应用高新技术建设“环境材料型”水泥工业(2)

陈全德

　　3、石灰石耗用量：1997年全国水泥工业为4.8亿吨。每吨熟料耗用1.3吨石灰石；在我国目前水泥平均熟料消耗量1997年为71.8%，1998年为74%情况下，吨水耗用石灰石0.95～0.98吨。石灰石是水泥工业的重要资源，至1996年止，全国已发现石灰岩矿点7000～8000处，其中已探明储量的矿点1233处，B+C+D级储量543.5亿吨；可利用矿点604处，保有水泥石灰岩储量286亿吨。我国石灰岩产量仅次于美国，1996年产量21.08亿吨，其中水泥石灰岩6.5亿吨。由上可见，我国石灰岩储量丰富。但是，我国石灰岩资源分布也存在不平衡问题，渤海湾、江苏沿海、浙闽粤琼东南、内蒙中部、吉林东部、赣西、陕北等地资源短缺，况且石灰岩又属不可再生资源，因此亦应珍惜和综合利用。
　　4、二氧化碳（CO2）排放量：1997年全国水泥工业为3.6亿吨，1998年为3.9亿吨。水泥工业CO2的产生、主要由水泥熟料烧成过程中燃料燃烧及碳酸盐分解所致。由于硅酸三钙是决定熟料品质的主要矿物，因此采用减少熟料中硅酸三钙措施以减少石灰石用量及CO2生成量甚不可取，采用高效收尘装备减少生为消耗量以及采用高新技术降低熟料耗热量才是正确途径。一般来说：水泥生料CO2生成量约为0.346kg CO2/kg生料；煤粉燃烧CO2生成量约为2.42kg CO2/kg煤。由此可见：降低熟料烧成煤耗是减少水泥工业CO2生成量及排放量的关键。同时，降低水泥综合电耗；提高熟料质量以便增加水泥或混凝土中工业废渣的掺入量，减少熟料或水泥用量，亦是减少水泥工业CO2排放量的重要措施。
　　5、二氧化硫（SO2）排放量：1997年全国水泥工业为86万吨，占全国工业SO2排放量1772万吨的4.85%。水泥工业废气中CO2的生成来源在于原、燃料中所含硫化物的化合物组分。水泥熟料煅烧过程中，虽有一部分硫被吸收进入熟料，但仍有一部分进入废气中排出。如选用低硫燃料或废气排出前采取脱硫措施，SO2排除量可以降低。
　　6、氮氧化物（NOx）排放量：1997年全国水泥工业NOx排放量约44～62万吨。在水泥工业熟料煅烧过程中，NOx的形成分“高温NOx”及“燃料NOx”两个部分。前者是空气中的N2在高温状态下与O2化合形成，因此，同温度高低密切关联；后者是燃料中N2与空气中的O2在挥发分燃烧的低温状态下化合形成，因此同燃料发火喷射流中O2的浓度关联。新型干法水泥生产由于大部分燃料从分解炉加入，低温燃烧，同时有的窑型（如：PR-LOWNOX型、DD型窑等）在分解炉下部设置LOWNOX喷咀使部分燃烧在还原所氛中燃烧，有利于还原窑内废气中的NOx；同时，由于新型多通道燃烧器（如：Pyro-Jet燃烧器等）的应用，亦有利于降低NOx的生成量。
　　7、烟尘及粉尘排放量：1997年全国水泥工业烟尘加粉尘总排放量约690～750万吨，占全国工业烟尘加粉尘总排出量2770万吨的24.9～27.1%；如按县以上工业企业统计，水泥工业为627万吨，占全国县以上工业企业总排尘量1233万吨的50.85%。再按县以上企业烟尘及工艺粉尘排放量分别分析，水泥工业烟尘排放量42万吨，占全国县以上企业烟尘排放量685万吨的6.1%，而粉尘排放量水泥工业为584.7万吨，全国县以上工业企业为548万吨（均摘自’98中国环境分析，资料显然有误，可能水泥工业县以上企业中，含有部分乡镇水泥企业）。由此可见，水泥工业企业燃料产生的烟尘，由于在熟料煅烧过程中已掺入熟料，故烟尘排放量较少；而由于收尘装备不够完善，特别是乡镇小型立窑企业收尘装备更差，有的甚至没有收尘装备，所以工艺粉尘排放量大。这从全国工业企业粉尘排放总量1505万吨中，县以上企业548万吨占36.4%，乡镇企业957万吨63.6%的数据中，亦清晰可见。
　　8、工业固体废物产生量及排放量：1997年全国县以上工业企业固体废物产生量及排放量分别为65749万吨及1549万吨；县以上水泥工业企业分别为491万吨及20万吨，分别占县以上工业的0.75%及1.29%。由此可见，水泥工业固体废物产生量及排放量是较小的。此外，从工业固体废物累计储存量来看，全国工业固体废物累计储存量已高达65.83亿吨，而水泥工业仅126万吨，占总储存量0.019%。而从行业分析，产生固体废弃物最多的是采掘、黑色冶金、化学工业、有色金属冶炼及电力等行业。水泥工业不但产生和排放固体废物量少，同时还有条件利用煤炭、冶金、电力等行业的矸石、矿渣、粉煤灰等废渣、废料作为功能性调节材料，缓解这些行业对环境的污染。
　　9、工业危险物产生量及排放量：1997年全国县以上工业企业危险废物产生量及排放量分别为1010万吨及46万吨。而水泥工业则无危险废物产生及排放。危险废物产生量最多的为化工、采掘、冶炼、石油等行业；排放量最多的是采掘、化工、有色金属冶炼等行业。水泥工业不但行业本身不产生和排放危险废物，还有可能将一些可燃性危险废物作为可燃物须水泥回转窑内加以降解。
　　10、工业废水排放量：1997年全国工业废水排放量227亿吨，其中：县以上工业188亿吨。县以上水泥工业为3亿吨，分别占全国工业及县以上工业的1.32%及1.60%。由此可见，水泥工业废水排放量较少。同时，工业废水中污染物主要是硫化物、氰化物、铝、砷、汞、镉、石油类等。这些污染在水泥工业废水中含量极少，而在化工、石油、造纸等行业较多。

　　从以上十个方面可见，影响水泥工业“环境负荷值”最大的因素首先是燃料、电力、石灰石等资源、能源负荷；其次是二氧化碳、粉尘、二氧化硫、氮氧化物排放等污染源负荷；至于工业固体废物、危险废物及废水排放负荷，其权重则是很小的。同时，水泥工业还有充分利用工业废渣、废料作为功能调节材料，以及降解工业、生活垃圾及可燃性危险废物的有利条件。新世纪中，水泥工业可能利用当代高新技术，建设成为“环境材料型”产业。

二、水泥材料的环境协调性评价方法研究

(一) 环境材料的特性
　　环境材料的优越性能主要表现在使用性能与环境协调性能两个方面。同时这两种性能的评判指标是动态的，它们随着科学技术的进步而发展变化。环境材料也不仅指那些高新技术材料，由于许多传统材料本身就具有环境材料特征，可以赋予其高新技术内涵，使之发展成为环境材料。
　　判断某种材料是否属于环境材料的范畴，一般有五个判据：即质量判据、经济判据、资源判据、能源判据和环境判据。前两者为一般材料均要求的共同判据，后三者则属环境材料特别强调的判据，亦可通称为环境判据。传统材料科学与工程主要研究材料成分、结构、工艺和性能四大要素；而环境材料科学与工程研究内容除上面四大要素外，特别增加了环境要素。其目的在于探寻在加工、制造、使用和废弃再生过程中，具有较低环境负荷的新工艺、新材料。这样，一方面可以有效地改造落后的传统生产工艺，使之“环境材料化”；另一方面，可以在新材料、新工艺研制开发过程中，科学地预测其可能对环境产生的影响，力求同环境协调。
　(二) 环境材料协调性评价方法——LCA法
　　目前，国际上比较广泛应用的环境协调性评价方法是生命周期评价（Life Cycle Assessmenrs简称LCA）法。它起始于20世纪60年代末期的能源危机时期。美国中西（Midwest）研究所于1969年用LCA思想对饮料容器的能耗进行评价；1990年国际环境毒理学和化学学会（Society of Environmrntal Toxicoligy and Chemistry简称SETAC）正式提出了“生命周期评价”（LCA）术语，将对产品或材料全过程的评估能耗思路推广到对其全过程能耗、资源消耗、废弃物排放等各个方面，既可对它们进行单项因素评估又可进行综合评价。1993年6月成立的国际标准化组织环境管理标准化委员会（ISO/TC207）由六个分委会组成，其中：SC5为“生命周期评定”分委员会，它的任务就是研究产品的整个生命周期，即从开发、设计、制造、流通、报废到再利用的全过程中对环境的影响进行评价。