环保浪潮下的改性粉煤灰复合高效助磨剂的开发

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环保浪潮下的改性粉煤灰复合高效助磨剂的开发

前言

  据统计，工业和交通运输产生的污染，占我国总污染的70% 以上，而工业又是能源和原材料的主要消耗大户。越来越多的事实表明，环境问题的产生，不仅仅是生产终端的问题，在整个生产过程及其各个环节都有产生环境问题的可能。因此，尽可能地减少工业和交通运输生产全过程中的废物产生、提高单位产品或产值的能源、资源利用率，是实现可持续发展战略和保障公民良好环境权的关键所在。
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9 e* O/ O, g: _) \" S一、粉煤灰引起的环境问题

  我国有丰富的煤炭资源，在今后相当的时期内，煤炭仍将是我国的主要能源，生产量还将继续增长。以燃煤为主的电力工业大规模发展，导致粉煤灰排放量急剧增加，到2000年粉煤灰累计排放量达到了10多亿吨，现阶段我国年排渣量已达3000万吨，并且还不断呈上升趋势。按目前的排灰状况和利用水平，冲灰用水量为6－7亿吨，除灰场占地约40多万亩，这对于水资源贫乏和耕地人均占有率极低的我国来说，无疑是巨大的压力；而大量的粉煤灰若不加处理，就会产生扬尘，造成大气污染；不当排入水体会造成河流淤塞和水体污染，其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。
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% U* {, ]; ]; q# A  m' u综上，粉煤灰所引起的环境问题应引起高度重视，如何利用粉煤灰是当前各行业面对的重要课题。

二、国家对固体废物的法律政策与粉煤灰的利用现状
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) v1 D( f, ^; b$ P, o( m1 {  我国《固体废物污染环境防治法》对防治固体废物污染环境实行“三化”原则，即减量化、资源化和无害化。其中，减量化是指在对资源能源的利用过程中，要最大限度地利用资源和能源，以尽可能减少固体废物的产生量和排放量；资源化是指对已经成为固体废物的各种物质采取措施，进行回收、加工使其转化成为二次原料或能源予以再利用的过程；无害化是指对于那些不能再利用、或依*当前技术水平无法予以再利用的固体废物进行妥善的储存或处置，使其不对环境以及人身、财产的安全造成危害。
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  国家鼓励、支持开展清洁生产；国家鼓励、支持综合利用资源，对固体废物实行充分回收和合理利用，并采取有利于固体废物综合利用活动的经济、技术政策和措施；国家鼓励、支持固体废物污染环境防治的科学研究、技术开发、推广先进的防治技术。
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' C' c. r! I  ?+ V/ x% l  目前粉煤灰可以应用于墙体材料、水泥生产、混凝土和砂浆、筑路、回填等领域：

1．建材制品方面：此类用灰量约占粉煤灰利用总量的35％左右，主要技术有粉煤灰水泥、代粘土作水泥原料、普通水泥、硅酸盐承重切块和小型空心砌块、加气混凝土砌块及板、烧结砖、蒸压砖、双免砖等；
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2．建材工程方面：用灰量约占利用总量的10%，主要技术有粉煤灰用于大面积混凝土、用于灌浆材料等；

% u( E( t. [0 F2 Q3．道路工程方面：用灰量约占20%，主要技术有稳定路面基层、护坡、护堤工程等；

4．农业应用方面：用灰量占15%左右，主要技术有改良土壤、制作磁化肥、农药等；
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5．填筑材料方面：用灰量约15%，主要技术有综合回填、矿井回填、小坝码头填筑等；

6．提取矿物和高值利用方面：用灰量约占5%。

$ ^1 A% I; y4 ]4 J目前，我国粉煤灰的综合利用技术近200项，其中得到实施利用的仅不到70项。因此可以说粉煤灰可利用的空间还是非常广泛的，而在应用比重最大的粉煤灰在建材制品方面的应用中，粉煤灰综合利用还有很大的发展潜力。

  G0 o1 z$ k) h* T三、粉煤灰在水泥中的利用
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+ S1 T5 l1 c6 c2 H3 y  我国是利用工业废渣和天然火山灰资源做水泥混合材最早、使用量最多的国家，解放前就有一些水泥厂利用矿渣做混合材生产矿渣硅酸盐水泥。解放后经济建设急需大量水泥，使我国在利用矿渣作为水泥混合材方面发展迅速，特别是立窑工业的发展，利用矿渣等活性混合材改善水泥安定性已成为立窑生产水泥的重要途径。水泥厂利用矿渣和活性混合材生产不同品种和标号的水泥，节能利废取得显著成绩。

. q& G0 o; m* @8 y8 E! \  2001年，国家技术监督局颁布了我国水泥新标准，使水泥工业与国际接轨，同时也是对占我国水泥产量80%的立窑工业的严峻挑战。如何使水泥工业的发展更好地适应全球经济贸易一体化进程，是我国水泥企业面临的最大挑战。企业走集约型道路，提高粉磨效率，目前普遍采取的做法是通过水泥粉磨工艺环节，降低水泥细度，改善水泥颗粒级配和颗粒形状，采用水泥助磨剂改善水泥性能，提高水泥早期强度，降低水泥电耗达到节约能耗降低水泥成本的效果。目前我国助磨剂市场上产品的产品大多采用乙醇胺和多元醇等有机物质组成，由于原料的稀缺性，不仅供应不足，而且价格昂贵，使水泥企业难以承受，再加上水泥淡旺季的周期性，水泥供应紧张时往往入磨物料温度较高，使助磨剂在生产中有机物在高温时蒸发成气体随磨机废气排入大气，这样不仅使成本增加、效率降低，还对环境造成污染，不符合清洁生产的要求。这样研究开发高效复合型助磨剂是助磨剂发展的需要。
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四、改性粉煤灰复合高效助磨剂的开发

  该产品主要是以粉煤灰为主要生产原料，由几种物质经磁化活化和复合中和等特殊工艺加工而成的粉磨状“绿色”高效助磨剂。该产品价格相对于国内其它类型助磨剂成本低廉，效果显著。是解决水泥企业目前存在的产量低、质量差、耗能高、污染重等问题而研制开发的高效助磨剂。
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（一）   粉煤灰高效复合助磨剂的作用机理

  水泥助磨剂根据水泥粉磨工艺、水泥产品品种及原材料性质适量地加入到被粉磨的物料中，能通过它对物料颗粒表面产生物理化学作用，发挥力学效能，以提高物料的易碎性和分散性，从而提高粉磨产量和细度，降低粉磨电耗。
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  ^: G, ], j5 J4 N  根据助磨剂的作用机理研究选择不同物质组成和不同的工艺，经大量研究试验，开发新的高效助磨剂。要有好的助磨效果，必须满足：1，助磨剂的物质组成必须是偶极矩大的极性物质或强力的表面活性剂，极性物质屏蔽效应强；2, 各种不同的吸附剂在颗粒表面上具有不同的吸附机理，将多种表面活性剂分别通过试验有条件地组合在一起，能够增强在颗粒表面的吸附作用，增强助磨效果；3, 粉磨物料中的各种成分粉碎使所要求的助磨机理各不相同，因此要找出各自的作用机理，确定最佳组合；4,在磨机中要使用几种物质配合在一起制成复合助磨剂，以增强适应性。
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（二）   研究开发粉煤灰高效复合助磨剂主要技术内容

8 S* W( Y# Z9 F- z4 I8 i1， 采用碳酸钙物质完善调整水泥石化学组成和提高粉煤灰的水化过程中所消耗的大量放热反应;

. ]7 U# N" t' E/ b2 ?5 k) V. w, q2， 采用不同激发剂，通过多种试验补充激发粉煤灰的潜在活性，促使与多种离子表面活性剂复合成高效助磨剂；
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4 m3 _1 @- \) Q% K. f5 S, s3， 采用多种分散剂、外加剂与粉煤灰进行复合试验和研究，针对不同的水泥粉磨物种、颗粒等条件和物料的性质在粉磨过程中，使用不同的高效复合粉磨剂，在粉磨中进行微细度的颗粒分布、形状、比表面积、试验分析并通过电镜观察助磨剂有效地改善粉煤灰微细粉的微观面貌，使其大大提高产品的细度，降低机械磨耗，节能降耗，并能较好改善微细粉的颗粒表面形貌趋向于球形。使微细粉粒细度分布均匀，从而找到适合各种条件或特殊条件下的高效复合助磨剂物料组成。使研究开发的粉煤灰高效复合助磨剂达到国家建材行业的水泥助磨剂标准的各项指标。

（三）   粉煤灰高效复合助磨剂开发的主要指标
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1 M4 w$ f# W" Y+ s4 ~1, 提高水泥产品的强度，特别是水泥早期强度，一般可提高2-5Mpa；
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2, 较大提高粉煤灰在水泥中的掺量，大量利用粉煤灰作水泥混合材，粉煤灰掺量可达到25-45％；
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$ E4 ]. n% E0 }. O. i3，充分利用水泥粉磨原有工艺设备，不增加厂房设备投资，可提高粉磨产量10-45%；
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4, 降低机械能，吨水泥节电5-12kwh，降低生产成本，吨水泥降堤成本约2-9元。

3 Z4 a3 u( L! E, j+ w1 U" w% G（四）   粉煤灰高效助磨剂试验研究方法

通过粉煤灰高效复合助磨剂的原材料分别进行粉磨试验筛选、比较，复合成多种试样，最终进行技术经济比较，择优选用最佳的助磨剂。通过在相同粉磨工艺条件下的粉磨试验测定不同物质组成的助磨剂，掌握不同掺量和水泥磨粉细度的关系；通过多种物质组成的高效复合助磨剂对水泥性能的影响研究，综合考核助磨剂及助磨剂效果的技术经济指标，选择最优的助磨剂及助磨剂最佳物质组成，或适应特种条件下使用的助磨剂。
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& [' N" B" F% \% w; O$ [! j7 y五、粉煤灰高效复合助磨剂项目的意义

  该项目技术含量高，创新性强，技术达到国内领先水平，对提升水泥工业的技术水平，促进水泥工业“绿化”进程，完善水泥生产模式有重大作用。具有广阔的市场潜力和推广应用价值，经济效益和社会效益显著；项目实施过程无污染，并且对缓解目前巨大的环境压力具有显著意义。
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1, 该项目一旦被生产企业采用，便会给生产企业带来巨大的经济效益。该项目投入少，见效快，而且技术含量高，至少有20年以上的生命力。在10年前，水泥助磨剂或许对各企业还是一个陌生的名字，但是目前已经被广泛接收并使用。产品要创新，技术要更新，单一的助磨剂目前已经难以满足水泥生产企业的要求，而改性粉煤灰高效复合助磨剂的出现正是对从前技术的更新换代，而且有效缓解了助磨剂生产企业原材料供应不足的压力，成为提高企业经济效益的新的亮点。建设规模能达到年生产两万吨水泥添加剂的生产企业，其销售收入能达到2800万元，年净利润达到600万元，年缴税额达400万元，利税总额为1000万元。

2, 该项目技术给水泥企业带来了福音，我国水泥产量每年达5亿多吨，80%以上为立窑生产，普遍存在着“产量低、质量差、品种少、成本高、效益低”的问题，难以适应激烈的市场竞争，而水泥新标准的实施更使广大水泥生产企业面临窘境。该项目技术能给水泥生产企业注入新的活力。在水泥粉磨时掺入0.5％－0.8％的项目产品，可提高水泥强度20%以上，提高水泥产量15％以上，每吨水泥生产成本降低10元以上，并能改善水泥的干缩、耐磨、抗渗、抗炭化和抗侵蚀性能。该技术对水泥工业大量利用固体废物，节能降耗，改善水泥性能等方面都起到巨大作用，是实现与新标准接轨的有效途径。
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3, 该项目技术的实施很好地把环境效益与经济效益、社会效益结合统一起来，贯彻落实了环境法中环境保护同经济建设、社会发展相协调的原则。1999年我国生产水泥5.46亿吨，利用工业废渣约1亿吨，若使用该技术，在同等条件下，可使用工业废渣掺加量提高一倍以上，全年即可多利用工业废渣8500万吨，可增加水泥产量8500万吨，实现产值170亿元。利税100亿元，节约标准煤1020万吨，减少土地占用39000亩；同等水泥产量下，可减少有害气体排放：二氧化碳8500万吨，二氧化硫17万吨，氮氧化物34万吨。同时也减少了相应的冲灰用水量，减少了大气污染和水污染。