水泥工业资源、能源消耗和CO₂排放量巨大。随着社会发展,水泥需求量越来越大,资源不断减少,能源消耗和污染排放量越来越多,使水泥工业变成严重污染的行业。因此,研究和生产高性能、低环境负荷的水泥熟料,并进行有效评价至关重要。 目前,绝大部分水泥厂仍然使用天然原料,其中天然石灰石消耗量最大,是熟料产量的1.2倍;石灰石分解需要消耗大量能量,约占熟料总煤耗66%以上;分解排放的CO₂约占熟料产量的55%,要从配料方面降低环境负荷需要减少石灰石用量。然而,要提高熟料性能必须提高C₃S和C₂S的含量和活性,也即需要提高原料中CaO相对含量,这与降低环境负荷的要求相矛盾。因此,本课题研究的目的是从原料配料方面建立既提高熟料质量,又降低环境负荷的水泥熟料配料体系。 主要研究内容包括三个部分:熟料体系设计、实验研究和专家系统设计。 在熟料体系设计方面,提出了环境负荷最低化、熟料性能最优化的原则,并建立了同时采用高活性钙、低燃值、矿化晶种和微量元素等技术路线的低环境负荷水泥熟料体系。 通过计算和大量系统实验研究,验证了四条不同技术路线在熟料烧成过程中实现低环境负荷化的可行性。结果表明:各种工业废弃物均可降低环境负荷,不同程度改善生料易烧性,加速固相反应;钢渣、镁渣、磷渣和稀土均具有诱导结晶作用,可提高C₃S形成速度、结晶程度、含量和活性。 配料体系的环境评价结果表明:电石渣、镁渣、磷渣和钢渣等高、中钙工业废渣可以取代8%～50%石灰石,分解热减少8%～20%,熟料理论热耗减少180～230kJ/kg,煤耗减少6%～14%,CO₂排放减少7%～43%。 研制了以磷渣为主要组分的高活性水泥熟料形成促进剂,其晶种和矿化作用更显著,能改善烧成制度,提高C₃S的含量和活性,降低环境