石膏材料與低碳經濟
石膏材料與低碳經濟
段慶奎
寧夏石膏設計研究院,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,實現這一目標絕非易事,要付出沉重的代價,尤其我國經濟還處于上升發(fā)展時期。一方面要大力發(fā)展經濟,一方面要減排,二者如何處理好,是我國今后經濟發(fā)展面臨的困難之一。本文就石膏材料領域,如何做好減排工作,提出自己的一點看法,僅供參考。
1 三種膠凝材料的能耗比較
眾所周知,石膏是中國傳統的五大膠凝材料之一,有非常優(yōu)良特殊的性能,廣泛應用于水泥、石膏建材制品、陶瓷模具、精密鑄造、工藝美術、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)。截止2008年我國天然石膏產量已達到4000多萬噸,工業(yè)副產石膏產量也已達到4000余萬噸。2008年中國水泥產量達12億噸。
石膏、水泥與石灰同屬膠凝材料,在生產過程中它們排放的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,在生產過程中都會消耗大量煤、電等能源.同時不同程度排放出CO2,在大力推進節(jié)能減排的今天,將三種膠凝材料進行一番對比,很有意義。
1.1水泥膠凝材料
水泥的物理化學反應比較復雜,原料是由3種以上配比組成,產品不是單一礦物組成,有些礦物(例如粘土的結晶放熱,冷卻放熱等)在高溫鍛燒狀態(tài)下會放熱,根據“膠凝物質工學”一書介紹,生產1公斤水泥熟料,共需熱量為1030千卡.減去礦物結晶等放熱量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理論熱耗也有所不同,但一般波動于400—430千卡/公斤熟料之間,換算成標煤為60公斤/每噸熟料。
以上是水泥的理論熱耗,但在實際生產中,水泥熟料的燒成溫度高達1400℃,再加上其他的一些熱損失,據中國水泥協會提供的數據表明,中國的新型干法窯(日產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,產品也單一,煅燒時的化學反應式如下:
石灰石(CaCO3)在高溫分解時,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,分解l公斤的CaCO3,需要理論熱量425.2千卡。但實際上石灰的煅燒溫度高達800~1000℃,熱耗在840~1050千卡。標準煤耗在120~150kg標煤,耗能也是相當高的。
1.3石膏膠凝材料
石膏,化學成分為二水硫酸鈣(CaSO4.2H2O)還有半水石膏和無水石膏。我國石膏儲量為660億噸,為世界**。天然石膏年產量為4000多萬噸,隨著我國工業(yè)化進程,我國還有大量的工業(yè)副產石膏產生,如脫硫石膏、磷石膏、氟石膏等。隨著經濟的加速發(fā)展,工業(yè)副產石膏產量逐步上升,再加上歷年的堆積,數字非常巨大。
二水石膏經過煅燒脫去1.5個分子結晶水,變成半水石膏(CaSO4·1/2H2O)后,才具有膠凝性能,脫水時也需要能量,其反應式如下:
二水石膏60C時就已經開始脫水,到140~180℃時劇烈脫水形成半水石膏,它的理論熱耗僅為27千卡/每公斤,但在實際生產過程中,為提高石膏的脫水速度,往往將爐溫提高到300~600℃,根據不同窯型實際煤耗在45—70公斤標煤/每噸半水石膏粉。據統計,年產10萬噸規(guī)模的石膏粉生產線,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。根據國家能源部提供的數據,每l000g標煤完全碳燒可產生C02為2590g,每噸標煤排放C02為2.66~2.72噸。石灰的煤耗130公斤,即產生C02為2.66×0.13=0.35噸。
石灰電耗為30度/噸,根據中國電力聯合會環(huán)境資源部提供的數據,2008年度,我國每發(fā)一度電煤耗為345克/kwh,以此計算并折成C02排放量應為:0.345kgx2.66=27.5kg,三者合計為440+350+27.5=817.5kg,即每生產一噸石灰排出817.5公斤C02。
2.2水泥
按三組份原料來計算,生產一噸熟料需80.81010昀石灰石,粘土12%~15%,鐵粉5%—6%,每生產一噸熟料的生料料耗為1.55噸,即生產一噸水泥熟料需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1噸水泥熟料就要生產1.25 ×42.78%×1000=534.75公斤C02。
每生產一噸水泥熟料所需的煤耗產生的C02量為:
110kg標煤×2.66=292.6公斤。
電耗折標煤產生C02:105×0.345×2.66=96.35kg。
三項合計:292.6+534.75+96.35=923.75公斤。
2.3 石膏膠凝材料
眾所周知,生產一噸半水石膏粉(熟石膏粉)不會產生C02,只有所需燃煤燃燒時才產生C02,生產一噸半水石膏粉的煤耗為40~70公斤,按*先進的年產10—15萬噸石膏混燒窯煤耗40公斤標煤計算,每生產一噸半水石膏粉C02產生量為:
40公斤標煤×2.66=106.4公斤
電耗折標煤產生C02為:25×0.345×2.66=22.94kg,兩項合計為:106.4+22.94=129.34kg。
通過以上分析計算,3種不同的膠凝材料的煤耗和C02排放量匯總如表2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,但全國總產量很少,*大煤耗和電耗產品仍是水泥。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
通過對石灰、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,是一種低碳經濟的產品。 在今后我國的經濟活動中,在節(jié)能減排40%—45%的壓力下,減排任務非常艱巨,低碳經濟產品將會有很大的發(fā)展前景和競爭力。2009年預計我國水泥產量達到13億噸,而且全國各地水泥項目還在大規(guī)模擴展,產能還將進一步提高,到2015年全國產量可能達到15億噸,排放C02量可能達到10億噸,成為節(jié)能減排的重點行業(yè)。水泥在基本建設中是非常重要的,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。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,和其他水泥膠結材料等。
提出以下幾條建議:
(1) 大力發(fā)展粉刷材料,內墻粉刷*好全部使用粉刷石膏或干混砂漿,石膏膩子,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) 大力推廣砌筑粘結石膏,用于非承重墻體材料之間的粘接等;
(4) 在石膏生產企業(yè)中,大力推行節(jié)電、節(jié)煤措施,進一步降低能耗,擴大產量規(guī)模,選用低煤耗、低電耗的工藝設備。
國家實施低碳經濟,符合國際節(jié)能減排保護環(huán)境的大趨勢,同時也給石膏材料工業(yè)帶來發(fā)展的機會和商機,希望從事石膏研究開發(fā)生產的單位和企業(yè)重視低碳經濟發(fā)展,關注國家實行低碳經濟政策,研究開發(fā)低碳的石膏產品,做好應對措施,抓住機遇,推動石膏產業(yè)的更大更快發(fā)展。