石膏材料与低碳经济

　　段庆奎

　　宁夏石膏设计研究院，银川750001

　　0前言

　　*近我国政府公布，到2020年在2005年的基础上，减排C0240%~45%，即减少排放C0220.4～27.45亿吨(2005年中国CO2排放量为61亿吨)。这一承诺震惊世界，为全世界CO2 减排做出了榜样。但中国同样承受了巨大的压力，实现这一目标绝非易事，要付出沉重的代价，尤其我国经济还处于上升发展时期。一方面要大力发展经济，一方面要减排，二者如何处理好，是我国今后经济发展面临的困难之一。本文就石膏材料领域，如何做好减排工作，提出自己的一点看法，仅供参考。

　　1 三种胶凝材料的能耗比较

　　众所周知，石膏是中国传统的五大胶凝材料之一，有非常优良特殊的性能，广泛应用于水泥、石膏建材制品、陶瓷模具、精密铸造、工艺美术、医疗卫生等行业。截止2008年我国天然石膏产量已达到4000多万吨，工业副产石膏产量也已达到4000余万吨。2008年中国水泥产量达12亿吨。

　　石膏、水泥与石灰同属胶凝材料，在生产过程中它们排放的CO2量和能耗相差很大，从理论上讲，石膏、石灰、水泥三种胶凝材料都是吸热反应，在生产过程中都会消耗大量煤、电等能源.同时不同程度排放出CO2，在大力推进节能减排的今天，将三种胶凝材料进行一番对比，很有意义。

　　1.1水泥胶凝材料

　　水泥的物理化学反应比较复杂，原料是由3种以上配比组成，产品不是单一矿物组成，有些矿物(例如粘土的结晶放热，冷却放热等)在高温锻烧状态下会放热，根据“胶凝物质工学”一书介绍，生产1公斤水泥熟料，共需热量为1030千卡.减去矿物结晶等放热量610千卡，1030-610=420千卡/公斤熟料，即生成一公斤熟料，理论热耗为420千卡，不同成分熟料煅烧时理论热耗也有所不同，但一般波动于400—430千卡/公斤熟料之间，换算成标煤为60公斤/每吨熟料。

　　以上是水泥的理论热耗，但在实际生产中，水泥熟料的烧成温度高达1400℃，再加上其他的一些热损失，据中国水泥协会提供的数据表明，中国的新型干法窑(日产2500吨以上)煤耗为115kg吨熟料。综合电耗为105度/吨熟料，由此看 来，水泥的确是一种高耗能产品。

　　1.2石灰胶凝材料

　　石灰胶凝材料也是一种用途很广泛的材料，它的原料单一，产品也单一，煅烧时的化学反应式如下：

　　石灰石(CaCO3)在高温分解时，每100份重量的CaCO3，可得到56份的Ca0和释放出44份的CO2，即用1吨的CaC03煅烧，只能得到560公斤的CaCO3,其余440公斤的CO2被排到大气中去了。CaCO3的分解作用完全是吸热反应，分解l公斤的CaCO3，需要理论热量425.2千卡。但实际上石灰的煅烧温度高达800～1000℃，热耗在840～1050千卡。标准煤耗在120～150kg标煤，耗能也是相当高的。

　　1.3石膏胶凝材料

　　石膏，化学成分为二水硫酸钙(CaSO4.2H2O)还有半水石膏和无水石膏。我国石膏储量为660亿吨，为世界**。天然石膏年产量为4000多万吨，随着我国工业化进程，我国还有大量的工业副产石膏产生，如脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等。随着经济的加速发展，工业副产石膏产量逐步上升，再加上历年的堆积，数字非常巨大。

　　二水石膏经过煅烧脱去1.5个分子结晶水，变成半水石膏(CaSO4·1/2H2O)后，才具有胶凝性能，脱水时也需要能量，其反应式如下：

　　二水石膏60C时就已经开始脱水，到140～180℃时剧烈脱水形成半水石膏，它的理论热耗仅为27千卡/每公斤，但在实际生产过程中，为提高石膏的脱水速度，往往将炉温提高到300～600℃，根据不同窑型实际煤耗在45—70公斤标煤/每吨半水石膏粉。据统计，年产10万吨规模的石膏粉生产线，吨电耗只有25度左右。

　　2 C02的排出

　　以上三种胶凝材料。在C02排放中各不相同，差距也很大。

　　2.1石灰胶凝材料

　　石灰石在煅烧过程中C02排出量*为直接，每1吨石灰受热分解本身可排C02440kg。根据国家能源部提供的数据，每l000g标煤完全碳烧可产生C02为2590g,每吨标煤排放C02为2.66～2.72吨。石灰的煤耗130公斤，即产生C02为2.66×0.13=0.35吨。

　　石灰电耗为30度/吨，根据中国电力联合会环境资源部提供的数据，2008年度，我国每发一度电煤耗为345克/kwh，以此计算并折成C02排放量应为：0.345kgx2.66=27.5kg，三者合计为440+350+27.5=817.5kg，即每生产一吨石灰排出817.5公斤C02。

　　2.2水泥

　　按三组份原料来计算，生产一吨熟料需80.81010昀石灰石，粘土12%～15%，铁粉5%—6%，每生产一吨熟料的生料料耗为1.55吨，即生产一吨水泥熟料需80.81%×l.55=1.25吨石灰石。

　　表1中烧失量即为石灰石中的C02含量，那么每生产1吨水泥熟料就要生产1.25 ×42.78%×1000=534.75公斤C02。

　　每生产一吨水泥熟料所需的煤耗产生的C02量为：

　　110kg标煤×2.66=292.6公斤。

　　电耗折标煤产生C02:105×0.345×2.66=96.35kg。

　　三项合计：292.6+534.75+96.35=923.75公斤。

　　2.3 石膏胶凝材料

　　众所周知，生产一吨半水石膏粉(熟石膏粉)不会产生C02，只有所需燃煤燃烧时才产生C02，生产一吨半水石膏粉的煤耗为40～70公斤，按*先进的年产10—15万吨石膏混烧窑煤耗40公斤标煤计算，每生产一吨半水石膏粉C02产生量为：

　　40公斤标煤×2.66=106.4公斤

　　电耗折标煤产生C02为：25×0.345×2.66=22.94kg，两项合计为：106.4+22.94=129.34kg。

　　通过以上分析计算，3种不同的胶凝材料的煤耗和C02排放量汇总如表2所示。

　　从表2汇总中可以看出，煤耗和电耗*大的是石灰和水泥，石灰煤耗*高，但全国总产量很少，*大煤耗和电耗产品仍是水泥。在电耗上，石膏材料是水泥熟料的1/4，石灰大部分不粉磨，生产工艺简单，故电耗也较低，因此可以断定石膏胶凝材料是*节能的一种材料。

　　C02的排放量方面，石膏材料*低，只有燃煤排放的一半C02气体，是水泥的12.8%，是石灰的13.46%。

　　3小结

　　通过对石灰、石膏、水泥三种胶凝材料能耗，C02排放的分析表明石膏是能耗和C02,排放*低的，石膏是一种绿色环保的胶凝材料，是一种低碳经济的产品。 在今后我国的经济活动中，在节能减排40%—45%的压力下，减排任务非常艰巨，低碳经济产品将会有很大的发展前景和竞争力。2009年预计我国水泥产量达到13亿吨，而且全国各地水泥项目还在大规模扩展，产能还将进一步提高，到2015年全国产量可能达到15亿吨，排放C02量可能达到10亿吨，成为节能减排的重点行业。水泥在基本建设中是非常重要的，是不可替代的，但又是一种高耗能，高排放的产品。在这样的状态下，有必要更好的发挥石膏胶凝材料的优势和特点。在建筑过程中，能用石膏胶凝材料替代的地方，尽量不用水泥材料，大力发展石膏建筑材料，如石膏砌块，石膏条板等，替代掺水泥的GRC板，和其他水泥胶结材料等。

　　提出以下几条建议：

　　(1) 大力发展粉刷材料，内墙粉刷*好全部使用粉刷石膏或干混砂浆，石膏腻子，粘贴石膏;

　　(2) 大力发展自流平石膏，替代水泥砂浆找平等;

　　(3) 大力推广砌筑粘结石膏，用于非承重墙体材料之间的粘接等;

　　(4) 在石膏生产企业中，大力推行节电、节煤措施，进一步降低能耗，扩大产量规模，选用低煤耗、低电耗的工艺设备。

　　国家实施低碳经济，符合国际节能减排保护环境的大趋势，同时也给石膏材料工业带来发展的机会和商机，希望从事石膏研究开发生产的单位和企业重视低碳经济发展，关注国家实行低碳经济政策，研究开发低碳的石膏产品，做好应对措施，抓住机遇，推动石膏产业的更大更快发展。