一图读懂 | 天山股份2023年度环境、社会及管治(ESG)报告
一图读懂天山股份2023年度环境、社会及管治(ESG)报告
近年来,随着全球对节能减排的呼声越来越高,传统水泥生产由于消耗大量资源和能源,以及产生大量的温室气体而面临巨大挑战。......
0 引言
近年来,随着全球对节能减排的呼声越来越高,传统水泥生产由于消耗大量资源和能源,以及产生大量的温室气体而面临巨大挑战。资料显示,水泥工业能源消耗占全球一次能源消费的2%左右,或占全球工业能耗近5%;其CO2排放量占全球CO2排放总量的5%[1]。而对占全球产量近60%的我国水泥行业而言,水泥工业的节能减排显得尤为迫切。
水泥生产过程中CO2排放源主要有:1)原料中碳酸盐分解;2)燃料的燃烧;3)各工艺设备的电力消耗。通用硅酸盐水泥生产中排放的CO2约有60%来自于碳酸盐分解,约有40%来自于燃料燃烧和电耗。通用硅酸盐水泥熟料中C3S矿物含量一般在60%左右,而由于C3S烧成温度较高,且配料中碳酸钙比例较大,因此生产时能耗较高,CO2及NOx的排放量也较大。因此,要实现水泥的低碳生产,可采用以下两种技术途径:一是降低能源消耗产生的CO2量,即在通用硅酸盐水泥体系及其矿物组成范围内,通过调控原材料的易烧性和易磨性,改进生产工艺及装备水平,降低水泥生产过程的能源消耗;二是降低碳酸盐分解产生的CO2量,即突破现有硅酸盐水泥熟料矿物体系及其矿物组成范围的限制,降低高钙矿物含量而提高低钙矿物含量或引入其他低钙矿物组分,研究开发新的低碳水泥体系。目前,水泥行业在第一种途径上已取得了良好进展,系列节能减排技术得到大规模普及利用,在现有技术条件下,依靠工艺技术及装备水平改造进一步实现节能减排难度已很大,而低碳水泥品种的研发成为当今水泥材料科学领域的热点。
目前,国际上低碳水泥品种很多,有Porsol水泥、Alinit水泥、Celitement水泥、日本生态水泥、多组分高混合材掺量水泥、高贝利特水泥、Aether水泥、BCT水泥等,本文只对水泥生产工艺变化不大,可用目前新型干法水泥窑直接生产的高贝利特水泥、Aether水泥和BCT水泥进行了总结。
1 高贝利特水泥
水泥熟料中C3S矿物的生成焓为1810kJ/kg,而C2S矿物的生成焓仅为1350kJ/kg[2],所以增加熟料中C2S的含量并减少C3S的含量是降低熟料煅烧能耗的有效途径。因此,以C2S为主导矿物的低钙高贝利特水泥成为国际水泥工业最活跃的研究热点之一。
以贝利特为主导矿物的低热硅酸盐水泥体系(C2S-C3S-C3A-C4AF,即高贝利特水泥,High Belite Cement)的研究源于20世纪30年代的美国。其于1932~1935年建造高99m的莫利斯(Morris)坝期间第一次研制了低热水泥,即限制水泥熟料中C3A和C3S的含量以降低水化热,这即是高贝利特水泥的原型。此外,德国、日本和瑞典等国家也都开展过相关的研究。至20世纪90年代,中国在高贝利特水泥的研究和实践应用方面卓有成效,在国内外首次实现以C2S为主导矿物的高性能低热硅酸盐水泥的工业化生产。
高贝利特水泥和通用硅酸盐水泥在矿物组成上主要的差别在于C3S和C2S两种硅酸盐矿物含量的基本对调。高贝利特水泥以CaO含量相对较低的C2S为主(C2S含量一般为45%以上),从而使整个体系的CaO含量降低,其矿物组成为:C2S:40%~70%,C3S:10%~40%,C3A:2%~8%,C4AF:10%~25%[3]。其矿物种类与通用硅酸盐水泥相同,因此,其水化过程和水化产物也基本相同。
高贝利特水泥使用的原料与传统硅酸盐水泥基本相同,需加入石膏、重晶石、黄铁矿、铜尾矿和铅锌尾矿等外加剂以稳定高活性C2S晶型[3]。高贝利特水泥在制备工艺上具有低资源能源消耗、低环境负荷等特点。如其烧成温度仅为1 350℃,比传统硅酸盐水泥低约100℃,烧成过程中CO2和SO2等的排放量降低10%,在水泥性能上具有低热和高后期强度等特性,很好地满足了大体积混凝土尤其是水工混凝土的技术要求,并在举世瞩目的三峡大坝等重点工程进行了规模应用。但与传统水泥相比,高贝利特水泥存在早期强度低的缺点。为此,水泥科研工作者做了大量努力,通过物理活化和化学活化等多种技术途径,改善了高贝利特体系的早期水化活性[4-8]。
2 Aether水泥[9]
Aether水泥是由拉法基公司研制发明的,并已申报发明专利。拉法基水泥公司于2010年成立了Aether项目组,历时3年(从2010年9月1日至2013年8月31日)进行了Aether低碳水泥的相关研究工作。Aether项目组完成了Aether水泥生产的2次工业试验,证实了依托现有的水泥窑炉工业化规模生产Aether水泥的可行性。
Aether水泥可使用的原料包括:石灰石、铝土矿、石膏、铁质原料及泥灰岩。其引入硫铝酸钙(C4A3S)矿物,在较低的温度(1225~1300℃)下生产,相比波特兰水泥(1400~1500℃),可显著降低生产能耗,吨水泥可减少CO2排放量25%~30%。Aether水泥的矿物组成为:贝利特(C2S)40%~75%,硫铝酸钙(C4A3S)15%~35%,铁相(C2(A,F))5%~25%。Aether水泥相组成实例:C4A3S:35.5%,β-C2S:4.1%,α‘-C2S:44.0%,C12A7:0.7%,C2(A,F):12.4%,C2AS:0.9%,CaSO4:2.4%。
Aether水泥水化过程:
① C4A3S 水化:
C4A3S+2CS+38H→C3A·3CS·H32 +2AH3
② C2S 开始水化:C2S+AH3 +5H→C2ASH8
③ C2S水化、C2(A,F)开始水化:
C2S+C2(A,F)+10H →C2(A,F)SH8+2CH
C2S + C2(A,F)+5H→C3(A,F)SH4+CH
④ 中长期水化:
2C2S+C2(A,F)SH8 +(x-4)H→C3(A,F)SH4 +C3S2Hx
Aether水泥水化机理见图1。
图1 Aether水泥水化机理
专业机构BRE(英国建筑科学研究院-英国领先的建筑专业技术中心)对Aether水泥的测试结果表明:由Aether水泥制备的混凝土拥有较高的早期抗压强度,其6h抗压强度可达20MPa左右,28d抗压强度达到标准水泥(CEMⅠ52.5R)强度水平;该混凝土的尺寸收缩小于OPC配制混凝土的50%,尺寸稳定性高于OPC水泥制作的混凝土。
Aether水泥煅烧范围较窄(1225~1300℃),温度过低,矿物未完全反应,会产生C12A7和C2AS矿物,影响熟料质量;温度过高,C4A3S 矿物分解,SO2排放增加,易磨性变差。因此,需要严格控制煅烧温度,对工艺控制要求更高。
由拉法基公司相关报道可以看出,Aether水泥与贝利特-硫铝酸盐水泥(贝利特-硫铝酸盐水泥矿物组成为C2S:40%~70%,C4A3S:15%~30%,C4AF:0~10%)非常相近,应为同一水泥熟料矿物体系。
3 BCT水泥 [10-12]
BCT水泥是Belite-Calciumsulfoaluminate-Ternesite水泥的简称,由德国海德堡公司发明,并已申请发明专利。采用直径0.3m、长7.6m的试验窑炉进行了半工业规模的试验,生产了数吨不同成分的BCT熟料。试验证明,BCT水泥熟料整个生产过程(包括排放)都与普通水泥熟料生产相似,生产的BCT水泥砂浆试验证明其性能良好。下一步将扩大至工业规模和优化制造技术。
BCT水泥的核心技术是在熟料矿物体系中引入Ternesite即硫硅钙石矿物。硫硅钙石(C5S2S) 由2个C2S和1个CS 组成,一直被认为是惰性的,研究发现Ternesite是一种具有活性的熟料矿物,其水化反应介于铝酸盐和贝利特之间。与传统OPC水泥熟料煅烧过程中需要快速冷却以保留熟料的高反应活性不同的是,Ternesite形成温度在950~1 200℃之间,因此,BCT水泥熟料需要一个较慢的冷却过程或者说在烧成带后一个相对较长的停留时间。
BCT水泥生产需要的原材料与普通硅酸盐水泥相近,石灰石、泥灰岩、粉煤灰和工业副产石膏等工业废渣都是其原料来源。BCT水泥熟料中引入硫铝酸钙(C4A3S)和硫硅钙石(C5S2S),在较低的温度(1250~1300℃)下生产,CO2排放比传统OPC水泥熟料降低30%,预计将节约燃料和电力消耗10%~15%。BCT水泥熟料的矿物组成为:C5S2S :5%~75%,C2S:1%~80%,C4(AxF1-x)S :5%~70%,二次相(secondary phases):0~30%。(专利保护范围)最佳矿物组成为:C5S2S :20%~0%,C2S:20%~50%,C4(AxF1-x)S:20%~45%,二次相:10%~20%。
x取值范围为0.1~1,优选在0.8~0.95。
BCT水泥水化过程:
①当BCT水泥与水接触时,C4A3S快速与硫酸盐形成钙矾石。因此,第一个24h占主导地位的是C4A3S 与硬石膏反应形成钙矾石。
C4A3S+CS+H→C3A·3CS·H32+AH3
② 硬石膏一旦耗尽,剩余的铝酸盐相和铁相继续溶解并与Ternesite反应通过消化Al(OH)3形成更多的钙矾石和AFm。
C4A3S+C4AF+C5S2S+AH3→C2ASH+C3A·3CS·H32+C3A·CSH12
③ 最后贝利特反应形成C-S-H凝胶:
C2S+H→C-S-H+CH
最终的水化产物为C(A)SH凝胶、AFt、AFm、潜在的水榴石和羟钙石。
该品种水泥综合了硫铝酸钙的早期强度和贝利特水泥的耐久性,并通过Ternesite填补了迅速反应的铝酸盐和提供后期强度的贝利特的反应空白区间。基于Ternesite的水化特点,其除了可作为BCT水泥的一种矿物组分外,还可以作为一种添加剂用于硫铝酸盐基和硅酸盐基水泥胶凝材料系统中以改善性能。
4 结论
上述三类以低钙矿物C2S和C4A3S为主导矿物的熟料体系中,除硅酸盐体系的高贝利特水泥外,其他各类体系的水泥均引入一种以上的低能耗、低钙、高早强矿物,如C4A3S、C5S2S等。高贝利特含量和引入低钙早强矿物成为国际低碳水泥研究的趋势。
然而,从Aether水泥和BCT水泥体系的研究来看,C4A3S和C5S2S在1300℃会发生分解,因此,引入此矿物的水泥熟料体系烧成范围窄,对工艺过程控制水平提出了更高的要求;另外,在体系中过多地引入上述低钙早强矿物,也不利于实现水泥体系高性能化。在水泥性能方面,尽管这些体系的水泥具有较高的早期强度特征,但在施工性能及水泥耐久性方面都相应带来了不利影响,例如含C4A3S 体系的水泥,凝结过程则较难控制,因此在绝大部分情况下,也仅仅作为特种工程材料使用,限制其大范围推广应用。
笔者认为,如果能将目前中国建筑材料科学研究总院研究推广的能源管控系统应用于含低钙矿物的Aether水泥和BCT水泥的生产控制中,将可显著提高工艺控制水平,更好地实现低碳水泥的工业化生产。而对于水泥性能方面的影响,有研究表明硫铝酸钡钙C(4-x)BxA3S 的稳定性优于C4A3S,因此可通过掺杂等形式使C4A3S和C5S2S等低钙矿物更加稳定化以实现水泥性能优化。
参考文献:
[1] 史 伟,崔源声,武夷山。国外水泥工业低碳发展技术现状及前景展望[J].水泥,
[2] Kurdowski W, Duszak S, Trybalska B. Belite produced by means of low-temperature synthesis[J]. Cement and Concrete Research, 1997, 27(1): 51-62.
[3] 中国建筑材料科学研究院.一种高贝利特水泥熟料及其制备工艺:中国,98100581.0[P].1998-09-23.
[4] SUI Tongbo, GUO Suihua, LIU Kezhong, et al. Research on high belite cement[C]//4th Beijing International Symposium on Cement and Concrete. Beijing: China Academic Publishers, 1998:145-148.
[5] 方永浩,杨南如.异离子对β-C2S的稳定性及显微结构的影响[J]. 硅酸盐通报,1993(6):7-11.
[6] 隋同波,刘克忠,王 晶,等.高贝利特水泥的性能研究[J].硅酸盐学报,1999,27(4):488-492.
[7] 冯培植,李建锡.微量元素影响C2S水化活性的研究[J].武汉工业大学学报,1994,16(3):32-37.
[8] 卢伟杰,潘常玉,芦令超.高贝利特水泥活化技术的研究[J].新世纪水泥导报,2007(2):31-35.
[9] http://www.aether-cement.eu/.
[10] Wolfgang Dienemann, Dirk Schmitt, Frank Bullerjahn, et al. Belite-Calciumsulfoaluminate-Ternesite(BCT) - a new low carbon clinker technology[C]//VDZ Congress 2013(7th International VDZ Congress "Process Technology of Cement manufacturing").
[11] Heidelberg cement Ag. Method for producing ternesite-belite calcium sulfoaluminate clinker,WO 2013023731 A2.
[12] Heidelberg cement Ag. Calcium sulfoaluminate cement with ternesite,WO 2013023728 A2.
编辑:祝嫣然
监督:0571-85871667
投稿:news@ccement.com
热门品牌价格
地区频道价格
一图读懂天山股份2023年度环境、社会及管治(ESG)报告
要求建材行业加快产业结构优化升级,大力推进节能降碳,全面提高资源利用率。
2023年12月26日,重庆市发布2023年第二批重点行业企业大气污染防治绩效评级名单,位于忠县的重庆海螺水泥有限责任公司被认定为A级。
3月18日,江苏悦达百奥恒年产300万吨新型低碳胶凝材料项目举行开工活动。
海螺集团将不断释放创新创造优势,瞄准新兴产业方向,以创新精神加快形成新质生产力,点燃高质量发展合力引擎。
近日,贵港台泥获评为广西壮族自治区环境保护与生态文明建设先进集体、贵港市2023年度优秀工业企业。
争取尽快实现我国碳排放权交易市场的首次扩围。
四川省三台县波特兰商品砼有限公司计划年产50万吨砂石生产线建设及混凝土生产线升级改造项目环评拟获批。公示期2024年2月26日至3月1日。项目位于三台县工业园区,不新增用地,符合规划用地性质。相关环境保护措施已提出。
冀东水泥在注重经济效益的同时,还要继续坚持高质量的绿色低碳发展和数字化转型之路。
工业和信息化部发布《工业领域碳达峰碳中和标准体系建设指南》,旨在引导和支持工业领域实现碳达峰和碳中和目标,符合相关实施方案要求。
《碳排放权交易管理暂行条例》已经2024年1月5日国务院第23次常务会议通过,现予公布,自2024年5月1日起施行。
台湾水泥公司2月1日宣布签署合作备忘录,表示将与德国蒂森克虏伯波利修斯公司合作开发新型碳封存技术。
这些试点分布比较广泛、类型多样,具有较好的代表性,涉及钢铁、有色、石化等多个行业。后续试点工作中将加强技术指导、经验总结、案例推广,真正发挥好试点的示范带动作用。
预计每年可产生约75万千瓦时的清洁电能,平均年节约标煤约226吨,平均年减少二氧化碳排放量约619吨。
重点压减石灰石资源匮乏、空气质量较差地区的水泥熟料产能,支持熟料生产企业开展省外布局和向省里确定的重点建设区转移。进一步研究落实2500吨/日及以下水泥熟料生产线整合退出方案。
1月22日,全国温室气体自愿减排交易市场启动仪式在北京举行。中共中央政治局常委、国务院副总理丁薛祥出席活动,宣布全国温室气体自愿减排交易市场启动。
未来,台泥贵港厂将致力于发挥其领跑者的作用,不断追求卓越,力争取得更加出色的成绩。
近年来,为实现“双碳目标”,水泥业内不断推进在“CCUS”技术发展道路上的探索,但若想通过“CCUS”大幅降低水泥企业碳排放量,依旧是困难重重。
取缔非法生产的石料加工厂,清运堆放的建筑垃圾,有效改善了周边环境。
到2026年绿色建材全年营业收入超3000亿元,2024年至2026年年均增长10%以上。
低碳水泥产品制造商 Sublime Systems 刚刚宣布为其首个千吨级商业工厂选址。
海螺集团党委书记、董事长杨军应邀参会并发表演讲,海螺集团总经理助理陈永波等领导陪同。来自全国范围内百余家行业骨干企业300余人参加论坛。
年度成交量1118.39万吨,同比上升19.1%;年度成交额4.72亿元,同比上升13.9%;累计成交量3.88亿吨、成交额95.75亿元,分别占试点碳市场的42.7%、42.2%。
为实现水泥生产技术重大转型升级,威顿水泥集团对现有生产线实施数字化、智能化绿色工厂技术改造,通过产能“等量置换”,技改建设1条日产4500吨第二代新型干法水泥熟料生产线和1条日产1500吨特种水泥熟料生产线,协同年处置50000吨危险废物和日处置400吨生活垃圾。
金元绥阳位于贵州绥阳经济开发区,铁合金分厂是该公司煤电锰循环经济产业项目中的一部分,循环经济产业项目还包括一个年产130万吨水泥熟料的水泥厂。
2024年1月9日,青州中联年产20万吨二氧化碳全氧燃烧富集提纯示范项目顺利点火,1月12日举行试生产运行庆祝仪式,标志着示范项目全面进入试生产运行阶段。
今天,为您推出临朐山水水泥有限公司《以产业“含绿量”,提升发展“含金量”》。
目前3条线SCR脱硝技改已完成,并投入使用,运行效果良好,剩余1条线SCR脱硝技改也已建设完成,处于验收阶段。
1月6日,安徽省碳中和产业协会成立大会在合肥召开,在随后召开的第一届会员代表大会上,天瑞萧县水泥被选为常务理事单位。
2024年1月9日,八宿县人民政府发布了八宿海螺水泥由西安责任公司资源综合处置项目环境影响评价第一次公示。
八宿海螺水泥拟利用公司现有的一条2500t/d新型干法水泥熟料生产线协同处置八宿县及周边县域城市生活垃圾、医疗废物、废矿物油与含矿物油废物。项目计划总投资4350万元,建设时间预计为一年。
万年水泥厂采用的余热利用及暖通系统,是通过回转窑窑筒体表面辐射热原理,从而满足厂区综合楼、中控楼、员工公寓、食堂等区域约10000平方米面积的24小时供暖和热水供应。
辽宁省工信厅发布2024年生态环境保护工作计划,要求水泥企业常态化错峰生产,停窑150天。具体时间为:1-3月、4、6、8月各15天,12月1-31日。特殊情况需在3月16-31日或11月1-31日停窑。
由于采矿企业挖矿采砂,这段古赵长城已经被拦腰截断。
2023年12月30日晚22点18分,全球首套10MW/80MWh二氧化碳储能示范系统调试并网一次成功!
2023年12月26日,由中航国际北京公司联合德国洪堡(KHD)承建的曲靖昆钢嘉华节能降耗技改项目经过连续七天试生产考核,一次性验收成功,各项技术指标均达到合同要求,一级筒分离效率大于95.3%,C1出口阻力比改造前降低1400Pa。
在新的一年来临之际,2024年宏观政策十大看点适时推出,畅想新年宏观政策着力点。
推荐文章