淺談埃塞俄比亞水泥廠原燃料的特點(diǎn)

程 金,朱 剛,陳 蕾,袁向煒

（1.蘇州中材建設(shè)有限公司,江蘇 蘇州 215300；2.中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京）,江蘇 南京 211100）

0 前言

埃塞俄比亞土地面積約110萬(wàn)km2，全國(guó)統(tǒng)計(jì)人口約1.1億，僅只有1/5的人口居住在城鎮(zhèn)和城市，目前埃塞俄比亞的人均水泥消費(fèi)量約100 kg，根據(jù)其經(jīng)濟(jì)均衡快速發(fā)展的趨勢(shì)，人均需求還存在一定的上升空間。最近幾年埃塞俄比亞的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率維持在7.5%左右，為進(jìn)一步刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，政府也頒布了相應(yīng)的刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃，未來(lái)城鎮(zhèn)化率的提高以及道路設(shè)施的增加等都為水泥消費(fèi)量提出了更高的要求，水泥的需求缺口將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)大。原燃料作為生產(chǎn)水泥所需要的物料，原料、緩凝劑、混合材、煤等在埃塞俄比亞均有相當(dāng)?shù)姆植?。根?jù)筆者多年在埃塞俄比亞的水泥工程相關(guān)的實(shí)際工作經(jīng)歷，埃塞俄比亞的水泥生產(chǎn)的原材料物料的狀況介紹如下。

1 水泥生產(chǎn)原燃料的特點(diǎn)

在巖石地層方面，埃塞俄比亞出露的地層從前寒武紀(jì)至第四紀(jì)地層，以前寒武紀(jì)（新元古代）、中生代和新生代地層最為發(fā)育。在地層中主要出露巖石為前寒武紀(jì)基底變質(zhì)巖（23%）、晚古生代-中生代海相和陸相沉積巖（25%）、新生代基性-酸性火山巖（34%）和火山沉積巖（18%）。

埃塞俄比亞處于高原地帶，平均海拔近3 000 m，其物質(zhì)豐富，水泥利用的多種物質(zhì)基本都有賦存。在水泥生產(chǎn)所需要的各種原料中，在燒成熟料的各種原料一般來(lái)自于各類(lèi)沉積巖，埃塞俄比亞沉積巖主要為中生代的石灰?guī)r、砂巖、黏土、石膏等；作為水泥混合材的浮石、火山灰、凝灰?guī)r等多為火山沉積物，在境內(nèi)也廣泛分布。

目前埃塞俄比亞實(shí)行的水泥標(biāo)準(zhǔn)為《CES28-Compusory Ethiopian Standard，F(xiàn)irst Edition 2013》，其對(duì)于水泥主要成分熟料、混合材料、緩凝劑的物質(zhì)類(lèi)型、摻入比例等均引用于《EN 197-1:2011》的內(nèi)容，其他并未有特殊的要求和規(guī)定。以下結(jié)合埃塞俄比亞的巖石地層賦存的狀況來(lái)對(duì)水泥原燃料分別介紹。

1.1 水泥生產(chǎn)原料的特點(diǎn)

水泥工程在生產(chǎn)過(guò)程中，原燃料的需求量非常巨大，因此水泥工廠的廠址熟料線一般需要靠近石灰石礦山；而水泥粉磨一般靠近水泥產(chǎn)品的主要銷(xiāo)售區(qū)域。水泥熟料生產(chǎn)所需的石灰石、黏土、砂巖、玄武巖，以及緩凝劑石膏和混合材浮石、火山灰等在埃塞俄比亞國(guó)內(nèi)都有相當(dāng)?shù)馁Y源分布。

根據(jù)對(duì)于現(xiàn)有水泥廠生產(chǎn)所用原料情況的了解，石灰石、砂巖基本在各個(gè)廠均有較為廣泛的使用，硅鋁質(zhì)原料主要有黏土、玄武巖，有個(gè)別工廠使用火山灰作為硅鋁質(zhì)原料。在黏土、玄武巖中均具有相當(dāng)?shù)蔫F質(zhì)組分存在，一般不需要再加入鐵質(zhì)校正原料，原料情況見(jiàn)表1。

表1 埃塞俄比亞水泥廠所用原料化學(xué)成分 %

石灰石作為水泥生產(chǎn)所需要的主要石灰質(zhì)原料，約占原料用量的80%左右，其主要來(lái)自于中生代晚白堊紀(jì)的石灰?guī)r礦山，多為海相沉積來(lái)源的石灰?guī)r出露體積較大，成層性強(qiáng)，各層間的成分根據(jù)沉積來(lái)源不同具有一定的差異。由于埃塞俄比亞新生代以來(lái)受裂谷帶形成的影響，地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)劇烈，在沉積期內(nèi)往往混雜有不同來(lái)源物質(zhì)，如燧石結(jié)核[見(jiàn)圖1（a）]、礫石等，這些混雜的成分對(duì)于生料的易磨性和易燒性帶來(lái)一定的不利影響，一般來(lái)說(shuō)要求進(jìn)廠的石灰石中燧石質(zhì)二氧化硅的含量在4%以?xún)?nèi)，同時(shí)要做好高低品位石灰石的搭配。在不少石灰?guī)r礦山附近發(fā)現(xiàn)有儲(chǔ)量相當(dāng)多的泥灰?guī)r，也是不錯(cuò)的石灰質(zhì)原料，有助于提高生料的易磨性、易燒性。

作為硅質(zhì)校正原料，埃塞俄比亞的砂巖的成熟度較高，二氧化硅的含量大多在90%以上，宏觀上可見(jiàn)一般呈細(xì)晶顆粒狀，或夾雜石英礫塊狀膠結(jié)成巖[見(jiàn)圖1（b）]。磨圓度、成熟度較高的石英砂巖的存在，對(duì)于生料的易磨性、易燒性和相應(yīng)的熟料質(zhì)量都會(huì)帶來(lái)一定的不利影響。

圖1 埃塞俄比亞原料情況圖

埃塞俄比亞水泥廠的硅鋁質(zhì)原料主要有黏土、玄武巖，少量用火山灰。新生代巖漿巖主要為火山作用出露的玄武巖，大量的玄武巖漿噴發(fā)形成了埃塞俄比亞中央高原，成分為堿性至拉班玄武巖和熔結(jié)凝灰?guī)r。在埃塞俄比亞分布的玄武巖體積較大，其經(jīng)風(fēng)化后產(chǎn)生的沉積物黏土中含鐵質(zhì)量較高，一般不需要再加入鐵質(zhì)校正原料。但由于埃塞俄比亞地表黏土層形成的地質(zhì)歷史時(shí)期較短，黏土的沉積厚度一般不大，對(duì)于一日產(chǎn)5000 t熟料的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，所需要的黏土量約50萬(wàn)t左右。黏土屬于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)（多英吉拉（音譯）種植）的土壤，對(duì)于高原國(guó)家的埃塞俄比亞來(lái)說(shuō)，土地資源較為寶貴，因此對(duì)于黏土作為硅鋁質(zhì)水泥原料利用具有一定持續(xù)性供應(yīng)困難。對(duì)此，可通過(guò)選擇一定的頁(yè)巖資源來(lái)作為替代或補(bǔ)充。鑒于硅鋁質(zhì)原料的短缺，有水泥廠利用火山灰作為硅鋁質(zhì)原料，但其高溫的反應(yīng)活性較差，一般其參與燒成的熟料質(zhì)量較差。

1.2 水泥生產(chǎn)混合材料的特點(diǎn)

目前埃塞俄比亞的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，相應(yīng)產(chǎn)生的工業(yè)廢渣如礦渣、粉煤灰等物料較少，目前可以利用的混合材多為天然材料。由于新生代時(shí)期以來(lái)，巖漿活動(dòng)劇烈，其產(chǎn)生的浮石、火山灰、凝灰?guī)r等在埃塞俄比亞有較多的分布，可以作為混合材料摻入熟料中粉磨制成水泥。埃塞俄比亞具有4個(gè)月以上的雨季，浮石[如圖 1（c）]空隙率較高，且保水性較強(qiáng)，在利用時(shí)需要考慮其高水分對(duì)于磨機(jī)產(chǎn)量的影響，以及可能的對(duì)于水泥性能的影響?；旌喜牧系膯我恍詻Q定了其水泥品種主要為火山灰水泥、普通硅酸鹽水泥為主。

1.3 水泥生產(chǎn)燃料的特點(diǎn)

埃塞俄比亞煤礦主要賦存于前寒武紀(jì)片巖和晚中新世-上新世湖泊沉積物中，煤的形成期較短，約為13～15個(gè)百萬(wàn)年，多分布于中部高原、裂谷帶西側(cè)，主要為湖湘沉積，葉理性表征明顯[見(jiàn)圖1（d）]。已發(fā)現(xiàn)的煤礦以褐煤為主，且灰分較高、固定碳低，平均含水率和揮發(fā)分較高等特點(diǎn)（見(jiàn)表2）。

表2 埃塞俄比亞水泥廠所用燃料工業(yè)分析結(jié)果

埃塞俄比亞水泥廠一般利用南非煤作為燒成燃料，但國(guó)家政府近年來(lái)頒布了利用本國(guó)煤炭資源的相關(guān)規(guī)定，即國(guó)內(nèi)水泥廠必須要利用一定的國(guó)內(nèi)褐煤，以刺激國(guó)內(nèi)褐煤的使用，從而減少對(duì)于國(guó)外資料的依附度，降低外匯支出。有個(gè)別水泥廠嘗試?yán)媚咸K丹或中東地區(qū)的石油焦作為燃料，以降低生產(chǎn)成本。

根據(jù)筆者對(duì)于一煤礦中多層位煤炭的綜合分析，對(duì)于此典型褐煤燃燒性能的熱重分析表明（見(jiàn)圖3），此褐煤的燃燒開(kāi)始溫度在327℃，溫度較低，且其燃燒結(jié)束溫度為491℃，因此其在較短溫度范圍內(nèi)即可燃燒完全。但其揮發(fā)分含量較高，在較低溫度下?lián)]發(fā)分即可析出燃燒。此類(lèi)煤的儲(chǔ)存、粉磨過(guò)程中均需要控制在一定的溫度范圍，具有一定的使用安全風(fēng)險(xiǎn)，在相關(guān)工藝設(shè)計(jì)需考慮此特性。

圖3 埃塞俄比亞當(dāng)?shù)睾置旱臒嶂胤治鰣D

根據(jù)以上的特性，當(dāng)?shù)睾置翰荒軉为?dú)利用作為燒成燃料，在有較高品質(zhì)要求的燒成窯頭燃料一般利用高熱值進(jìn)口煤使用，低熱值煤的國(guó)內(nèi)褐煤一般在燒成窯尾使用，且需要控制其熱值在一定范圍內(nèi)，見(jiàn)表2。

2 結(jié)語(yǔ)

（1）埃塞俄比亞的水泥原料主要有石灰石、砂巖和黏土等，不需單獨(dú)加入鐵質(zhì)校正原料。由于地質(zhì)形成期較短，石灰石、砂巖等形成于中生代以來(lái)的沉積巖中，其中砂巖的成熟度較高，對(duì)于生料粉磨和燒成均具有一定的影響。黏土中鐵質(zhì)含量高，一般不需要加入鐵質(zhì)校正原料。

（2）混合材料來(lái)源較為單一，水泥品種為普通硅酸鹽水泥和火山灰水泥?；旌喜闹饕獮樘烊晃锪?浮石、火山灰、凝灰?guī)r、石灰石等，混合材料的單一性決定了其水泥品種主要為火山灰水泥、普通硅酸鹽水泥為主。

（3）當(dāng)?shù)氐娜剂弦院置簽橹鳎錈崃π阅茈y以單獨(dú)作為水泥燒成燃料使用，還需要進(jìn)口高熱值燃料混合使用。