淺談埃塞俄比亞水泥廠原燃料的特點

程 金,朱 剛,陳 蕾,袁向煒

（1.蘇州中材建設有限公司,江蘇 蘇州 215300；2.中國中材國際工程股份有限公司（南京）,江蘇 南京 211100）

0 前言

埃塞俄比亞土地面積約110萬km2，全國統計人口約1.1億，僅只有1/5的人口居住在城鎮和城市，目前埃塞俄比亞的人均水泥消費量約100 kg，根據其經濟均衡快速發展的趨勢，人均需求還存在一定的上升空間。最近幾年埃塞俄比亞的經濟增長率維持在7.5%左右，為進一步刺激經濟發展速度，政府也頒布了相應的刺激經濟發展計劃，未來城鎮化率的提高以及道路設施的增加等都為水泥消費量提出了更高的要求，水泥的需求缺口將會繼續擴大。原燃料作為生產水泥所需要的物料，原料、緩凝劑、混合材、煤等在埃塞俄比亞均有相當的分布。根據筆者多年在埃塞俄比亞的水泥工程相關的實際工作經歷，埃塞俄比亞的水泥生產的原材料物料的狀況介紹如下。

1 水泥生產原燃料的特點

在巖石地層方面，埃塞俄比亞出露的地層從前寒武紀至第四紀地層，以前寒武紀（新元古代）、中生代和新生代地層最為發育。在地層中主要出露巖石為前寒武紀基底變質巖（23%）、晚古生代-中生代海相和陸相沉積巖（25%）、新生代基性-酸性火山巖（34%）和火山沉積巖（18%）。

埃塞俄比亞處于高原地帶，平均海拔近3 000 m，其物質豐富，水泥利用的多種物質基本都有賦存。在水泥生產所需要的各種原料中，在燒成熟料的各種原料一般來自于各類沉積巖，埃塞俄比亞沉積巖主要為中生代的石灰巖、砂巖、黏土、石膏等；作為水泥混合材的浮石、火山灰、凝灰巖等多為火山沉積物，在境內也廣泛分布。

目前埃塞俄比亞實行的水泥標準為《CES28-Compusory Ethiopian Standard，First Edition 2013》，其對于水泥主要成分熟料、混合材料、緩凝劑的物質類型、摻入比例等均引用于《EN 197-1:2011》的內容，其他并未有特殊的要求和規定。以下結合埃塞俄比亞的巖石地層賦存的狀況來對水泥原燃料分別介紹。

1.1 水泥生產原料的特點

水泥工程在生產過程中，原燃料的需求量非常巨大，因此水泥工廠的廠址熟料線一般需要靠近石灰石礦山；而水泥粉磨一般靠近水泥產品的主要銷售區域。水泥熟料生產所需的石灰石、黏土、砂巖、玄武巖，以及緩凝劑石膏和混合材浮石、火山灰等在埃塞俄比亞國內都有相當的資源分布。

根據對于現有水泥廠生產所用原料情況的了解，石灰石、砂巖基本在各個廠均有較為廣泛的使用，硅鋁質原料主要有黏土、玄武巖，有個別工廠使用火山灰作為硅鋁質原料。在黏土、玄武巖中均具有相當的鐵質組分存在，一般不需要再加入鐵質校正原料，原料情況見表1。

表1 埃塞俄比亞水泥廠所用原料化學成分 %

石灰石作為水泥生產所需要的主要石灰質原料，約占原料用量的80%左右，其主要來自于中生代晚白堊紀的石灰巖礦山，多為海相沉積來源的石灰巖出露體積較大，成層性強，各層間的成分根據沉積來源不同具有一定的差異。由于埃塞俄比亞新生代以來受裂谷帶形成的影響，地質構造活動劇烈，在沉積期內往往混雜有不同來源物質，如燧石結核[見圖1（a）]、礫石等，這些混雜的成分對于生料的易磨性和易燒性帶來一定的不利影響，一般來說要求進廠的石灰石中燧石質二氧化硅的含量在4%以內，同時要做好高低品位石灰石的搭配。在不少石灰巖礦山附近發現有儲量相當多的泥灰巖，也是不錯的石灰質原料，有助于提高生料的易磨性、易燒性。

作為硅質校正原料，埃塞俄比亞的砂巖的成熟度較高，二氧化硅的含量大多在90%以上，宏觀上可見一般呈細晶顆粒狀，或夾雜石英礫塊狀膠結成巖[見圖1（b）]。磨圓度、成熟度較高的石英砂巖的存在，對于生料的易磨性、易燒性和相應的熟料質量都會帶來一定的不利影響。

圖1 埃塞俄比亞原料情況圖

埃塞俄比亞水泥廠的硅鋁質原料主要有黏土、玄武巖，少量用火山灰。新生代巖漿巖主要為火山作用出露的玄武巖，大量的玄武巖漿噴發形成了埃塞俄比亞中央高原，成分為堿性至拉班玄武巖和熔結凝灰巖。在埃塞俄比亞分布的玄武巖體積較大，其經風化后產生的沉積物黏土中含鐵質量較高，一般不需要再加入鐵質校正原料。但由于埃塞俄比亞地表黏土層形成的地質歷史時期較短，黏土的沉積厚度一般不大，對于一日產5000 t熟料的生產線來說，所需要的黏土量約50萬t左右。黏土屬于當地農業生產（多英吉拉（音譯）種植）的土壤，對于高原國家的埃塞俄比亞來說，土地資源較為寶貴，因此對于黏土作為硅鋁質水泥原料利用具有一定持續性供應困難。對此，可通過選擇一定的頁巖資源來作為替代或補充。鑒于硅鋁質原料的短缺，有水泥廠利用火山灰作為硅鋁質原料，但其高溫的反應活性較差，一般其參與燒成的熟料質量較差。

1.2 水泥生產混合材料的特點

目前埃塞俄比亞的工業基礎薄弱，相應產生的工業廢渣如礦渣、粉煤灰等物料較少，目前可以利用的混合材多為天然材料。由于新生代時期以來，巖漿活動劇烈，其產生的浮石、火山灰、凝灰巖等在埃塞俄比亞有較多的分布，可以作為混合材料摻入熟料中粉磨制成水泥。埃塞俄比亞具有4個月以上的雨季，浮石[如圖 1（c）]空隙率較高，且保水性較強，在利用時需要考慮其高水分對于磨機產量的影響，以及可能的對于水泥性能的影響。混合材料的單一性決定了其水泥品種主要為火山灰水泥、普通硅酸鹽水泥為主。

1.3 水泥生產燃料的特點

埃塞俄比亞煤礦主要賦存于前寒武紀片巖和晚中新世-上新世湖泊沉積物中，煤的形成期較短，約為13～15個百萬年，多分布于中部高原、裂谷帶西側，主要為湖湘沉積，葉理性表征明顯[見圖1（d）]。已發現的煤礦以褐煤為主，且灰分較高、固定碳低，平均含水率和揮發分較高等特點（見表2）。

表2 埃塞俄比亞水泥廠所用燃料工業分析結果

埃塞俄比亞水泥廠一般利用南非煤作為燒成燃料，但國家政府近年來頒布了利用本國煤炭資源的相關規定，即國內水泥廠必須要利用一定的國內褐煤，以刺激國內褐煤的使用，從而減少對于國外資料的依附度，降低外匯支出。有個別水泥廠嘗試利用南蘇丹或中東地區的石油焦作為燃料，以降低生產成本。

根據筆者對于一煤礦中多層位煤炭的綜合分析，對于此典型褐煤燃燒性能的熱重分析表明（見圖3），此褐煤的燃燒開始溫度在327℃，溫度較低，且其燃燒結束溫度為491℃，因此其在較短溫度范圍內即可燃燒完全。但其揮發分含量較高，在較低溫度下揮發分即可析出燃燒。此類煤的儲存、粉磨過程中均需要控制在一定的溫度范圍，具有一定的使用安全風險，在相關工藝設計需考慮此特性。

圖3 埃塞俄比亞當地褐煤的熱重分析圖

根據以上的特性，當地褐煤不能單獨利用作為燒成燃料，在有較高品質要求的燒成窯頭燃料一般利用高熱值進口煤使用，低熱值煤的國內褐煤一般在燒成窯尾使用，且需要控制其熱值在一定范圍內，見表2。

2 結語

（1）埃塞俄比亞的水泥原料主要有石灰石、砂巖和黏土等，不需單獨加入鐵質校正原料。由于地質形成期較短，石灰石、砂巖等形成于中生代以來的沉積巖中，其中砂巖的成熟度較高，對于生料粉磨和燒成均具有一定的影響。黏土中鐵質含量高，一般不需要加入鐵質校正原料。

（2）混合材料來源較為單一，水泥品種為普通硅酸鹽水泥和火山灰水泥。混合材主要為天然物料-浮石、火山灰、凝灰巖、石灰石等，混合材料的單一性決定了其水泥品種主要為火山灰水泥、普通硅酸鹽水泥為主。

（3）當地的燃料以褐煤為主，其熱力性能難以單獨作為水泥燒成燃料使用，還需要進口高熱值燃料混合使用。