水泥行业如何利用矿渣和粉煤灰发展循环经济

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1、 第 1 页 共 5 页 中国建材报/2010 年/3 月/30 日/第 017 版 行业报告 水泥行业如何利用矿渣和粉煤灰发展循环经济水泥行业如何利用矿渣和粉煤灰发展循环经济 建筑材料工业技术情报研究所教授级高工 崔源声 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 1/31/2。因此，很受用户欢迎。 1.在 2008 年我国生产

2、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，

3、 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。表 1 是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

4、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(见表 4)。 从表 4 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

5、，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

6、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。 第 2 页 共 5 页 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3

7、0 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

8、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

9、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(见表 2)。 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

10、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(GBJl46-90)，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。

11、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

12、看，两项合计将达到 4 亿吨左右。 第 3 页 共 5 页 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 5

13、000 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

14、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。 第 4 页 共 5 页 第 5 页 共 5 页