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合成绿色高性能生态水泥
——HY系列高效复合水泥外加剂的应用
山东宏艺科技有限公司董事长、总经理 工程技术应用研究员赵洪义 中国建材工业经济研究会水泥专业委员会副主任 [摘要]本文论述了水泥工业对资源、能源、环境的影响。提出了合成绿色高性能生态水泥的理念，阐述了用添加剂技术生产绿色高性能水泥的技术方案合成模式和应用效果。
[关键词]合成、绿色、高性能、水泥、资源、能源、生态、环境、外加剂。
绿色高性能水泥是水泥工业的发展方向。水泥工业实现“新型工业化”战略目标，中心课题是资源、能源和环境保护问题，而关键是围绕水泥工业“绿化”进程，利用高新技术合成绿色高性能生态水泥。所谓绿色高性能，即在保证产品优越性能的前提下，尽量降低不可再生自然资源、能源的消耗，减少对环境的污染，更多地利用工业废渣和二次能源。利用添加剂技术合成绿色高性能水泥是一项切实可行的有效技术措施，对于实现经济增长方式的转变，走新型工业化道路，建立节约型社会，发展循环经济，实现水泥工业的可持续发展具有重大意义。
一、水泥工业对资源、能源的需求及其对环境的影响 （一）水泥工业对资源、能源的需求
根据目前技术经济条件测算，生产1吨水泥熟料需消耗：0.15吨标准煤，1.3吨石灰石，0.18吨粘土。生产1吨水泥需耗电：回转窑水泥114kWh/t，立窑水泥75kWh /t。近几年水泥工业对资源、能源需求情况见如下表：
项目 水泥产量 熟料产量 电耗 标准煤耗 石灰石 粘土 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.
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年份 2002 2003 2004 2005 2006 2010 （亿吨） 7.25 8.36 9.7 10.6 12.35 13 （亿吨） 5.1 5.8 6.8 7.42 8.6 9.1 （亿kWh） 580 670 776 795 926 1040 （万吨） 7650 8700 10200 10388 12900 13700 （万吨） 66300 75400 88400 96400 111800 118300 （万吨） 9180 10440 12200 15480 13360 16400 根据目前石灰石和煤炭储量及消耗量情况看，石灰石资源储量约为450亿吨，可开采利用的约为250亿吨，每年耗用量若按7.5亿吨计，服务年限不足40年，2003年度，消耗标准煤8700万吨，占全年标准煤生产量的9%左右，而我国煤炭储采比不足百年。可见节约资源和能源势在必行。生料速烧剂是节约资源和能源消耗的重要技术。
（二）水泥工业对环境的影响
根据目前技术经济状况测算，生产1吨水泥熟料，要排放CO2 1000kg，排放SO2 0.24kg，排放NOx 0.15kg；生产1吨水泥要排放粉尘10kg。
近几年水泥生产对环境的污染情况见下表
项目 年份 2002 2003 2004 2005 粉尘 （万吨） 1020 1160 1067 1060 CO2 （万吨） 51000 58000 68000 74000 SO2 （万吨） 122 139 163 178 NOx （万吨） 77 87 102 111 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.
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2006 2010 1100 1200 86000 91000 206 218 129 137 水泥工业是粉尘、CO2和SO2的排放大户，其排放量分别为全国工业生产总排放量的27.10%、21.8%、4.85%。CO2 、SO2和NOx是造成地球温室效应和酸雨的有害气体，要想尽一切办法减少这类气体的排放。
（三）水泥工业大量利用工业废渣
水泥生产既有对环境造成污染的一面，同时又有大量利用工业废渣消除污染、变废为宝的一面。由于环境保护和循环利用工业废渣资源的双重目的，工业废渣的利用得到各级政府的高度重视。目前工业废渣在水泥工业主要用做水泥原料、水泥混合材料、水泥燃料和改性材料。利用工业废渣的新技术、新设备、新方法、新政策相继问世。特别是水泥工业烘干技术，均化技术，高细粉磨技术和水泥外加剂技术的发展，为大量利用工业废渣，生产绿色高性能水泥提供了有效途径。如山东宏艺科技有限公司生产的HY系列高效复合水泥添加剂，在不增加固定资产投资、不改变生产工艺的情况下，可使水泥中矿渣掺加量达50-80%，粉煤灰等工业废渣掺加量达30-60%，生产绿色高性能水泥，同等情况工业废渣掺加量提高50%以上，吨水泥可节约成本15元以上。如果我国水泥全部采用高效复合水泥添加剂，仅此一项每年可为国家创造100多亿元经济效益，社会效益和环境效益显著。添加剂技术是发展绿色高性能水泥的重要技术措施。
二、合成绿色高性能生态水泥
（一）利用生料速烧剂技术煅烧绿色高性能水泥熟料
生料速烧剂技术是在复合矿化剂基础上发展起来的集矿化、助熔、杂化、
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助燃、速烧为一体的复合高效环保型矿化剂。其主要作用机理是：①降低反应物质点间的键能，提高化学反应活性，强化SiO2和CaO的反应能力。②促使液相提前出现，增加液相量，降低液相粘度，降低烧成温度。③促使早强矿物及C3S微晶形成，从而加速了硅酸盐矿物的形成过程。④由于微量元素的固溶，提高了矿物中有缺陷的微晶数量，同时对C3S和β-C2S起稳定作用。⑤提高煤炭燃烧速度和质量，促使熟料在较低温度下（1200-1300℃）快速烧成，由于熟料烧成时间短，减少了窑内还原气氛，使水泥熟料在煅烧时形成良性循环，从而提高熟料产质量，降低熟料热耗。山东宏艺科技有限公司在此方面进行了深入的研究，形成了针对立窑和回转窑两种窑型的生料速烧剂定型产品。在众多水泥厂使用后取得了可喜的成果。大量生产实践证明，使用生料速烧剂可提高熟料台时产量10%以上，可降低标准煤耗10%以上，熟料强度提高10%以上，吨熟料成本降低10元以上。根据国内外学者大量研究，生料速烧剂用于绿色高性能水泥熟料的生产一般分为两个方面：一用于石灰石耗量少的低钙熟料的生产，以加速活性低钙矿物的形成和稳定，降低烧成热耗；二是在传统硅酸盐水泥熟料基础上，改善熟料性能或水化活性，从而提高水泥熟料的使用效率和混合材使用效果。
1.利用生料速烧剂技术煅烧低钙绿色高性能硅酸盐水泥熟料
由于熟料CaO含量低（一般<60%），煅烧温度低（低于1300℃），熟料煅烧耗能和CO2排放将大幅度降低，另外还可大量采用低品位原料、低品位燃料及工业废渣。同时烧成温度低也可使NOx、SO2的排放大幅度降低。自上世纪80年代以来研究最多比较成功的当属高贝利特硅酸盐水泥（HBC），这种水泥熟料中C2S含量大于40%，吨熟料可节煤20-30%，并降低CO2排
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放量120-160kg。用这种水泥配制混凝土，可改善混凝土工作性及外加剂使用效果，降低混凝土温升，可增加混凝土的耐久性。但这种水泥早期强度低，后期强度高，这种熟料需引入较多水化活性较高的铝酸盐、硫铝酸盐、氟铝酸盐或氯铝酸盐矿物，以利提高早期强度。生料速烧剂可引入上述早强矿物，又可起到稳定β-C2S的作用，同时发挥提高产质量，降低能耗保护环境的双重作用。在使用速烧剂生产的低钙水泥熟料的同时使用水泥助磨增强剂可进一步提高水泥强度。
2．利用生料速烧剂技术煅烧高钙绿色高性能硅酸盐水泥熟料
我国水泥生产中42.5级以上水泥产量仅为水泥总量的20-30%。以至水泥混凝土行业水泥需求量大，混凝土资源综合消耗大。所以提高熟料质量，提高熟料和混合材利用效率是水泥行业的技术创新的重点。熟料的矿物组成、结构和晶体尺寸决定了水泥熟料质量，而生产优质熟料与配料方案、煅烧制度和添加剂应用密切相关。国内外大量研究证明，要提高水泥强度应尽量提高硅酸盐矿物（C3S+C2S）含量（≥73%），提高早强矿物C3A含量（9-13%），降低铁铝酸四钙（C4AF）含量（<13%）。实践证明高硅低铁配料方案，是实现优质高产的重要技术措施。许多企业尝试高硅配料方案：KH=0.92-0.94，SM≥2.5，IM≥1.5。这一方案可烧出高质量的熟料：C3S+C2S≥73%，f-CaO≤2%,3天强度≥43MPa，28天强度≥65MPa，而且熟料产量高，易磨性好。因高硅低铁方案易烧性差，所以需生料速烧剂技术予以配合。
（二）利用高效复合水泥添加剂技术合成绿色高性能水泥
高效复合水泥添加剂是集助磨、增强、改善性能、降低成本为一体的高科技产品，是生产绿色高性能水泥的重要技术措施。其作用原理是：通过助磨功
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合成绿色高性能生态水泥
