環(huán)保浪潮下的改性粉煤灰復(fù)合高效助磨劑的開發(fā)
前言
據(jù)統(tǒng)計，工業(yè)和交通運輸產(chǎn)生的污染，占我國總污染的70% 以上，而工業(yè)又是能源和原材料的主要消耗大戶。越來越多的事實表明，環(huán)境問題的產(chǎn)生，不僅僅是生產(chǎn)終端的問題，在整個生產(chǎn)過程及其各個環(huán)節(jié)都有產(chǎn)生環(huán)境問題的可能。因此，盡可能地減少工業(yè)和交通運輸生產(chǎn)全過程中的廢物產(chǎn)生、提高單位產(chǎn)品或產(chǎn)值的能源、資源利用率，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和保障公民良好環(huán)境權(quán)的關(guān)鍵所在。
一、粉煤灰引起的環(huán)境問題
我國有豐富的煤炭資源，在今后相當(dāng)?shù)臅r期內(nèi)，煤炭仍將是我國的主要能源，生產(chǎn)量還將繼續(xù)增長。以燃煤為主的電力工業(yè)大規(guī)模發(fā)展，導(dǎo)致粉煤灰排放量急劇增加，到2000年粉煤灰累計排放量達(dá)到了10多億噸，現(xiàn)階段我國年排渣量已達(dá)3000萬噸，并且還不斷呈上升趨勢。按目前的排灰狀況和利用水平，沖灰用水量為6－7億噸，除灰場占地約40多萬畝，這對于水資源貧乏和耕地人均占有率極低的我國來說，無疑是巨大的壓力；而大量的粉煤灰若不加處理，就會產(chǎn)生揚塵，造成大氣污染；不當(dāng)排入水體會造成河流淤塞和水體污染，其中的有毒化學(xué)物質(zhì)還會對人體和生物造成危害。
綜上，粉煤灰所引起的環(huán)境問題應(yīng)引起高度重視，如何利用粉煤灰是當(dāng)前各行業(yè)面對的重要課題。
二、國家對固體廢物的法律政策與粉煤灰的利用現(xiàn)狀
我國《固體廢物污染環(huán)境防治法》對防治固體廢物污染環(huán)境實行“三化”原則，即減量化、資源化和無害化。其中，減量化是指在對資源能源的利用過程中，要最大限度地利用資源和能源，以盡可能減少固體廢物的產(chǎn)生量和排放量；資源化是指對已經(jīng)成為固體廢物的各種物質(zhì)采取措施，進(jìn)行回收、加工使其轉(zhuǎn)化成為二次原料或能源予以再利用的過程；無害化是指對于那些不能再利用、或依*當(dāng)前技術(shù)水平無法予以再利用的固體廢物進(jìn)行妥善的儲存或處置，使其不對環(huán)境以及人身、財產(chǎn)的安全造成危害。
國家鼓勵、支持開展清潔生產(chǎn)；國家鼓勵、支持綜合利用資源，對固體廢物實行充分回收和合理利用，并采取有利于固體廢物綜合利用活動的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)政策和措施；國家鼓勵、支持固體廢物污染環(huán)境防治的科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、推廣先進(jìn)的防治技術(shù)。
目前粉煤灰可以應(yīng)用于墻體材料、水泥生產(chǎn)、混凝土和砂漿、筑路、回填等領(lǐng)域：
1．建材制品方面：此類用灰量約占粉煤灰利用總量的35％左右，主要技術(shù)有粉煤灰水泥、代粘土作水泥原料、普通水泥、硅酸鹽承重切塊和小型空心砌塊、加氣混凝土砌塊及板、燒結(jié)磚、蒸壓磚、雙免磚等；
2．建材工程方面：用灰量約占利用總量的10%，主要技術(shù)有粉煤灰用于大面積混凝土、用于灌漿材料等；
3．道路工程方面：用灰量約占20%，主要技術(shù)有穩(wěn)定路面基層、護(hù)坡、護(hù)堤工程等；
4．農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面：用灰量占15%左右，主要技術(shù)有改良土壤、制作磁化肥、農(nóng)藥等；
5．填筑材料方面：用灰量約15%，主要技術(shù)有綜合回填、礦井回填、小壩碼頭填筑等；
6．提取礦物和高值利用方面：用灰量約占5%。
目前，我國粉煤灰的綜合利用技術(shù)近200項，其中得到實施利用的僅不到70項。因此可以說粉煤灰可利用的空間還是非常廣泛的，而在應(yīng)用比重最大的粉煤灰在建材制品方面的應(yīng)用中，粉煤灰綜合利用還有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/FONT>
三、粉煤灰在水泥中的利用
我國是利用工業(yè)廢渣和天然火山灰資源做水泥混合材最早、使用量最多的國家，解放前就有一些水泥廠利用礦渣做混合材生產(chǎn)礦渣硅酸鹽水泥。解放后經(jīng)濟(jì)建設(shè)急需大量水泥，使我國在利用礦渣作為水泥混合材方面發(fā)展迅速，特別是立窯工業(yè)的發(fā)展，利用礦渣等活性混合材改善水泥安定性已成為立窯生產(chǎn)水泥的重要途徑。水泥廠利用礦渣和活性混合材生產(chǎn)不同品種和標(biāo)號的水泥，節(jié)能利廢取得顯著成績。
2001年，國家技術(shù)監(jiān)督局頒布了我國水泥新標(biāo)準(zhǔn)，使水泥工業(yè)與國際接軌，同時也是對占我國水泥產(chǎn)量80%的立窯工業(yè)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。如何使水泥工業(yè)的發(fā)展更好地適應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易一體化進(jìn)程，是我國水泥企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。企業(yè)走集約型道路，提高粉磨效率，目前普遍采取的做法是通過水泥粉磨工藝環(huán)節(jié)，降低水泥細(xì)度，改善水泥顆粒級配和顆粒形狀，采用水泥助磨劑改善水泥性能，提高水泥早期強(qiáng)度，降低水泥電耗達(dá)到節(jié)約能耗降低水泥成本的效果。目前我國助磨劑市場上產(chǎn)品的產(chǎn)品大多采用乙醇胺和多元醇等有機(jī)物質(zhì)組成，由于原料的稀缺性，不僅供應(yīng)不足，而且價格昂貴，使水泥企業(yè)難以承受，再加上水泥淡旺季的周期性，水泥供應(yīng)緊張時往往入磨物料溫度較高，使助磨劑在生產(chǎn)中有機(jī)物在高溫時蒸發(fā)成氣體隨磨機(jī)廢氣排入大氣，這樣不僅使成本增加、效率降低，還對環(huán)境造成污染，不符合清潔生產(chǎn)的要求。這樣研究開發(fā)高效復(fù)合型助磨劑是助磨劑發(fā)展的需要。
四、改性粉煤灰復(fù)合高效助磨劑的開發(fā)
該產(chǎn)品主要是以粉煤灰為主要生產(chǎn)原料，由幾種物質(zhì)經(jīng)磁化活化和復(fù)合中和等特殊工藝加工而成的粉磨狀“綠色”高效助磨劑。該產(chǎn)品價格相對于國內(nèi)其它類型助磨劑成本低廉，效果顯著。是解決水泥企業(yè)目前存在的產(chǎn)量低、質(zhì)量差、耗能高、污染重等問題而研制開發(fā)的高效助磨劑。
（一） 粉煤灰高效復(fù)合助磨劑的作用機(jī)理
水泥助磨劑根據(jù)水泥粉磨工藝、水泥產(chǎn)品品種及原材料性質(zhì)適量地加入到被粉磨的物料中，能通過它對物料顆粒表面產(chǎn)生物理化學(xué)作用，發(fā)揮力學(xué)效能，以提高物料的易碎性和分散性，從而提高粉磨產(chǎn)量和細(xì)度，降低粉磨電耗。
根據(jù)助磨劑的作用機(jī)理研究選擇不同物質(zhì)組成和不同的工藝，經(jīng)大量研究試驗，開發(fā)新的高效助磨劑。要有好的助磨效果，必須滿足：1，助磨劑的物質(zhì)組成必須是偶極矩大的極性物質(zhì)或強(qiáng)力的表面活性劑，極性物質(zhì)屏蔽效應(yīng)強(qiáng)；2, 各種不同的吸附劑在顆粒表面上具有不同的吸附機(jī)理，將多種表面活性劑分別通過試驗有條件地組合在一起，能夠增強(qiáng)在顆粒表面的吸附作用，增強(qiáng)助磨效果；3, 粉磨物料中的各種成分粉碎使所要求的助磨機(jī)理各不相同，因此要找出各自的作用機(jī)理，確定最佳組合；4,在磨機(jī)中要使用幾種物質(zhì)配合在一起制成復(fù)合助磨劑，以增強(qiáng)適應(yīng)性。
（二） 研究開發(fā)粉煤灰高效復(fù)合助磨劑主要技術(shù)內(nèi)容
1， 采用碳酸鈣物質(zhì)完善調(diào)整水泥石化學(xué)組成和提高粉煤灰的水化過程中所消耗的大量放熱反應(yīng);
2， 采用不同激發(fā)劑，通過多種試驗補充激發(fā)粉煤灰的潛在活性，促使與多種離子表面活性劑復(fù)合成高效助磨劑；
3， 采用多種分散劑、外加劑與粉煤灰進(jìn)行復(fù)合試驗和研究，針對不同的水泥粉磨物種、顆粒等條件和物料的性質(zhì)在粉磨過程中，使用不同的高效復(fù)合粉磨劑，在粉磨中進(jìn)行微細(xì)度的顆粒分布、形狀、比表面積、試驗分析并通過電鏡觀察助磨劑有效地改善粉煤灰微細(xì)粉的微觀面貌，使其大大提高產(chǎn)品的細(xì)度，降低機(jī)械磨耗，節(jié)能降耗，并能較好改善微細(xì)粉的顆粒表面形貌趨向于球形。使微細(xì)粉粒細(xì)度分布均勻，從而找到適合各種條件或特殊條件下的高效復(fù)合助磨劑物料組成。使研究開發(fā)的粉煤灰高效復(fù)合助磨劑達(dá)到國家建材行業(yè)的水泥助磨劑標(biāo)準(zhǔn)的各項指標(biāo)。
（三） 粉煤灰高效復(fù)合助磨劑開發(fā)的主要指標(biāo)
1, 提高水泥產(chǎn)品的強(qiáng)度，特別是水泥早期強(qiáng)度，一般可提高2-5Mpa；
2, 較大提高粉煤灰在水泥中的摻量，大量利用粉煤灰作水泥混合材，粉煤灰摻量可達(dá)到25-45％；
3，充分利用水泥粉磨原有工藝設(shè)備，不增加廠房設(shè)備投資，可提高粉磨產(chǎn)量10-45%；
4, 降低機(jī)械能，噸水泥節(jié)電5-12kwh，降低生產(chǎn)成本，噸水泥降堤成本約2-9元。
（四） 粉煤灰高效助磨劑試驗研究方法
通過粉煤灰高效復(fù)合助磨劑的原材料分別進(jìn)行粉磨試驗篩選、比較，復(fù)合成多種試樣，最終進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，擇優(yōu)選用最佳的助磨劑。通過在相同粉磨工藝條件下的粉磨試驗測定不同物質(zhì)組成的助磨劑，掌握不同摻量和水泥磨粉細(xì)度的關(guān)系；通過多種物質(zhì)組成的高效復(fù)合助磨劑對水泥性能的影響研究，綜合考核助磨劑及助磨劑效果的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，選擇最優(yōu)的助磨劑及助磨劑最佳物質(zhì)組成，或適應(yīng)特種條件下使用的助磨劑。
五、粉煤灰高效復(fù)合助磨劑項目的意義
該項目技術(shù)含量高，創(chuàng)新性強(qiáng)，技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，對提升水泥工業(yè)的技術(shù)水平，促進(jìn)水泥工業(yè)“綠化”進(jìn)程，完善水泥生產(chǎn)模式有重大作用。具有廣闊的市場潛力和推廣應(yīng)用價值，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著；項目實施過程無污染，并且對緩解目前巨大的環(huán)境壓力具有顯著意義。
1, 該項目一旦被生產(chǎn)企業(yè)采用，便會給生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該項目投入少，見效快，而且技術(shù)含量高，至少有20年以上的生命力。在10年前，水泥助磨劑或許對各企業(yè)還是一個陌生的名字，但是目前已經(jīng)被廣泛接收并使用。產(chǎn)品要創(chuàng)新，技術(shù)要更新，單一的助磨劑目前已經(jīng)難以滿足水泥生產(chǎn)企業(yè)的要求，而改性粉煤灰高效復(fù)合助磨劑的出現(xiàn)正是對從前技術(shù)的更新?lián)Q代，而且有效緩解了助磨劑生產(chǎn)企業(yè)原材料供應(yīng)不足的壓力，成為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的新的亮點。建設(shè)規(guī)模能達(dá)到年生產(chǎn)兩萬噸水泥添加劑的生產(chǎn)企業(yè)，其銷售收入能達(dá)到2800萬元，年凈利潤達(dá)到600萬元，年繳稅額達(dá)400萬元，利稅總額為1000萬元。
2, 該項目技術(shù)給水泥企業(yè)帶來了福音，我國水泥產(chǎn)量每年達(dá)5億多噸，80%以上為立窯生產(chǎn)，普遍存在著“產(chǎn)量低、質(zhì)量差、品種少、成本高、效益低”的問題，難以適應(yīng)激烈的市場競爭，而水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實施更使廣大水泥生產(chǎn)企業(yè)面臨窘境。該項目技術(shù)能給水泥生產(chǎn)企業(yè)注入新的活力。在水泥粉磨時摻入0.5％－0.8％的項目產(chǎn)品，可提高水泥強(qiáng)度20%以上，提高水泥產(chǎn)量15％以上，每噸水泥生產(chǎn)成本降低10元以上，并能改善水泥的干縮、耐磨、抗?jié)B、抗炭化和抗侵蝕性能。該技術(shù)對水泥工業(yè)大量利用固體廢物，節(jié)能降耗，改善水泥性能等方面都起到巨大作用，是實現(xiàn)與新標(biāo)準(zhǔn)接軌的有效途徑。
3, 該項目技術(shù)的實施很好地把環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益、社會效益結(jié)合統(tǒng)一起來，貫徹落實了環(huán)境法中環(huán)境保護(hù)同經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展相協(xié)調(diào)的原則。1999年我國生產(chǎn)水泥5.46億噸，利用工業(yè)廢渣約1億噸，若使用該技術(shù)，在同等條件下，可使用工業(yè)廢渣摻加量提高一倍以上，全年即可多利用工業(yè)廢渣8500萬噸，可增加水泥產(chǎn)量8500萬噸，實現(xiàn)產(chǎn)值170億元。利稅100億元，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1020萬噸，減少土地占用39000畝；同等水泥產(chǎn)量下，可減少有害氣體排放：二氧化碳8500萬噸，二氧化硫17萬噸，氮氧化物34萬噸。同時也減少了相應(yīng)的沖灰用水量，減少了大氣污染和水污染。
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