气氧化,从而排放出SO2NOx等多种有害气体;五、高温煅烧炉所消耗的镁铬砖会导致重金属污染;六、优质石灰岩和粘土资源被作为水泥原料消耗掉,对人类可持续发展造成影响;七、不可避免的碳化严重限制了硅酸盐水泥的使用寿命,相关永久性工程的耐久性仍有待提高。显然,水泥工业的发展要求尽量减小水泥的熟料占比以减轻上述危害,尽管近年来各种活性与惰性的矿物掺加料降低了熟料占比,并加大了对固体废物的利用,但由于胶凝机理的限制硅酸盐水泥在减小熟料掺量上的潜力几乎开发殆尽,从化学原理上刷新水泥品种,才有可能大幅度改善水泥的现状。

近几十年来,尽管科学家研发了许多新的水泥品种,它们都各有其优点,但新水泥品种在性价比上均无法与硅酸盐水泥竞争,而且,与硅酸盐水泥完全割裂的新水泥品种必然受到传统水泥界的强大阻力。借鉴各种水泥的胶凝机理,走在硅酸盐水基础上的复合水泥的路线,可能得到新的有竞争力的水泥品种,还承接传统水泥工业的优厚技术遗产,不为传统水泥界所排斥。

2014年中国共生产水泥24.67亿吨,占全世界水泥产量的六成以上。申请人认为水泥作为最大宗工业品之一,从发展的眼光看,其原料来源应尽量广泛易得且无匮乏之虞。 SiO2是地壳中含量最高的氧化物,所以未来水泥的化学组成应以SiO2为主。另一方面,因为SiO2是工业废渣的主要化学组份,这使富硅水泥能最大程度地利用固体废物,利废环保;而且,由于石灰岩分解温度高,能耗大,碳排放高,水泥工业如果避免对石灰岩资源的过度依赖,必将大大降低能耗、碳排放和废气排放,大大增强发展的可持续性,其长远的经济与社会效益将难以估量。




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3 尤明庆 赵建民 蒋大和

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