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石膏材料與低碳經(jīng)濟(jì)
段慶奎
寧夏石膏設(shè)計(jì)研究院，銀川750001
0前言
*近我國政府公布，到2020年在2005年的基礎(chǔ)上，減排C0240%~45%，即減少排放C0220.4～27.45億噸(2005年中國CO2排放量為61億噸)。這一承諾震驚世界，為全世界CO2 減排做出了榜樣。但中國同樣承受了巨大的壓力，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)絕非易事，要付出沉重的代價(jià)，尤其我國經(jīng)濟(jì)還處于上升發(fā)展時(shí)期。一方面要大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，一方面要減排，二者如何處理好，是我國今后經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的困難之一。本文就石膏材料領(lǐng)域，如何做好減排工作，提出自己的一點(diǎn)看法，僅供參考。
1 三種膠凝材料的能耗比較
眾所周知，石膏是中國傳統(tǒng)的五大膠凝材料之一，有非常優(yōu)良特殊的性能，廣泛應(yīng)用于水泥、石膏建材制品、陶瓷模具、精密鑄造、工藝美術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。截止2008年我國天然石膏產(chǎn)量已達(dá)到4000多萬噸，工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)量也已達(dá)到4000余萬噸。2008年中國水泥產(chǎn)量達(dá)12億噸。
石膏、水泥與石灰同屬膠凝材料，在生產(chǎn)過程中它們排放的CO2量和能耗相差很大，從理論上講，石膏、石灰、水泥三種膠凝材料都是吸熱反應(yīng)，在生產(chǎn)過程中都會(huì)消耗大量煤、電等能源.同時(shí)不同程度排放出CO2，在大力推進(jìn)節(jié)能減排的今天，將三種膠凝材料進(jìn)行一番對(duì)比，很有意義。
1.1水泥膠凝材料
水泥的物理化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，原料是由3種以上配比組成，產(chǎn)品不是單一礦物組成，有些礦物(例如粘土的結(jié)晶放熱，冷卻放熱等)在高溫鍛燒狀態(tài)下會(huì)放熱，根據(jù)“膠凝物質(zhì)工學(xué)”一書介紹，生產(chǎn)1公斤水泥熟料，共需熱量為1030千卡.減去礦物結(jié)晶等放熱量610千卡，1030-610=420千卡/公斤熟料，即生成一公斤熟料，理論熱耗為420千卡，不同成分熟料煅燒時(shí)理論熱耗也有所不同，但一般波動(dòng)于400—430千卡/公斤熟料之間，換算成標(biāo)煤為60公斤/每噸熟料。
以上是水泥的理論熱耗，但在實(shí)際生產(chǎn)中，水泥熟料的燒成溫度高達(dá)1400℃，再加上其他的一些熱損失，據(jù)中國水泥協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)表明，中國的新型干法窯(日產(chǎn)2500噸以上)煤耗為115kg噸熟料。綜合電耗為105度/噸熟料，由此看 來，水泥的確是一種高耗能產(chǎn)品。
1.2石灰膠凝材料
石灰膠凝材料也是一種用途很廣泛的材料，它的原料單一，產(chǎn)品也單一，煅燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)式如下：
石灰石(CaCO3)在高溫分解時(shí)，每100份重量的CaCO3，可得到56份的Ca0和釋放出44份的CO2，即用1噸的CaC03煅燒，只能得到560公斤的CaCO3,其余440公斤的CO2被排到大氣中去了。CaCO3的分解作用完全是吸熱反應(yīng)，分解l公斤的CaCO3，需要理論熱量425.2千卡。但實(shí)際上石灰的煅燒溫度高達(dá)800～1000℃，熱耗在840～1050千卡。標(biāo)準(zhǔn)煤耗在120～150kg標(biāo)煤，耗能也是相當(dāng)高的。
1.3石膏膠凝材料
石膏，化學(xué)成分為二水硫酸鈣(CaSO4.2H2O)還有半水石膏和無水石膏。我國石膏儲(chǔ)量為660億噸，為世界**。天然石膏年產(chǎn)量為4000多萬噸，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程，我國還有大量的工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)生，如脫硫石膏、磷石膏、氟石膏等。隨著經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，工業(yè)副產(chǎn)石膏產(chǎn)量逐步上升，再加上歷年的堆積，數(shù)字非常巨大。
二水石膏經(jīng)過煅燒脫去1.5個(gè)分子結(jié)晶水，變成半水石膏(CaSO4·1/2H2O)后，才具有膠凝性能，脫水時(shí)也需要能量，其反應(yīng)式如下：
二水石膏60C時(shí)就已經(jīng)開始脫水，到140～180℃時(shí)劇烈脫水形成半水石膏，它的理論熱耗僅為27千卡/每公斤，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為提高石膏的脫水速度，往往將爐溫提高到300～600℃，根據(jù)不同窯型實(shí)際煤耗在45—70公斤標(biāo)煤/每噸半水石膏粉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，年產(chǎn)10萬噸規(guī)模的石膏粉生產(chǎn)線，噸電耗只有25度左右。
2 C02的排出
以上三種膠凝材料。在C02排放中各不相同，差距也很大。
2.1石灰膠凝材料
石灰石在煅燒過程中C02排出量*為直接，每1噸石灰受熱分解本身可排C02440kg。根據(jù)國家能源部提供的數(shù)據(jù)，每l000g標(biāo)煤完全碳燒可產(chǎn)生C02為2590g,每噸標(biāo)煤排放C02為2.66～2.72噸。石灰的煤耗130公斤，即產(chǎn)生C02為2.66×0.13=0.35噸。
石灰電耗為30度/噸，根據(jù)中國電力聯(lián)合會(huì)環(huán)境資源部提供的數(shù)據(jù)，2008年度，我國每發(fā)一度電煤耗為345克/kwh，以此計(jì)算并折成C02排放量應(yīng)為：0.345kgx2.66=27.5kg，三者合計(jì)為440+350+27.5=817.5kg，即每生產(chǎn)一噸石灰排出817.5公斤C02。
2.2水泥
按三組份原料來計(jì)算，生產(chǎn)一噸熟料需80.81010昀石灰石，粘土12%～15%，鐵粉5%—6%，每生產(chǎn)一噸熟料的生料料耗為1.55噸，即生產(chǎn)一噸水泥熟料需80.81%×l.55=1.25噸石灰石。
表1中燒失量即為石灰石中的C02含量，那么每生產(chǎn)1噸水泥熟料就要生產(chǎn)1.25 ×42.78%×1000=534.75公斤C02。
每生產(chǎn)一噸水泥熟料所需的煤耗產(chǎn)生的C02量為：
110kg標(biāo)煤×2.66=292.6公斤。
電耗折標(biāo)煤產(chǎn)生C02:105×0.345×2.66=96.35kg。
三項(xiàng)合計(jì)：292.6+534.75+96.35=923.75公斤。
2.3 石膏膠凝材料
眾所周知，生產(chǎn)一噸半水石膏粉(熟石膏粉)不會(huì)產(chǎn)生C02，只有所需燃煤燃燒時(shí)才產(chǎn)生C02，生產(chǎn)一噸半水石膏粉的煤耗為40～70公斤，按*先進(jìn)的年產(chǎn)10—15萬噸石膏混燒窯煤耗40公斤標(biāo)煤計(jì)算，每生產(chǎn)一噸半水石膏粉C02產(chǎn)生量為：
40公斤標(biāo)煤×2.66=106.4公斤
電耗折標(biāo)煤產(chǎn)生C02為：25×0.345×2.66=22.94kg，兩項(xiàng)合計(jì)為：106.4+22.94=129.34kg。
通過以上分析計(jì)算，3種不同的膠凝材料的煤耗和C02排放量匯總?cè)绫?所示。
從表2匯總中可以看出，煤耗和電耗*大的是石灰和水泥，石灰煤耗*高，但全國總產(chǎn)量很少，*大煤耗和電耗產(chǎn)品仍是水泥。在電耗上，石膏材料是水泥熟料的1/4，石灰大部分不粉磨，生產(chǎn)工藝簡單，故電耗也較低，因此可以斷定石膏膠凝材料是*節(jié)能的一種材料。
C02的排放量方面，石膏材料*低，只有燃煤排放的一半C02氣體，是水泥的12.8%，是石灰的13.46%。
3小結(jié)
通過對(duì)石灰、石膏、水泥三種膠凝材料能耗，C02排放的分析表明石膏是能耗和C02,排放*低的，石膏是一種綠色環(huán)保的膠凝材料，是一種低碳經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。 在今后我國的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，在節(jié)能減排40%—45%的壓力下，減排任務(wù)非常艱巨，低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品將會(huì)有很大的發(fā)展前景和競爭力。2009年預(yù)計(jì)我國水泥產(chǎn)量達(dá)到13億噸，而且全國各地水泥項(xiàng)目還在大規(guī)模擴(kuò)展，產(chǎn)能還將進(jìn)一步提高，到2015年全國產(chǎn)量可能達(dá)到15億噸，排放C02量可能達(dá)到10億噸，成為節(jié)能減排的重點(diǎn)行業(yè)。水泥在基本建設(shè)中是非常重要的，是不可替代的，但又是一種高耗能，高排放的產(chǎn)品。在這樣的狀態(tài)下，有必要更好的發(fā)揮石膏膠凝材料的優(yōu)勢和特點(diǎn)。在建筑過程中，能用石膏膠凝材料替代的地方，盡量不用水泥材料，大力發(fā)展石膏建筑材料，如石膏砌塊，石膏條板等，替代摻水泥的GRC板，和其他水泥膠結(jié)材料等。
提出以下幾條建議：
(1) 大力發(fā)展粉刷材料，內(nèi)墻粉刷*好全部使用粉刷石膏或干混砂漿，石膏膩?zhàn)?，粘貼石膏;
(2) 大力發(fā)展自流平石膏，替代水泥砂漿找平等;
(3) 大力推廣砌筑粘結(jié)石膏，用于非承重墻體材料之間的粘接等;
(4) 在石膏生產(chǎn)企業(yè)中，大力推行節(jié)電、節(jié)煤措施，進(jìn)一步降低能耗，擴(kuò)大產(chǎn)量規(guī)模，選用低煤耗、低電耗的工藝設(shè)備。
國家實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)，符合國際節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境的大趨勢，同時(shí)也給石膏材料工業(yè)帶來發(fā)展的機(jī)會(huì)和商機(jī)，希望從事石膏研究開發(fā)生產(chǎn)的單位和企業(yè)重視低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，關(guān)注國家實(shí)行低碳經(jīng)濟(jì)政策，研究開發(fā)低碳的石膏產(chǎn)品，做好應(yīng)對(duì)措施，抓住機(jī)遇，推動(dòng)石膏產(chǎn)業(yè)的更大更快發(fā)展。
