應(yīng)用高新技術(shù)建設(shè)“環(huán)境材料型”水泥工業(yè)(2)

陳全德

　　3、石灰石耗用量：1997年全國水泥工業(yè)為4.8億噸。每噸熟料耗用1.3噸石灰石；在我國目前水泥平均熟料消耗量1997年為71.8%，1998年為74%情況下，噸水耗用石灰石0.95～0.98噸。石灰石是水泥工業(yè)的重要資源，至1996年止，全國已發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r礦點(diǎn)7000～8000處，其中已探明儲(chǔ)量的礦點(diǎn)1233處，B+C+D級(jí)儲(chǔ)量543.5億噸；可利用礦點(diǎn)604處，保有水泥石灰?guī)r儲(chǔ)量286億噸。我國石灰?guī)r產(chǎn)量僅次于美國，1996年產(chǎn)量21.08億噸，其中水泥石灰?guī)r6.5億噸。由上可見，我國石灰?guī)r儲(chǔ)量豐富。但是，我國石灰?guī)r資源分布也存在不平衡問題，渤海灣、江蘇沿海、浙閩粵瓊東南、內(nèi)蒙中部、吉林東部、贛西、陜北等地資源短缺，況且石灰?guī)r又屬不可再生資源，因此亦應(yīng)珍惜和綜合利用。
　　4、二氧化碳（CO2）排放量：1997年全國水泥工業(yè)為3.6億噸，1998年為3.9億噸。水泥工業(yè)CO2的產(chǎn)生、主要由水泥熟料燒成過程中燃料燃燒及碳酸鹽分解所致。由于硅酸三鈣是決定熟料品質(zhì)的主要礦物，因此采用減少熟料中硅酸三鈣措施以減少石灰石用量及CO2生成量甚不可取，采用高效收塵裝備減少生為消耗量以及采用高新技術(shù)降低熟料耗熱量才是正確途徑。一般來說：水泥生料CO2生成量約為0.346kg CO2/kg生料；煤粉燃燒CO2生成量約為2.42kg CO2/kg煤。由此可見：降低熟料燒成煤耗是減少水泥工業(yè)CO2生成量及排放量的關(guān)鍵。同時(shí)，降低水泥綜合電耗；提高熟料質(zhì)量以便增加水泥或混凝土中工業(yè)廢渣的摻入量，減少熟料或水泥用量，亦是減少水泥工業(yè)CO2排放量的重要措施。
　　5、二氧化硫（SO2）排放量：1997年全國水泥工業(yè)為86萬噸，占全國工業(yè)SO2排放量1772萬噸的4.85%。水泥工業(yè)廢氣中CO2的生成來源在于原、燃料中所含硫化物的化合物組分。水泥熟料煅燒過程中，雖有一部分硫被吸收進(jìn)入熟料，但仍有一部分進(jìn)入廢氣中排出。如選用低硫燃料或廢氣排出前采取脫硫措施，SO2排除量可以降低。
　　6、氮氧化物（NOx）排放量：1997年全國水泥工業(yè)NOx排放量約44～62萬噸。在水泥工業(yè)熟料煅燒過程中，NOx的形成分“高溫NOx”及“燃料NOx”兩個(gè)部分。前者是空氣中的N2在高溫狀態(tài)下與O2化合形成，因此，同溫度高低密切關(guān)聯(lián)；后者是燃料中N2與空氣中的O2在揮發(fā)分燃燒的低溫狀態(tài)下化合形成，因此同燃料發(fā)火噴射流中O2的濃度關(guān)聯(lián)。新型干法水泥生產(chǎn)由于大部分燃料從分解爐加入，低溫燃燒，同時(shí)有的窯型（如：PR-LOWNOX型、DD型窯等）在分解爐下部設(shè)置LOWNOX噴咀使部分燃燒在還原所氛中燃燒，有利于還原窯內(nèi)廢氣中的NOx；同時(shí)，由于新型多通道燃燒器（如：Pyro-Jet燃燒器等）的應(yīng)用，亦有利于降低NOx的生成量。
　　7、煙塵及粉塵排放量：1997年全國水泥工業(yè)煙塵加粉塵總排放量約690～750萬噸，占全國工業(yè)煙塵加粉塵總排出量2770萬噸的24.9～27.1%；如按縣以上工業(yè)企業(yè)統(tǒng)計(jì)，水泥工業(yè)為627萬噸，占全國縣以上工業(yè)企業(yè)總排塵量1233萬噸的50.85%。再按縣以上企業(yè)煙塵及工藝粉塵排放量分別分析，水泥工業(yè)煙塵排放量42萬噸，占全國縣以上企業(yè)煙塵排放量685萬噸的6.1%，而粉塵排放量水泥工業(yè)為584.7萬噸，全國縣以上工業(yè)企業(yè)為548萬噸（均摘自’98中國環(huán)境分析，資料顯然有誤，可能水泥工業(yè)縣以上企業(yè)中，含有部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)水泥企業(yè)）。由此可見，水泥工業(yè)企業(yè)燃料產(chǎn)生的煙塵，由于在熟料煅燒過程中已摻入熟料，故煙塵排放量較少；而由于收塵裝備不夠完善，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型立窯企業(yè)收塵裝備更差，有的甚至沒有收塵裝備，所以工藝粉塵排放量大。這從全國工業(yè)企業(yè)粉塵排放總量1505萬噸中，縣以上企業(yè)548萬噸占36.4%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)957萬噸63.6%的數(shù)據(jù)中，亦清晰可見。
　　8、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量及排放量：1997年全國縣以上工業(yè)企業(yè)固體廢物產(chǎn)生量及排放量分別為65749萬噸及1549萬噸；縣以上水泥工業(yè)企業(yè)分別為491萬噸及20萬噸，分別占縣以上工業(yè)的0.75%及1.29%。由此可見，水泥工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量及排放量是較小的。此外，從工業(yè)固體廢物累計(jì)儲(chǔ)存量來看，全國工業(yè)固體廢物累計(jì)儲(chǔ)存量已高達(dá)65.83億噸，而水泥工業(yè)僅126萬噸，占總儲(chǔ)存量0.019%。而從行業(yè)分析，產(chǎn)生固體廢棄物最多的是采掘、黑色冶金、化學(xué)工業(yè)、有色金屬冶煉及電力等行業(yè)。水泥工業(yè)不但產(chǎn)生和排放固體廢物量少，同時(shí)還有條件利用煤炭、冶金、電力等行業(yè)的矸石、礦渣、粉煤灰等廢渣、廢料作為功能性調(diào)節(jié)材料，緩解這些行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染。
　　9、工業(yè)危險(xiǎn)物產(chǎn)生量及排放量：1997年全國縣以上工業(yè)企業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量及排放量分別為1010萬噸及46萬噸。而水泥工業(yè)則無危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生及排放。危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量最多的為化工、采掘、冶煉、石油等行業(yè)；排放量最多的是采掘、化工、有色金屬冶煉等行業(yè)。水泥工業(yè)不但行業(yè)本身不產(chǎn)生和排放危險(xiǎn)廢物，還有可能將一些可燃性危險(xiǎn)廢物作為可燃物須水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加以降解。
　　10、工業(yè)廢水排放量：1997年全國工業(yè)廢水排放量227億噸，其中：縣以上工業(yè)188億噸?？h以上水泥工業(yè)為3億噸，分別占全國工業(yè)及縣以上工業(yè)的1.32%及1.60%。由此可見，水泥工業(yè)廢水排放量較少。同時(shí)，工業(yè)廢水中污染物主要是硫化物、氰化物、鋁、砷、汞、鎘、石油類等。這些污染在水泥工業(yè)廢水中含量極少，而在化工、石油、造紙等行業(yè)較多。

　　從以上十個(gè)方面可見，影響水泥工業(yè)“環(huán)境負(fù)荷值”最大的因素首先是燃料、電力、石灰石等資源、能源負(fù)荷；其次是二氧化碳、粉塵、二氧化硫、氮氧化物排放等污染源負(fù)荷；至于工業(yè)固體廢物、危險(xiǎn)廢物及廢水排放負(fù)荷，其權(quán)重則是很小的。同時(shí)，水泥工業(yè)還有充分利用工業(yè)廢渣、廢料作為功能調(diào)節(jié)材料，以及降解工業(yè)、生活垃圾及可燃性危險(xiǎn)廢物的有利條件。新世紀(jì)中，水泥工業(yè)可能利用當(dāng)代高新技術(shù)，建設(shè)成為“環(huán)境材料型”產(chǎn)業(yè)。

二、水泥材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法研究

(一) 環(huán)境材料的特性
　　環(huán)境材料的優(yōu)越性能主要表現(xiàn)在使用性能與環(huán)境協(xié)調(diào)性能兩個(gè)方面。同時(shí)這兩種性能的評(píng)判指標(biāo)是動(dòng)態(tài)的，它們隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展變化。環(huán)境材料也不僅指那些高新技術(shù)材料，由于許多傳統(tǒng)材料本身就具有環(huán)境材料特征，可以賦予其高新技術(shù)內(nèi)涵，使之發(fā)展成為環(huán)境材料。
　　判斷某種材料是否屬于環(huán)境材料的范疇，一般有五個(gè)判據(jù)：即質(zhì)量判據(jù)、經(jīng)濟(jì)判據(jù)、資源判據(jù)、能源判據(jù)和環(huán)境判據(jù)。前兩者為一般材料均要求的共同判據(jù)，后三者則屬環(huán)境材料特別強(qiáng)調(diào)的判據(jù)，亦可通稱為環(huán)境判據(jù)。傳統(tǒng)材料科學(xué)與工程主要研究材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和性能四大要素；而環(huán)境材料科學(xué)與工程研究內(nèi)容除上面四大要素外，特別增加了環(huán)境要素。其目的在于探尋在加工、制造、使用和廢棄再生過程中，具有較低環(huán)境負(fù)荷的新工藝、新材料。這樣，一方面可以有效地改造落后的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，使之“環(huán)境材料化”；另一方面，可以在新材料、新工藝研制開發(fā)過程中，科學(xué)地預(yù)測其可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，力求同環(huán)境協(xié)調(diào)。
　(二) 環(huán)境材料協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法——LCA法
　　目前，國際上比較廣泛應(yīng)用的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)方法是生命周期評(píng)價(jià)（Life Cycle Assessmenrs簡稱LCA）法。它起始于20世紀(jì)60年代末期的能源危機(jī)時(shí)期。美國中西（Midwest）研究所于1969年用LCA思想對(duì)飲料容器的能耗進(jìn)行評(píng)價(jià)；1990年國際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)（Society of Environmrntal Toxicoligy and Chemistry簡稱SETAC）正式提出了“生命周期評(píng)價(jià)”（LCA）術(shù)語，將對(duì)產(chǎn)品或材料全過程的評(píng)估能耗思路推廣到對(duì)其全過程能耗、資源消耗、廢棄物排放等各個(gè)方面，既可對(duì)它們進(jìn)行單項(xiàng)因素評(píng)估又可進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。1993年6月成立的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織環(huán)境管理標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（ISO/TC207）由六個(gè)分委會(huì)組成，其中：SC5為“生命周期評(píng)定”分委員會(huì)，它的任務(wù)就是研究產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，即從開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、流通、報(bào)廢到再利用的全過程中對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)?！?