人工合成膠凝材料

近年來，為降低生產熱耗，減少水泥生產過程中CO2排放量，國內外水泥企業采取的措施主要有：通過提高工藝裝備技術和優化生產管理來降低生產熱耗。目前技術優良的大型預分解窯生產熱耗已降至2968～3093kJ/kg，生產熱耗雖可進一步下降，但下降幅度不大。第一種途徑是采用代用燃料，如塑料、廢機油、肉骨粉、橡膠等工業廢料及城市生活垃圾等，以減少礦物燃料的使用。德國年平均代用率最高，已超過60%。另一途徑是在粉磨水泥中摻入膠凝材料，降低熟料在水泥中的摻加率，若水泥中熟料摻加率減少1%，則熱耗和CO2排放量也會減少1%，這是當前國內外水泥企業發展的重心。2003年，國外水泥中熟料平均所占的比例為0.85，2010年為0.80，而最大的五家跨國公司則降至0.75，中國約0.62。這表明熟料在水泥中所占比例仍將呈下降趨勢，膠凝材料的使用量將進一步增加。

當前，水泥工業使用的膠凝材料主要為礦渣和粉煤灰，以及天然火山灰和一些工業廢渣，而這些膠凝材料并不是均勻地分布在水泥廠和粉磨站的周邊。在某些國家和地區，缺乏水泥工業所需的膠凝材料。為降低水泥生產熱耗，減少水泥生產所產生的CO2排放量和生產成本，近年來，人工合成膠凝材料的發展勢頭加快。

人工合成膠凝材料中，最為普遍且所需熱耗和生產成本最低的是燒頁巖和燒粘土。燒頁巖含有較高的氧化鈣成分，磨細后本身就具有水硬性。燒粘土最好選用含砂少、高嶺石含量高的粘土來制備，以獲得高的活性。煅燒溫度與粘土內所含的主要粘土礦物種類有關，一般略高于粘土礦物的脫水溫度，通常為400～800℃，此溫度遠低于水泥熟料1400℃以上的煅燒溫度且不需碳酸鈣分解熱，其熱耗和生產成本遠低于水泥熟料。為此，人工合成凝膠材料在一些缺乏膠凝材料的國家和地區，是有一定市場的。

圖1 火山灰生產系統-專利生產

圖2 丹麥FLSmidth設計的5t/d燒粘土可移動的實驗系統

為開發燒粘土、頁巖所需的低熱耗工藝裝置，國外的公司利用水泥預分解窯生產技術中的破碎烘干、預熱器、分解爐、回轉窯、冷卻機原理，進行了專利申請（圖1），同時利用5t/d燒粘土的半工業試驗裝備，對世界各地不同粘土、頁巖進行了試驗（圖2），為工業生產積累資料。

上述工藝裝置技術熱效率高，在預分解窯生產過程中大量應用，且生產技術成熟可靠。在中國因鋼鐵和發電企業產出的礦渣、粉煤灰多，該裝置用途可能不大，而在海外則存在市場。