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石膏材料與低碳經濟
段慶奎
寧夏石膏設計研究院，銀川750001
0前言
*近我國政府公布，到2020年在2005年的基礎上，減排C0240%~45%，即減少排放C0220.4～27.45億噸(2005年中國CO2排放量為61億噸)。這一承諾震驚世界，為全世界CO2 減排做出了榜樣。但中國同樣承受了巨大的壓力，實現這一目標絕非易事，要付出沉重的代價，尤其我國經濟還處于上升發展時期。一方面要大力發展經濟，一方面要減排，二者如何處理好，是我國今后經濟發展面臨的困難之一。本文就石膏材料領域，如何做好減排工作，提出自己的一點看法，僅供參考。
1 三種膠凝材料的能耗比較
眾所周知，石膏是中國傳統的五大膠凝材料之一，有非常優良特殊的性能，廣泛應用于水泥、石膏建材制品、陶瓷模具、精密鑄造、工藝美術、醫療衛生等行業。截止2008年我國天然石膏產量已達到4000多萬噸，工業副產石膏產量也已達到4000余萬噸。2008年中國水泥產量達12億噸。
石膏、水泥與石灰同屬膠凝材料，在生產過程中它們排放的CO2量和能耗相差很大，從理論上講，石膏、石灰、水泥三種膠凝材料都是吸熱反應，在生產過程中都會消耗大量煤、電等能源.同時不同程度排放出CO2，在大力推進節能減排的今天，將三種膠凝材料進行一番對比，很有意義。
1.1水泥膠凝材料
水泥的物理化學反應比較復雜，原料是由3種以上配比組成，產品不是單一礦物組成，有些礦物(例如粘土的結晶放熱，冷卻放熱等)在高溫鍛燒狀態下會放熱，根據“膠凝物質工學”一書介紹，生產1公斤水泥熟料，共需熱量為1030千卡.減去礦物結晶等放熱量610千卡，1030-610=420千卡/公斤熟料，即生成一公斤熟料，理論熱耗為420千卡，不同成分熟料煅燒時理論熱耗也有所不同，但一般波動于400—430千卡/公斤熟料之間，換算成標煤為60公斤/每噸熟料。
以上是水泥的理論熱耗，但在實際生產中，水泥熟料的燒成溫度高達1400℃，再加上其他的一些熱損失，據中國水泥協會提供的數據表明，中國的新型干法窯(日產2500噸以上)煤耗為115kg噸熟料。綜合電耗為105度/噸熟料，由此看 來，水泥的確是一種高耗能產品。
1.2石灰膠凝材料
石灰膠凝材料也是一種用途很廣泛的材料，它的原料單一，產品也單一，煅燒時的化學反應式如下：
石灰石(CaCO3)在高溫分解時，每100份重量的CaCO3，可得到56份的Ca0和釋放出44份的CO2，即用1噸的CaC03煅燒，只能得到560公斤的CaCO3,其余440公斤的CO2被排到大氣中去了。CaCO3的分解作用完全是吸熱反應，分解l公斤的CaCO3，需要理論熱量425.2千卡。但實際上石灰的煅燒溫度高達800～1000℃，熱耗在840～1050千卡。標準煤耗在120～150kg標煤，耗能也是相當高的。
1.3石膏膠凝材料
石膏，化學成分為二水硫酸鈣(CaSO4.2H2O)還有半水石膏和無水石膏。我國石膏儲量為660億噸，為世界**。天然石膏年產量為4000多萬噸，隨著我國工業化進程，我國還有大量的工業副產石膏產生，如脫硫石膏、磷石膏、氟石膏等。隨著經濟的加速發展，工業副產石膏產量逐步上升，再加上歷年的堆積，數字非常巨大。
二水石膏經過煅燒脫去1.5個分子結晶水，變成半水石膏(CaSO4·1/2H2O)后，才具有膠凝性能，脫水時也需要能量，其反應式如下：
二水石膏60C時就已經開始脫水，到140～180℃時劇烈脫水形成半水石膏，它的理論熱耗僅為27千卡/每公斤，但在實際生產過程中，為提高石膏的脫水速度，往往將爐溫提高到300～600℃，根據不同窯型實際煤耗在45—70公斤標煤/每噸半水石膏粉。據統計，年產10萬噸規模的石膏粉生產線，噸電耗只有25度左右。
2 C02的排出
以上三種膠凝材料。在C02排放中各不相同，差距也很大。
2.1石灰膠凝材料
石灰石在煅燒過程中C02排出量*為直接，每1噸石灰受熱分解本身可排C02440kg。根據國家能源部提供的數據，每l000g標煤完全碳燒可產生C02為2590g,每噸標煤排放C02為2.66～2.72噸。石灰的煤耗130公斤，即產生C02為2.66×0.13=0.35噸。
石灰電耗為30度/噸，根據中國電力聯合會環境資源部提供的數據，2008年度，我國每發一度電煤耗為345克/kwh，以此計算并折成C02排放量應為：0.345kgx2.66=27.5kg，三者合計為440+350+27.5=817.5kg，即每生產一噸石灰排出817.5公斤C02。
2.2水泥
按三組份原料來計算，生產一噸熟料需80.81010昀石灰石，粘土12%～15%，鐵粉5%—6%，每生產一噸熟料的生料料耗為1.55噸，即生產一噸水泥熟料需80.81%×l.55=1.25噸石灰石。
表1中燒失量即為石灰石中的C02含量，那么每生產1噸水泥熟料就要生產1.25 ×42.78%×1000=534.75公斤C02。
每生產一噸水泥熟料所需的煤耗產生的C02量為：
110kg標煤×2.66=292.6公斤。
電耗折標煤產生C02:105×0.345×2.66=96.35kg。
三項合計：292.6+534.75+96.35=923.75公斤。
2.3 石膏膠凝材料
眾所周知，生產一噸半水石膏粉(熟石膏粉)不會產生C02，只有所需燃煤燃燒時才產生C02，生產一噸半水石膏粉的煤耗為40～70公斤，按*先進的年產10—15萬噸石膏混燒窯煤耗40公斤標煤計算，每生產一噸半水石膏粉C02產生量為：
40公斤標煤×2.66=106.4公斤
電耗折標煤產生C02為：25×0.345×2.66=22.94kg，兩項合計為：106.4+22.94=129.34kg。
通過以上分析計算，3種不同的膠凝材料的煤耗和C02排放量匯總如表2所示。
從表2匯總中可以看出，煤耗和電耗*大的是石灰和水泥，石灰煤耗*高，但全國總產量很少，*大煤耗和電耗產品仍是水泥。在電耗上，石膏材料是水泥熟料的1/4，石灰大部分不粉磨，生產工藝簡單，故電耗也較低，因此可以斷定石膏膠凝材料是*節能的一種材料。
C02的排放量方面，石膏材料*低，只有燃煤排放的一半C02氣體，是水泥的12.8%，是石灰的13.46%。
3小結
通過對石灰、石膏、水泥三種膠凝材料能耗，C02排放的分析表明石膏是能耗和C02,排放*低的，石膏是一種綠色環保的膠凝材料，是一種低碳經濟的產品。 在今后我國的經濟活動中，在節能減排40%—45%的壓力下，減排任務非常艱巨，低碳經濟產品將會有很大的發展前景和競爭力。2009年預計我國水泥產量達到13億噸，而且全國各地水泥項目還在大規模擴展，產能還將進一步提高，到2015年全國產量可能達到15億噸，排放C02量可能達到10億噸，成為節能減排的重點行業。水泥在基本建設中是非常重要的，是不可替代的，但又是一種高耗能，高排放的產品。在這樣的狀態下，有必要更好的發揮石膏膠凝材料的優勢和特點。在建筑過程中，能用石膏膠凝材料替代的地方，盡量不用水泥材料，大力發展石膏建筑材料，如石膏砌塊，石膏條板等，替代摻水泥的GRC板，和其他水泥膠結材料等。
提出以下幾條建議：
(1) 大力發展粉刷材料，內墻粉刷*好全部使用粉刷石膏或干混砂漿，石膏膩子，粘貼石膏;
(2) 大力發展自流平石膏，替代水泥砂漿找平等;
(3) 大力推廣砌筑粘結石膏，用于非承重墻體材料之間的粘接等;
(4) 在石膏生產企業中，大力推行節電、節煤措施，進一步降低能耗，擴大產量規模，選用低煤耗、低電耗的工藝設備。
國家實施低碳經濟，符合國際節能減排保護環境的大趨勢，同時也給石膏材料工業帶來發展的機會和商機，希望從事石膏研究開發生產的單位和企業重視低碳經濟發展，關注國家實行低碳經濟政策，研究開發低碳的石膏產品，做好應對措施，抓住機遇，推動石膏產業的更大更快發展。
