試論我國硫鋁酸鹽水泥的生產使用現狀和發展前景
刁江京 中國建筑材料工業規劃研究院
硫鋁酸鹽水泥 (CSA) 作為中國四大特種水泥品種（白水泥、低熱大壩水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥）之一, 隨著我國經濟的發展, 有著廣泛的市場。硫鋁酸鹽水泥是我國幾代科技人員研制成功的具有自主知識產權的特種水泥系列，它包括快硬、自應力、低堿等不同的水泥品種，三十年來廣泛應用在GRC制品、自應力水泥壓力管、普通排水管等以及冬季施工建筑工程中，取得了良好的效果；在配制剛性防水材料和混凝土膨脹劑等特種工程材料方面也得到了一定量的應用，受到了用戶的歡迎；同時也被應用于抗滲堵漏、搶修搶建工程等特殊工程。目前中國硫鋁酸鹽水泥的年產量已達125萬噸。
現全國共有硫（鐵）鋁酸鹽水泥的生產企業25家，年生產量已達120萬噸以上。根據不完全統計，從2004年開始至今的四年時間里，硫鋁酸鹽水泥的總產量一直徘徊在120~130萬噸/年的水平，說明行業的發展已經進入了瓶頸，此外生產技術的落后和應用技術的開發不足已經嚴重的影響了行業的健康發展。其表現如下：
瓶頸之一：行業的技術水平和規模
目前除了3個廠采用國內比較先進的新型干法生產線生產硫鋁酸鹽水泥之外，絕大部分廠均采用水泥行業中比較落后的生產工藝。其中采用帶有預熱器的窯爐生產硫鋁酸鹽水泥的生產廠家為8家，占總數的32%；而產量為65萬噸，占總數的50.8%。這說明全國有近一半的硫鋁酸鹽水泥是由工藝落后的干法中空窯生產的，可見特種水泥的生產工藝水平已經大大落后于全國水泥行業的平均水平。下圖為國內普遍采用的日產75噸的φ1.6×1.9×39M干法中空窯、日產700噸五級旋風預熱器窯、日產1000噸的窯外分解窯。
圖1、某廠的φ1.6×1.9×39M干法中空窯
圖3山東金魯城集團日產1000噸新型干法生產線
目前國內采用帶有預熱器的窯爐生產硫鋁酸鹽水泥的生產廠家為8家，去除2家季節性生產的企業，也就是6家企業生產62萬噸硫鋁酸鹽水泥，平均每家企業的生產規模為10.33萬噸，其中最大的生產企業年產量剛剛達到20萬噸，與普通水泥的生產規模無法相比。另外，有近一半的產量是由14家企業生產的，平均每家企業的生產規模為4.3萬噸，生產規模太小，企業幾乎無法生存。
瓶頸之二:熱耗高、產能低、質量差
目前國內干法中空窯生產硫鋁酸鹽水泥的熱耗均在250公斤標煤/噸熟料以上，高出帶預熱器的窯爐一倍，比新型干法窯高出110%。在能源價格日益高漲的情況下，這種生產方式使企業的生產成本大幅度上升，從而影響了企業的經濟效益，甚至影響到了企業的生存。
同時還可以看出，落后生產工藝的產能很低，同樣規模的窯型帶預熱器的窯爐比干法中空窯臺時產量高出一倍。而新型干法窯比同直徑的中空窯產量高出320%，生產效率的低下是特種水泥生產企業的致命傷。
企業生產規模小，批量少，生產環節的控制點少，半成品和成品的均化差，因此產品質量波動大是特種水泥行業存在多年的老大難問題。
瓶頸之三：環保問題嚴重
硫鋁酸鹽水泥是要配入石膏進行煅燒的，采用帶預熱器的窯爐進行煅燒時，由于生料在預熱過程中將與煙氣相遇，進行熱交換的同時又可將煙氣中二氧化硫氣體進行吸收，因此，基本上可以不向大氣排放二氧化硫氣體。
而用中空窯工藝進行生產時，由于沒有煙氣與生料的熱交換，二氧化硫氣體會直接排入大氣，造成嚴重的二氧化硫污染。一般生料的石膏配入量為20%左右，中空窯的二氧化硫揮發量大約在30%左右，因此，中空窯每生產一噸硫鋁酸鹽水泥熟料將向大氣排放30~60公斤左右的二氧化硫廢氣，是國家排放標準的50~100倍，而年產12萬噸的規模的中空窯生產工藝的硫鋁酸鹽水泥生產廠將向大氣排放3000~6000噸二氧化硫氣體，這是一個多么大的污染源。這種二氧化硫的排放是任何收塵器都無法解決的，因此中空窯生產工藝生產硫鋁酸鹽水泥將會造成嚴重的大氣污染，必須引起有關部門的高度重視。
瓶頸之四：應用技術開發滯后，市場單一。
椐不完全統計，我國生產的硫鋁酸鹽水泥65%左右為低堿度硫鋁酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥，主要用于GRC制品；大約5.6%左右的產量為自應力硫鋁酸鹽水泥，主要用在自應力水泥壓力管；另有4%左右的產量為42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥，主要用于冬季施工和特殊要求的工程；有約16%的產量為42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥和32.5級復合硫鋁酸鹽水泥，主要用于排水管和電桿的生產；有大約8%用于配制各種特種工程材料。隨著其他替代材料的發展，GRC制品和自應力水泥壓力管行業均在萎縮，給硫鋁酸鹽水泥的市場帶來很大的沖擊。而大宗用途的排水管、電桿、管樁等水泥制品方面和特種工程材料方面的應用研究滯后，造成硫鋁酸鹽水泥市場銷售疲軟。
面對以上問題，建議采取以下措施解決，以促進硫鋁酸鹽水泥工業的可持續發展。
1． (組織召開生產使用經驗交流會,在此基礎上商討成立特種水泥混凝土工程材料分會有關事宜)成立中國水泥混凝土制品協會特種水泥混凝土工程材料分會。
由于特種水泥產業發展缺乏有效引導，使得整個產業發展陷入困境，因此有必要建立起行業組織引領我國特種水泥產業的發展，研究制定我國特種水泥混凝土發展戰略，組織力量開展對特種水泥生產技術、應用技術的研究，及時準確發布權威資訊，組織開展新技術、新產品、新經驗的交流研討與推廣，為會員單位開展技術咨詢和企業管理咨詢，提高特種水泥在建材行業中的競爭地位。該分會的宗旨是以應用技術開發來帶動行業的發展；以新技術發展帶動行業的技術進步；以國內外市場為導向對企業提供全方位的信息服務。
2． 國家政策的引導
目前，節能減排工作作為國家重大的工業指導方針，已經在全國各地展開。建材行業作為國家重點的節能減排工作領域，國家也在下大力氣整治，對于水泥企業的環保提出了更高的要求。因此，我們建議國家生產許可證發放的管理部門應該對生產硫鋁酸鹽水泥的企業提出更高的要求，不帶預熱器的中空窯由于二氧化硫的污染嚴重，應在3年內進行整改，如不進行整改，應退出生產。利用國家的政策引導，使占一半的硫鋁酸鹽水泥生產企業進行整改，減小對環境的破壞。
3．大力推廣新型干法生產工藝，對生產企業進行技術改造
新型干法工藝是指窯外預分解窯工藝，預分解窯是在懸浮預熱器與回轉窯之間，增設一個分解爐，在其中加入30~60%的燃料進行燃燒，生料在入回轉窯之前不僅得到預熱，而且還基本上完成碳酸鹽分解反應，因而窯系統的煅燒效率及生產能力大幅度提高。預分解窯的基本原理是：經預熱器預熱的生料先進入分解爐，在分解爐中燃料燃燒、放熱過程與生料分解、吸熱過程同時在懸浮狀態下迅速進行，使生料中的碳酸鹽分解率達到85~95%后入窯。由于大部分燃料在分解爐內燃燒，入窯生料碳酸鹽分解已趨于完成，這就大大提高了回轉窯的生產能力，延長了耐火磚的使用壽命，減少了消耗量，降低了熟料單產熱耗。
我們與山東魯中水泥有限公司合作，在山東魯中水泥有限公司的ф3.2×48M窯外分解窯（RSP）上成功的生產了硫鋁酸鹽水泥熟料，這是我國也是世界上首次采用燒煤的帶分解爐的窯外分解技術生產硫鋁酸鹽水泥獲得成功，填補了特種水泥生產工藝的空白。
2007年5月我們在山東魯中水泥有限公司召開了硫鋁酸鹽水泥生產新技術推廣會，國家建材局前任局長王燕謀教授、水泥協會曾學敏副會長到會，對用新型干法生產硫鋁酸鹽水泥給予肯定，認為值得大力推廣。我們在2008年還要召開這樣的新技術推廣會，大力推廣新型干法生產工藝。
當前有些生產企業已經認識到問題的嚴重性，他們與科研、設計部門合作正在進行技術改造。湖北孝感安達特種水泥有限公司與武漢水泥工業設計院合作，投資350萬元對該廠的中空窯進行技術改造，以達到用新型干法生產硫鋁酸鹽水泥的目的。我們應該對該項目進行重點跟蹤，在達產達標后召開現場會，全力推廣新型干法生產硫鋁酸鹽水泥的技術。同時，我們正準備與設計部門進行合作，在全國其他的十幾個中空窯工藝的生產線進行技術改造，大力推廣新型干法工藝生產硫鋁酸鹽水泥，為行業的技術進步，為國家的節能減排做出自己的貢獻。
4．大力開展應用技術開發，擴大硫鋁酸鹽水泥的應用面
建議以在行業中有影響力的大規模市場應用開發項目為選題，首先在應用硫鋁酸鹽水泥排水管制造方面進行資料的收集整理，特別對其經濟效益的提高和生產效率的提高進行總結，并在硫鋁酸鹽水泥生產較為集中的省、市大規模的進行推廣。
圖4、用硫鋁酸鹽水泥制作的排水管
利用硫鋁酸鹽水泥的特性，進行在特殊工程領域的應用研究。氣泡混合輕質填土技術在公路建設中有著非常廣泛的應用，它為解決高等級公路軟基路基中的橋臺跳車、道路加寬中新老路基的差異沉降、高填土堤的穩定性、西部凍土地區路堤的隔熱性等世界性難題提供了一種全新的技術手段。2006年3月~2007年12月，唐山六九水泥有限公司生產的硫鋁酸鹽水泥成功的應用于國家奧林匹克工程中的氣泡混合輕質填土工程，先后在奧林匹克中心公園地下通道、主體育場地下樞紐、游泳館（水立方）運動員休息室等大量的奧運工程上，用量達到近4萬噸。我們應該大力推廣在特殊工程方面硫鋁酸鹽水泥的應用。
圖5、硫鋁酸鹽水泥在奧運工程上的應用
特種工程材料是國內最近10年發展起來的新型建筑材料，以預拌混凝土及砂漿工藝為技術手段，以特種水泥為基材，配置各種性能的特種工程材料，可應用到不同的普通和特種工程領域。以硫鋁酸鹽礦物為主要成分的新型工程材料在建筑工程、礦業開采、防水材料等領域有著廣泛的用途，是國內外材料科學領域的專家、學者們十分關注并重點研究的新型工程材料。因此我們要對現有的特種工程材料進行歸類、整理、分析，幫助企業組織特種工程材料的應用推廣會，將特種工程材料迅速推向市場，打開局面。
總之，我們要順應時代的發展方向和市場的變化需求，抓住時機，加倍努力，開拓思路，依靠行業和專業機構及專家的力量，以技術進步促進硫鋁酸鹽水泥行業的發展，以應用技術開發促進國內外市場的發展，為硫鋁酸鹽水泥這一水泥行業中唯一具有我國自主知識產權的水泥品種的發展而共同努力。
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