研究、开发与应用低碳水泥生产技术迫在眉睫

水泥及混凝土材料以其不可比拟的经济性、耐久性和承载能力，成为除了水之外应用最多的材料。在可预见的未来，其主导地位依然不可替代。我国是水泥生产大国，每年水泥熟料产量占世界总产量的50%以上。预计2012年水泥熟料总产能接近15.7亿吨，消耗近2亿吨标准煤，导致二氧化碳排放量接近8亿吨。水泥行业排放的二氧化碳占总体社会生产生活排放二氧化碳的10%左右。更引人关注的是：在水泥生产过程中排放出大量的氮氧化物气体，是形成阴霾天气的主要原因之一。以生产每吨熟料释放3~5千克氮氧化物计算，每年释放氮氧化物47～78亿千克。另外，生产每吨水泥熟料需要0.3~0.4吨的黏土或黄土，对人均耕地只有1.4亩的人口大国来说，这种发展模式显然是不可持续的。　　　　建筑业的可持续发展需要开发绿色建筑，绿色建筑需要绿色建材，绿色建材需要低碳水泥。因此，低碳水泥是建筑业真正迈向可持续发展道路的关键。研究、开发与应用低碳水泥生产技术迫在眉睫。　　　　低碳水泥技术　　　　为了解决水泥行业带来的高能源消耗和严重环境污染等问题，科研人员主要采取掺加矿物掺和料、改进生产设备及工艺、利用低碳燃料和废弃燃料、二氧化碳(CO2)回收技术及可替代硅酸盐水泥的胶凝材料等措施来缓解水泥行业给环境和气候变化带来的挑战。前4项措施在降低能源消耗和环境保护方面是有效的，然而它们的作用也是极为有限的。局限性是由硅酸盐水泥的矿物组成决定的。硅酸盐水泥的矿物组成要求熟料的石灰饱和因子介于O.9～1.02之间。高石灰饱和系数导致二氧化碳排放和烧成温度的显着提高。同时，烧成温度的提高导致熟料颗粒形成致密的微结构，使熟料易磨性降低，从而提高了粉磨能耗。具体地说，在硅酸盐水泥生产过程中，石灰石发生化学分解反应释放的二氧化碳约占生产水泥总二氧化碳排放量的52%，燃料燃烧释放的二氧化碳约占总二氧化碳排放量的38%。因此，降低石灰石用量和降低熟料烧成温度才是降低二氧化碳排放的有效途径。同时，显着降低水泥熟料烧成温度是降低能耗的有效手段。因此，为了达到有效的节能减排目标，需要研究一种低碳水泥熟料。　　　　在新型低碳水泥熟料研究领域，主要集中在以下4个方面：　　　　1．富贝利特水泥　　　　顾名思义，富贝利特水泥熟料中硅酸二钙(C2S)矿物的含量较高。一般来说，高于硅酸三钙(C3S)的含量。富贝利特水泥可以通过调整石灰饱和系数来调整硅酸三钙和硅酸二钙的相对含量。与常规的硅酸盐水泥相比，富贝利特水泥具有以下优点：　　　　①低碳排放　　　　熟料石灰饱和系数降低1%，熟料中氧化钙的质量波动范围在0.3%~0.5%左右。假设富贝利特水泥的石灰饱和系数为0.75，熟料中氧化钙的含量降低7.5%~12.5%，相应石灰石分解释放的二氧化碳降低6%~10%。

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