水泥行业碳减排实施途径的思考

水泥行业碳减排实施途径的思考

刘赛

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摘要：当今绿色化学的理念给人类社会和自然环境带来了积极影响，已越来越受关注。从碳中和视角，介绍水泥生产过程中二氧化碳的产生以及减排再利用新技术，旨在中学化学水泥生产过程的教学中体现绿色化学思想，实现绿色化学与人文、社会融于一体的目标，培养学生的环境保护意识和社会责任感。本文综述了水泥行业的可持续性方面，水泥生产面临的主要挑战是熟料生产中原料和燃料的投入过高。采用合适的协同处理方法可以解决这些问题。可降低水泥的能量需求。

关键词：水泥行业；碳减排实施

引言

我国是全球碳排放量最高的发展中国家,并提出了在2030年实现碳达峰,在2060年实现碳中和的目标｡废弃物处理是我国碳排放的重要来源,在碳中和背景下,需要对不同水泥处理路径的碳排放情况进行系统分析｡自然界CO2在一定温湿度下与未水化的C3S和C2S及水化产物氢氧化钙和水化硅酸钙发生反应的过程为碳化过程。该过程会加速钢筋锈蚀，不利混凝土耐久性。碳化过程是复杂的化学反应过程，水泥水化产物各组分和孔径都会发生变化。早期浆体不密实，气体渗透快，则碳化快，而后期浆体密实后，碳化速度变成扩散控制。因此浆体密实度和早期强度会直接影响混凝土碳化速度和深度。同时孔隙溶液中K+和Na+会起催化作用并促进碳化进程。在混凝土体系中，石灰石粉不仅具有微晶核效应来优化界面过渡区且微量参与反应生成单碳水化铝酸钙具有微膨胀效应，但会降低混凝土密实度，使其抗CO2、Cl-或SO42-侵蚀能力减弱。

1水泥生产与碳排放概述

在城市建设工程中，背着滚筒的水泥车来回穿梭，车上倾倒出的灰白色浆状物，经过建筑工人的勤劳双手，变成了美丽城市的一部分。粉状的水泥是一种水硬性无机凝胶材料，加适量水调和成浆，经过一段时间，凝固成块、坚硬如石，并可把砂石等材料牢固地粘结在一起。通常所说的混凝土就是指用水泥作凝胶材料、砂石等作掺料，与水按一定比例混合后搅拌得到的水泥混凝土。长期以来，水泥作为一种重要的凝胶材料，广泛应用于建筑、水利、国防等工程;它在地球上的消费量仅次于水。然而水泥的生产和使用过程会排放出大量的二氧化碳，是全球碳排放的一大源头。硅酸盐类水泥的生产在水泥工业中具有代表性，其生产工艺分为三个阶段，俗称“两磨一烧”，即生料粉磨、熟料烧成和熟料粉磨。生料是从山上采集的石灰石和砂岩粘土，主要含有碳酸钙、二氧化硅等，经粉磨后矿物中的化学组分变得相对均匀、颗粒变细，适宜煅烧。生料加入其他硅质、铝质、铁质原料混合后经高温煅烧(1400℃左右)的产品称熟料，此时矿物之间发生复杂的理化反应并结块。最后再加入5%石膏重新磨细至要求的粒度，并掺加一定量不同性质的混合材，就成为水泥。

2水泥行业碳减排实施途径的优化

2.1完善节能与综合利用相关标准的制修订

虽然已有《水泥单位产品能源消耗限额》、《水泥制造能耗评价技术要求》、《水泥回转窑热平衡测试方法》、《水泥生产企业节能技术指南》等多项标准正在实施，但仍应进一步发挥标准规范和引领作用，加快启动水泥行业节能领域相关标准的制修订工作，继续完善水泥行业节能与综合利用标准体系，持续推动企业提升节能管理和能效水平，促进水泥行业绿色高质量发展。

2.2尽快出台消费侧碳排放责任核算与控制方法等政策

我国房屋及基础设施建设、固定资产投资、终端能源消费等所承担的碳排放责任超过总量的80%。建议加强顶层设计，尽快制订与完善建筑工程应用主体（消费侧）碳排放责任核算与控制方法等政策，并按行业及产品制定实施细则，强化消费者对自己的消费行为负责，调整消费结构，减少高碳产品的消费量，避免过度消费与浪费。科学合理的碳排放责任评价方法辅以针对性的减碳政策，可以建立正确的价值导向，有效促进各方采取减碳行动；同时也有利于各利益相关方接受并承担自身相应的减排义务。

2.3加快修订工程设计与应用技术标准规范

现代混凝土已普遍使用高效外加剂及掺和料，高效外加剂和掺和料已成为配制高性能混凝土不可或缺的重要组分和功能性材料，而不仅仅是降低成本。在高性能混凝土的定义及其“高耐久性、高工作性和高体积稳定性”要求中，并没有包含高强度。混凝土如不使用掺和料，其耐久性的问题将难以保证。C30及高性能混凝土中水泥熟料系数在0.5以下，推广高性能混凝土、提高建筑物寿命与发展低碳建筑、大掺量应用混合材技术方向一致。为提高水泥使用效率，减少单位投资（建、构筑物面积）水泥熟料的使用量，应加快修订工程设计、施工、应用技术标准规范等，提升低碳建筑标准，加大推广应用低熟料用量通用水泥的力度，并制订相应配套政策措施。

2.4减少二氧化碳排放

水泥工业释放的二氧化碳是另一个主要环境问题，水泥工业约占全球温室气体排放的3%，水泥生产导致7%的人为二氧化碳排放。每1000kg水泥的二氧化碳排放量估计为730～990kg。水泥工业中的二氧化碳排放主要有两个来源:燃料燃烧和熟料生产。因此，通过协同处理可以大大减少水泥生产过程中的二氧化碳排放。下面介绍减少水泥工业二氧化碳排放的各种方法。第一种方法是使用替代燃料和原材料，即共加工法，使用城市固体废物作为水泥生产的替代材料，极大地减少了净二氧化碳和其他温室气体的排放。使用脱碳的原材料如钢渣、混凝土废料、粉煤灰等来代替石灰石，减少了与煅烧过程和燃料燃烧相关的二氧化碳排放，使用其他燃料代替传统燃料可显著减少二氧化碳排放。

2.5加强水泥行业间的交流培训

一是结合节能宣传周等活动，向水泥企业宣贯“碳达峰、碳中和”工作，提升企业的节能减排意识，推动将此项工作纳入到企业总体战略中，引起企业的足够重视；二是开展多层次多角度的互动交流培训，加快水泥行业碳管理员培训，完善企业的能源管理体系，鼓励企业制定本企业的碳达峰行动方案和技术路线图。

2.6强化节能约束机制

建议加强节能执法监管，开展水泥单位产品能耗限额标准执行情况的专项节能监察.依据企业能效水平实施差别电价政策，促进企业技术进步和绿色发展.建议将水泥企业单位产品能耗纳入重污染天气行业绩效分级管控体系，实施差别化低碳环保管理，对单位熟料生产煤耗大于3级能耗限额的水泥熟料生产企业全面加严环保分级管控要求。

3结束语

在水泥制造工业中，最终和严峻的挑战是巨大的能源需求，原材料，巨大的气体和颗粒物排放。协同加工和混合等策略有助于显著减少原材料。在共加工的过程中，将部分熟料与大理石灰、粉煤灰、无水相碱氧炉渣、活性煤矸石、城市生活垃圾焚烧灰渣等废弃物混合，提高了水泥质量，降低了熟料消耗。水泥工业的二氧化碳排放主要来自于燃料的燃烧和熟料的生产，可以通过促进用脱碳原料代替石灰石进行共加工来控制。提高能源效率和工艺技术，采用碳捕集技术，可以进一步减少二氧化碳的排放。使用混合水泥可以降低生产熟料的较高能量要求。安装余热回收系统、高效熟料冷却器、高效分离器、高效干燥器、高效煅烧炉和预煅烧炉等也大大降低了水泥工业的能源需求。

参考文献

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