韓仲琦

日本水泥產(chǎn)業(yè)三十年

韓仲琦

本文所述及的日本水泥產(chǎn)業(yè)30年，是指20世紀(jì)80年代至今的30余年日本水泥產(chǎn)業(yè)的情況。日本是水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，但由于近30年來經(jīng)濟(jì)低迷，日本水泥產(chǎn)能出現(xiàn)過剩，水泥產(chǎn)業(yè)遭受了資源和能源以及環(huán)境的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。日本水泥產(chǎn)業(yè)通過自身結(jié)構(gòu)性調(diào)整和水泥低碳化創(chuàng)新，取得了一定成績(jī)。在水泥可持續(xù)發(fā)展方面，行業(yè)協(xié)會(huì)提出了日本水泥與環(huán)境領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是替代燃料、高效利用廢棄物和減少環(huán)境負(fù)荷的影響。本文介紹日本水泥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了近年來日本綠色水泥方面的發(fā)展情況，供我國(guó)水泥工作者參考。

日本水泥產(chǎn)業(yè)；廢棄物；可持續(xù)發(fā)展；環(huán)境保護(hù)

1 日本水泥產(chǎn)業(yè)簡(jiǎn)況

日本是水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家之一，自1875年日本有了水泥廠后，至今已有140多年的歷史，具有很高的產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。上世紀(jì)70年代初，預(yù)分解技術(shù)在日本開發(fā)成功并得到采用，使喂入回轉(zhuǎn)窯的生料分解率從30%～40%提高到80%～95%，產(chǎn)量提高到8 000～10 000t熟料/d，日本水泥工業(yè)有了飛速發(fā)展。80年代初，日本水泥產(chǎn)量躍居世界第三，1997年全部淘汰落后生產(chǎn)工藝，進(jìn)入現(xiàn)代化生產(chǎn)階段，并在環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展方面取得很大成績(jī)。但近30年來，由于日本經(jīng)濟(jì)低迷、東海大地震，并且經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)時(shí)間沒有復(fù)蘇的跡象，水泥產(chǎn)能出現(xiàn)過剩，在1996年水泥產(chǎn)量出現(xiàn)短暫高峰之后便一路下滑，2016年水泥產(chǎn)量5 596萬噸，僅為1996年的56%，經(jīng)過調(diào)整組合，水泥行業(yè)現(xiàn)有17家水泥公司和30座水泥廠。由于日本的石灰石資源豐富，日本水泥還有一定量的出口。

另一方面，由于世界性的資源、能源和環(huán)境的挑戰(zhàn)，溫室氣體對(duì)人類的威脅越來越大，日本水泥行業(yè)在CO2減排以及廢棄物的再利用方面加強(qiáng)了技術(shù)開發(fā)，取得了不少成績(jī)。20世紀(jì)80年代以后，日本在水泥可持續(xù)發(fā)展科研開發(fā)方面，作出了很大貢獻(xiàn)，如高水平的節(jié)能減排、大量處置廢棄物技術(shù)、水泥生產(chǎn)低碳化、生態(tài)水泥的開發(fā)、高性能高壽命混凝土的研究等。

太平洋水泥公司是目前日本最大的水泥公司，具有100多年的歷史，其中央研究所進(jìn)行了許多前沿技術(shù)開發(fā)工作，代表了日本水泥行業(yè)的科技發(fā)展水平，研究的范圍不僅包括水泥、混凝土，而且還涉及到環(huán)境、資源、無機(jī)與有機(jī)材料等多個(gè)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)水泥產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為成熟產(chǎn)業(yè)，傳統(tǒng)技術(shù)的研究也在減少，但日本相關(guān)大學(xué)及科研機(jī)構(gòu)仍然重視對(duì)基礎(chǔ)原材料的研究與開發(fā)，如新品種新材料的研制、水泥與混凝土的性能與壽命研究等。在經(jīng)濟(jì)不景氣情況下，兩年一次的全日本“水泥技術(shù)大會(huì)”持續(xù)召開，2017年5月將在東京召開第71屆大會(huì)，在“面對(duì)下一個(gè)100年”的口號(hào)下，提出了多項(xiàng)研討課題?，F(xiàn)在日本水泥與環(huán)境領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是替代燃料、高效利用廢棄物和減少環(huán)境負(fù)荷的影響。

1.1 水泥產(chǎn)量

2015年日本水泥產(chǎn)量5 924萬噸，為1996年的60%；2016年水泥產(chǎn)量5 596萬噸，僅為1996年的56%，但日本每年出口的水泥和熟料仍然不少，約500多萬噸，占產(chǎn)量的10%左右（表1為日本近五年的水泥產(chǎn)量）。

表1 日本近五年的水泥產(chǎn)量

1.2 水泥產(chǎn)品種類

日本水泥的種類比較簡(jiǎn)單，主要產(chǎn)品為不加混合材的硅酸鹽水泥（占水泥總量70%），加混合材的混合水泥（占水泥總量20%），都具有日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。另外還有新開發(fā)的、采用垃圾焚燒灰和污泥為主要原料的生態(tài)水泥等（現(xiàn)已有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。圖1為日本水泥產(chǎn)品種類結(jié)構(gòu)圖。

圖1 水泥產(chǎn)品種類結(jié)構(gòu)圖

另外，日本的特種水泥有：白水泥、超細(xì)水泥、高貝利特系水泥、超快硬水泥、高鋁水泥、齒科用水泥、磷酸水泥、氣硬性水泥等。

日本水泥細(xì)分種類如下：

（1）波特蘭水泥（純硅酸鹽水泥）。分為普通、早強(qiáng)、中熱、低熱、耐硫酸鹽等幾類，2015年產(chǎn)量為4 100萬噸，約占水泥總產(chǎn)量的70%。

（2）混合水泥（摻混合材水泥）。分為鐵礦渣水泥、SiO2水泥、粉煤灰水泥等，2015年產(chǎn)量約為1 200萬噸，約占水泥總產(chǎn)量的20%。

（3）其他，占10%。

2 水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革

上世紀(jì)80年代初，日本出現(xiàn)了較嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩，水泥窯利用率低至80%。1984年8月通產(chǎn)省確定的《水泥工業(yè)改革的基本方案》為水泥行業(yè)成功應(yīng)對(duì)產(chǎn)能過剩危機(jī)起到重要作用?！端喙I(yè)改革的基本方案》主要內(nèi)容包括：

（1）大幅度削減過剩產(chǎn)能。壓減水泥熟料產(chǎn)能3 100萬噸，占當(dāng)時(shí)總產(chǎn)能的24%。淘汰對(duì)象主要是閑置設(shè)備和落后工藝裝備。要求絕大部分淘汰過剩產(chǎn)能的工作須在1985年3月底前完成，特殊情況也須在1986年3月底以前完成。

（2）限制新增產(chǎn)能。1988年6月30日之前，除技術(shù)改造外，不再新建和擴(kuò)建生產(chǎn)線。

（3）實(shí)施企業(yè)間互助。企業(yè)實(shí)施聯(lián)營(yíng)，以穩(wěn)定的經(jīng)營(yíng)方式為目的設(shè)立聯(lián)合水泥共同事業(yè)公司。

（4）配套措施。對(duì)中小企業(yè)、雇傭工人、地區(qū)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)等重要問題予以特別考慮。

改革的目標(biāo)是2008～2012年水泥單位能耗比1990年低3.8%（3 451MJ/t水泥），而實(shí)際減少了4.4%（3 428MJ/t水泥），已完成目標(biāo)。

1991年進(jìn)行了工業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和重組，成立了某些聯(lián)營(yíng)公司，產(chǎn)業(yè)人均水泥生產(chǎn)量約為8 000t。目前結(jié)構(gòu)改變的情況也反應(yīng)了水泥產(chǎn)能的變化，除上述日本現(xiàn)有17家水泥生產(chǎn)公司30家制造工廠外（見表2），因生產(chǎn)性質(zhì)和產(chǎn)品的特殊性還有編外水泥廠三家。

◆秩父太平洋水泥（株）：焚燒水洗垃圾焚燒灰（去除代用原料中的氯成分）的工業(yè)試驗(yàn)工廠

◆市原生態(tài)水泥（株）：以垃圾焚燒灰為代用原料的“生態(tài)水泥”工業(yè)試驗(yàn)工廠

◆山陽白色水泥（株）：白水泥生產(chǎn)廠

3 傳統(tǒng)水泥工藝的創(chuàng)新與發(fā)展

3.1 日本水泥產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步

日本水泥生產(chǎn)技術(shù)很先進(jìn)，但通過持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新仍然取得了不少成績(jī)，例如在原料制備、熟料燒成和水泥粉磨等方面。具體分析見表3。

3.2 熱能的有效利用

日本水泥產(chǎn)業(yè)通常使用的能源有：煤炭、重油與石油焦、城市煤氣和電能等。2010年用于水泥制造的單位能耗（水泥制造+自我發(fā)電+購買電力）為3 451MJ/t水泥（約117.9kg標(biāo)煤/t水泥），比1990年（能耗3 586MJ/t水泥，約122.56kg標(biāo)煤/t水泥）減少3.8%。日本水泥企業(yè)從1997年起，全部采用了新型干法水泥熟料燒成工藝和懸浮預(yù)熱器工藝，使日本成為世界主要水泥生產(chǎn)國(guó)單位熱耗最低的國(guó)家。

表2 日本水泥公司和下屬水泥廠

日本水泥廠有效熱分析數(shù)據(jù)大致如下：

進(jìn)入系統(tǒng)熱100%=燃料燃燒熱96%+原料及空氣顯熱4%

其中：

◆有效熱（吸收熱）：80%=熟料燒成熱53%+原料烘干熱8%+煤炭烘干熱1%+余熱發(fā)電回收熱18%

◆熱損失：20%=廢氣熱損失9%+熟料熱損失3%+其他熱損失8%

3.3 電能的有效利用

日本由于電能便宜且操作方便，日本水泥企業(yè)并不太熱衷自家發(fā)電。由于水泥生產(chǎn)操作與控制的自動(dòng)化水平越來越高，日本的水泥生產(chǎn)電耗并不是很低。水泥產(chǎn)業(yè)節(jié)電變化見表4，含有余熱發(fā)電的日本水泥企業(yè)平均電耗見圖2，不含有余熱發(fā)電的日本水泥企業(yè)平均電耗見圖3。

表4 日本水泥企業(yè)平均電耗，kWh/t水泥

圖2 含余熱發(fā)電日本水泥產(chǎn)業(yè)平均電耗

表3 日本水泥的技術(shù)裝備進(jìn)步

圖3 不含余熱發(fā)電日本水泥產(chǎn)業(yè)平均電耗

4 廢棄物利用

現(xiàn)在日本每年產(chǎn)生約5.84億噸廢棄物，其中2.69億噸得到了循環(huán)利用。2014年日本水泥產(chǎn)業(yè)利用了3 026萬噸。

日本水泥企業(yè)使用的“廢棄物”，是指根據(jù)日本廢棄物處理法的規(guī)定，水泥工廠可以接受處理的廢棄物，而“副產(chǎn)物”是指廢棄物以外的水泥廠可接受處理的其他產(chǎn)業(yè)不用物。排在前幾位的廢棄物和副產(chǎn)物是：礦渣、粉煤灰、污泥、副產(chǎn)石膏、建筑廢土、垃圾焚燒灰。2010年度日本處理量＞100萬噸的前6位廢棄物是：礦渣、粉煤灰、污泥、副產(chǎn)石膏、建筑廢土、焚燒灰，每噸水泥使用的廢棄物近似達(dá)到500kg。

4.1 廢棄物作為有效資源使用

水泥產(chǎn)業(yè)一直積極地把廢輪胎、粉煤灰等其他產(chǎn)業(yè)的廢棄物作為代用燃料、代用原料或混合材使用，最近下水污泥、垃圾焚燒灰和城市垃圾也得到了積極采用，從2001年開始處理肉骨粉，并在全國(guó)得到推廣。日本水泥廠用的廢棄物熱回收率可達(dá)70%（一般垃圾發(fā)電的熱回收率只有20%左右）。2010年水泥工業(yè)共消納了各種廢棄物2 600萬噸，其中使用了粉煤灰總產(chǎn)生量的60%，礦渣的37%和廢輪胎的12%，對(duì)節(jié)約石灰石資源及化石類能源、減少垃圾最終處理的環(huán)境負(fù)荷等做出了很大貢獻(xiàn)。

有人認(rèn)為，目前對(duì)不同種類廢棄物的再利用、減少環(huán)境負(fù)荷的數(shù)值進(jìn)行深入研究，將來到某一節(jié)點(diǎn)時(shí)可以從生命周期的觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，可通過數(shù)值分析得出水泥產(chǎn)業(yè)減少溫室氣體的貢獻(xiàn)率。日本水泥產(chǎn)業(yè)一般使用的各種廢棄物見表5。

表5 日本水泥廠使用的廢棄物（2014年度）

現(xiàn)在日本對(duì)廢棄物的應(yīng)用加強(qiáng)了理論研究，例如Freon（氟氯烷）破壞系統(tǒng)的研究，在回轉(zhuǎn)窯1 450℃以上的高溫環(huán)境下，氟氯烷系統(tǒng)可能會(huì)被破壞，破壞時(shí)產(chǎn)生的氯化氫及氟化氫在遇到回轉(zhuǎn)窯內(nèi)堿性原料時(shí)會(huì)發(fā)生中和反應(yīng)而固化在水泥熟料中。

4.2 用垃圾焚燒灰作為水泥原料

用城市垃圾代替水泥原料中的粘土成分來生產(chǎn)水泥，日本進(jìn)行了三種流程開發(fā)，因筆者以前已作過介紹，故此處只作簡(jiǎn)述。

（1）水洗垃圾焚燒灰中的氯

此方法由日本埼玉縣、熊谷市和厡秩父小野田公司合作研究，解決垃圾焚燒灰中的高氯問題。濾液與回轉(zhuǎn)窯廢氣中的CO2反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，經(jīng)壓濾后也可作為粘土的替代品，用這種方法生產(chǎn)的水泥為普通硅酸鹽水泥。

（2）以城市垃圾焚燒灰（焚燒渣）和下水污泥等作為生產(chǎn)水泥的主原料

這種方法生產(chǎn)的水泥定義為“生態(tài)水泥”，日本已制定相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并已有工程使用實(shí)例。生態(tài)水泥最大限度地利用了焚燒灰的有用成分，1t水泥約使用垃圾焚燒灰和下水污泥500kg。燒成時(shí)產(chǎn)生的二■英類毒素可在回轉(zhuǎn)窯1 350～1 500℃的高溫中分解。

（3）原生態(tài)城市垃圾焚燒法

這種方法是事先不對(duì)城市垃圾進(jìn)行分類焚燒處理，垃圾收集后直接運(yùn)到水泥廠，通過發(fā)酵處理便可作為水泥的補(bǔ)充原料和燃料進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯煅燒成水泥熟料。此技術(shù)由日本太平洋水泥公司開發(fā)，在埼玉水泥廠進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)，年處理垃圾量為1.5萬噸，這種方法的報(bào)道比較少。

5 水泥低碳化

2009年12月，聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約15次締約方會(huì)議在丹麥?zhǔn)锥几绫竟e行。會(huì)上可持續(xù)發(fā)展倡議組織（CSI）與國(guó)際能源署（IEA）聯(lián)合發(fā)布了全球水泥行業(yè)減排路線圖，設(shè)定了2050年前水泥行業(yè)CO2減排的宏偉目標(biāo)，呼吁各國(guó)政府制定明確的政策框架，增加對(duì)水泥碳減排、碳捕捉和碳封存技術(shù)的科研投入。日本水泥產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的CO2約占全國(guó)的1%、全部產(chǎn)業(yè)部門的5%。日本水泥廠自家發(fā)電CO2的排放量要比外部電網(wǎng)電力的CO2排放量大，為了適應(yīng)這種情況，日本水泥企業(yè)在技術(shù)進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)方面加大了投入力度，最近引進(jìn)了以木質(zhì)廢物為燃料的“生物體”發(fā)電技術(shù)，并且焚燒灰可以作為二次廢棄物代用原料使用。隨著混合水泥產(chǎn)量的增加，由碳酸鈣原料產(chǎn)生的CO2也減少了，日本成為世界水泥生產(chǎn)國(guó)CO2排放量較低的國(guó)家，其CO2的排放構(gòu)成情況見圖4。

圖4 日本水泥企業(yè)平均CO2排放比例

其實(shí)二氧化碳是一種重要的資源，適用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，具有廣泛的利用價(jià)值。水泥工業(yè)是重要的CO2排放源，水泥企業(yè)可以循環(huán)利用CO2，或從水泥廠分離收集CO2后送到應(yīng)用部門，形成循環(huán)應(yīng)用CO2的產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)生新的生產(chǎn)模式。為了積極推進(jìn)廢棄物利用和CO2減排，日本對(duì)固化CO2使其再資源化的技術(shù)開展了研究，例如把廢混凝土懸濁在海水或水中進(jìn)行人工風(fēng)化，吸收大氣中的CO2，則HCO3-就會(huì)在溶液中溶出，此時(shí)混凝土中的Ca2+也會(huì)溶出，這樣富有HCO3-和Ca2+的海水就可以培育圓石藻，被溶出和存蓄的HCO3-及Ca2+就會(huì)作為CaCO3微粒子及藻的有機(jī)物而被固化，與此同時(shí)大氣中的CO2被吸收作為藻體得到固定。這樣利用混凝土的人工化學(xué)風(fēng)化與圓石藻培育系統(tǒng)的CO2除去法，得到了CO2固化產(chǎn)物CaCO3微顆粒，這種微顆?？梢源媸沂儋Y源化，水泥生產(chǎn)也成為再循環(huán)系統(tǒng)。這種被稱為使用具有礦物化能力的“圓石藻”固定CO2生產(chǎn)水泥的方法，還只處于初級(jí)探討階段，可以想像其難度是很大的。

6 可持續(xù)發(fā)展研究

6.1 混凝土研究

在混凝土方面，使用增強(qiáng)纖維的超高強(qiáng)混凝土，可以不用鋼筋增強(qiáng)，但設(shè)計(jì)的強(qiáng)度比一般的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高好幾倍，是一種致密度高、耐久性強(qiáng)的材料，因此設(shè)計(jì)100年耐久結(jié)構(gòu)建筑物是可能的。日本在混凝土使用歷史上，已有很好的實(shí)例，例如日本靜岡縣靜岡市的清水燈臺(tái)（海港燈塔）已有100年以上的歷史，是日本高質(zhì)量混凝土的范例。另外，鋼筋混凝土劣化的主要原因是混凝土中氯元素對(duì)鋼筋的擴(kuò)散，如果能正確掌握其擴(kuò)散狀態(tài)就能預(yù)測(cè)混凝土的壽命，所以開發(fā)出混凝土壽命預(yù)測(cè)技術(shù)是很重要的工作。

6.2 水泥化學(xué)的研究

（1）日本太平洋水泥株式會(huì)社中央研究所在3·11東日本地震和大海嘯之后，開展了災(zāi)后重建的基礎(chǔ)研究工作，面對(duì)由于海嘯、地震造成的防波堤移動(dòng)、下沉、傾斜、毀壞、地盤變形、液狀化、建筑物倒塌、道路龜裂、段差、塌陷、原子能發(fā)電站的放射污染等破壞和災(zāi)害現(xiàn)象，開展了一批新項(xiàng)目研究，例如水泥化學(xué)和水泥制造技術(shù)的新研究、污染土壤的凈化、超高強(qiáng)增強(qiáng)纖維混凝土、鋪路混凝土、專用骨材、降低二次輻射污染的混凝土、灌水農(nóng)田的土壤凈化技術(shù)等。

（2）作為節(jié)能的水泥熟料燒成方法，可以采用添加礦化劑或提高原料易燒性等，在礦化劑方面，高效采用“氟”和“硫”，可以降低燒成溫度100℃，有望今后實(shí)際采用。前述的少量微量元素成分，一方面會(huì)給產(chǎn)品帶來一些不良影響，但另一方面也會(huì)使其變成有用的成分，現(xiàn)在有人提出了使用礦化劑的熟料細(xì)粒化的研究報(bào)告。

日本還對(duì)一種硫鋁酸鹽礦物的作用進(jìn)行了研究，這種礦物表示為4CaO3·3Al2O3·SO3（C4A3S），從原料組成來看，形成的CO2量較少，并且燒成溫度也比阿利特低，故除日本外一些國(guó)家也開展了研究，并取得了一些成果。為了適應(yīng)低碳社會(huì)的需求，水泥CO2排放量一定還要減少，這種鈣硫鋁系水泥可以比現(xiàn)在通用硅酸鹽水泥CO2的排放量少30%，故世界上出現(xiàn)了這種系列水泥商品化的開發(fā)動(dòng)向。1970年以后，日本在超快硬水泥、玻璃纖維增強(qiáng)水泥和膨脹劑方面，都研究了這種礦物的作用。

6.3 廢棄物與水泥熟料質(zhì)量

使用廢棄物的水泥中，Al2O3的成分較多，所以今后要考慮水泥中“間隙質(zhì)”的增加問題，“間隙質(zhì)”若多的話將對(duì)凝結(jié)時(shí)間、水化熱、流動(dòng)性、最終強(qiáng)度、收縮率造成影響，應(yīng)分別研究其影響關(guān)系，找到對(duì)應(yīng)措施。例如當(dāng)C3A增加了，可以調(diào)整石膏的加入量來保證良好的流動(dòng)性。

另外，較高的“間隙質(zhì)”對(duì)水泥熟料燒成時(shí)的節(jié)能作用也是研究的內(nèi)容，其研究成果可能促進(jìn)廢棄物的應(yīng)用。在日本已經(jīng)開發(fā)成功的“生態(tài)水泥”，也屬于這一領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容。

一般認(rèn)為為了保證熟料燒成穩(wěn)定，就要保證有一定的間隙質(zhì)量，通過原料配料和實(shí)驗(yàn)，可以找到合適的工藝值，還可滿足低熱水泥的質(zhì)量要求。這樣的熟料盡量不使用Fe和Al成分，與這些元素可能同時(shí)進(jìn)入的Co、Na、K等微量放射元素也就減少了。這樣的熟料具有低放射性，可用于處理放射性的設(shè)施和原子能關(guān)聯(lián)設(shè)施。

6.4 混合材的深入研究

摻入混合材是水泥混凝土功能化、高性能的有效手段，近年來又成為低碳化的促進(jìn)手段之一。在控制一定量的情況下，加入石灰石等混合材與廢棄物混合，并且不使一般水泥有大的性能變化，實(shí)現(xiàn)廢棄物可利用性與低碳化的平衡，是新的技術(shù)研究?jī)?nèi)容?，F(xiàn)在擬采用調(diào)整高爐礦渣粉磨細(xì)度及無水石膏的添加量，達(dá)到高爐水泥的日本標(biāo)準(zhǔn)要求，而且能夠抑制絕熱溫度的上升和減少混凝土龜縮問題。作為促進(jìn)低碳化水泥混凝土的開發(fā)，一項(xiàng)稱之為Energy CO2Mininum的水泥項(xiàng)目，也在進(jìn)行研究，即在鋼筋混凝土構(gòu)造上大量使用礦渣水泥，以解決初期強(qiáng)度低、收縮大、中性化速度快等問題?，F(xiàn)在基礎(chǔ)研究已取得很大成績(jī)，正在對(duì)實(shí)用化進(jìn)行深化研究。

采用碳酸養(yǎng)護(hù)低水灰比混凝土，取得致密度高、耐久性高的產(chǎn)品，也是日本正在進(jìn)行的一項(xiàng)研究。另外，混入粉煤灰再用火力發(fā)電排放的廢氣養(yǎng)護(hù)，使混凝土CO2排放量成為負(fù)值也是可能的，其產(chǎn)品已用于砌塊路面裝飾材料的研發(fā)。

還有一種低碳材料，即完全不用水泥，其壓縮強(qiáng)度可與水泥一樣，但要蒸氣養(yǎng)護(hù)，已引起世界的關(guān)注，這是由Alumino-Silicate（鋁硅酸鹽）和堿化硅溶液制造的。

6.5 復(fù)合性能袋收塵器

日本水泥廠的環(huán)保防塵水平很高，水泥廠很干凈。日本一般傾向于采用袋收塵設(shè)備，20世紀(jì)90年代以后，袋收塵器進(jìn)入復(fù)合性能時(shí)代，二■英的捕獲和防止就是有代表性的一例。從焚燒爐排出的氣體有多種固體和氣體物質(zhì)，此外還含有水分，所以要求過濾介質(zhì)在其表面對(duì)二■英類物質(zhì)也能捕集,可通過在過濾介質(zhì)表面預(yù)涂上石灰或粉狀活性炭進(jìn)行捕集。然而隨著過濾量的增加，捕獲成本就要增加，所以為了用過濾介質(zhì)直接分解二■英，可在濾布表面預(yù)涂催化劑，這種過濾介質(zhì)既可以捕獲顆粒狀物質(zhì)也可以分解氣體狀物質(zhì)。納米催化劑氣流成網(wǎng)技術(shù)正在開發(fā)，制成載負(fù)催化劑的復(fù)合針刺氈濾料，兼具過濾和催化裂解功能，可用于分解二■英等有機(jī)廢氣。此外，惡臭問題可以用活性炭或沸石等作為預(yù)涂層來解決。

7 日本水泥產(chǎn)業(yè)熱詞（日文/中文/英文）

（1）都市廃棄物（廃棄物）/廢棄物/waste

日本水泥產(chǎn)業(yè)使用的“廢棄物”，是指“廣義的廢棄物”，包括工業(yè)固體廢物、廢水、城市垃圾和副產(chǎn)物等，其內(nèi)容類似于我國(guó)城市廢物的含義。垃圾是城市中數(shù)量大且嚴(yán)重污染環(huán)境的生物質(zhì)資源，有機(jī)固體廢棄物，如肉骨粉、釀造類的廢渣等，在日本水泥廠處置的種類和數(shù)量都很多。日本水泥產(chǎn)業(yè)使用了20種以上廢棄物，作為水泥的替代燃料或替代原料。

（2）低碳素社會(huì)（低碳素経済）/低碳經(jīng)濟(jì)/ low-carbon economy

低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)是拋棄以無限消耗碳能源、大量排放溫室氣體和影響地球環(huán)境氣候?yàn)榇鷥r(jià)的發(fā)展，代之以人、社會(huì)和自然的和諧、友好的可持續(xù)發(fā)展。日本推行水泥產(chǎn)業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)是指在生產(chǎn)工藝中提高能源利用效率、減少CO2等溫室氣體的排放量、采用替代燃料或替代原料等措施。

（3）低碳素セメント/低碳水泥/low-carbon ce?ment

每生產(chǎn)1t普通硅酸鹽水泥，需排放約0.8tCO2。日本水泥產(chǎn)業(yè)界近年來推廣使用混合材，成為水泥低碳化的有效手段之一。另外，開展了利用CO2的研究，利用藻類與水泥工業(yè)產(chǎn)生的煙道廢氣進(jìn)行光合作用，生產(chǎn)生物能源控制CO2的排放。近年來，日本非波特蘭水泥體系的研究有了一定進(jìn)展，某些產(chǎn)品也屬于低碳水泥。

（4）ダイオキシン/二■英/dioxin

二■英，又稱二氧雜芑，是一種無色無味、毒性嚴(yán)重的脂溶性物質(zhì)，二■英實(shí)際上是“二■英類”的一個(gè)簡(jiǎn)稱，它指的并不是一種單一物質(zhì)，而是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很相似的，包含眾多同類物或異構(gòu)體的兩大類210種有機(jī)化合物。這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機(jī)溶劑，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累，對(duì)人體危害嚴(yán)重。采用回轉(zhuǎn)窯煅燒，能降低焚燒廢棄物產(chǎn)生二■英的風(fēng)險(xiǎn)，但其機(jī)理和影響因素需要深入研究。

（5）副産物/副產(chǎn)物/by-products

副產(chǎn)物是指次要產(chǎn)品，來源于生產(chǎn)過程或化學(xué)反應(yīng)，它不是主要的產(chǎn)品或需要的產(chǎn)品。例如日本水泥產(chǎn)業(yè)已采用的副產(chǎn)石膏。日本水泥產(chǎn)業(yè)規(guī)定，“副產(chǎn)物”是指廢棄物以外的其他產(chǎn)業(yè)不用物，水泥廠可接受處理，作為替代燃料或原料。

（6）都市ゴミ焼卻灰/垃圾焚燒灰/incineration fly ash

城市垃圾焚燒灰，主要是指垃圾處理廠的焚燒爐煙氣由凈化系統(tǒng)捕集的飄灰，以及在煙道、煙囪底部沉降的垃圾焚燒灰。日本市原水泥廠使用了約50%原料的垃圾焚燒灰（摻加部分污泥）生產(chǎn)“生態(tài)水泥”。

（7）廃タイヤ/廢輪胎/waste tires

廢輪胎屬于廢舊橡膠，廢橡膠的處理是當(dāng)今人們面臨的嚴(yán)重問題之一。為了滿足不斷提高的材料性能要求，橡膠朝著高強(qiáng)度、耐磨、穩(wěn)定和耐老化的方向發(fā)展，但也同時(shí)造成了廢棄后的橡膠長(zhǎng)時(shí)期不能自然降解的問題，大量的廢舊橡膠造成了比塑料污染（白色污染）更難處理的黑色污染，另一方面浪費(fèi)了寶貴的橡膠資源。日本每年產(chǎn)生大量廢輪胎，水泥廠焚燒廢輪胎可以從處理廢汽車部門得到一定費(fèi)用，還可以作為替代燃料使用和代替原料中的Fe成分。因此，在日本很多廢輪胎都在水泥廠處理。

（8）自家発電/余熱發(fā)電/cogeneration

利用水泥回轉(zhuǎn)窯窯尾排放的廢氣進(jìn)行發(fā)電稱為余熱發(fā)電。余熱發(fā)電有中低溫余熱發(fā)電和純低溫余熱發(fā)電等。余熱發(fā)電既可大量回收低品位的余熱，又可減少水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的廢熱及粉塵的污染，還可以減排溫室氣體CO2，已成為水泥工業(yè)節(jié)能降耗的成熟技術(shù)。

（9）セメントベ-スマテリアル/水泥基材料/ cement base materials

以水泥為主體成分的膠凝材料為水泥基材料，水泥基材料再與其他材料復(fù)合，可以得到特種功能的產(chǎn)品。例如日本研究的高強(qiáng)度混凝土——碳纖維水泥基復(fù)合材料，作為一種新型的復(fù)合材料受到了人們的關(guān)注。

（10）資源の効率的利用/資源化（再循環(huán)利用）/ recycling

一般是指把廢棄的東西進(jìn)行綜合處理后轉(zhuǎn)變?yōu)榭衫玫馁Y源，比如日本水泥產(chǎn)業(yè)處置的廢棄物，包括垃圾、廢土、污泥、廢輪胎等，作為代用燃料或原料，成為資源循環(huán)利用，因此日本提出資源的有效利用，即我們常說的再循環(huán)利用、資源化。

8 結(jié)語

（1）日本是水泥產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，對(duì)世界水泥工業(yè)的發(fā)展也有很大貢獻(xiàn)，但近30年來，由于日本經(jīng)濟(jì)低迷、東海大地震以及產(chǎn)品綠色化的壓力，日本水泥出現(xiàn)了產(chǎn)能過剩問題，日本水泥產(chǎn)業(yè)通過自身結(jié)構(gòu)性調(diào)整和水泥低碳化創(chuàng)新，已取得了一定成績(jī)。

（2）現(xiàn)代水泥工業(yè)已是成熟產(chǎn)業(yè)，因此目前對(duì)傳統(tǒng)水泥工藝方法與設(shè)備的提升研究報(bào)道的比較少，但多見如下內(nèi)容：廢棄物的循環(huán)再利用，生產(chǎn)低碳化產(chǎn)品，產(chǎn)品多功能化和性能化、混凝土高壽命化等，均為以水泥基為主的材料開發(fā)，顛覆性的材料研究還有待出現(xiàn)，雖然高強(qiáng)度纖維混凝土的研發(fā)已引起很多人的關(guān)注。

（3）現(xiàn)在水泥的生產(chǎn)走綠色化道路是必然的趨勢(shì)，所以必須加強(qiáng)廢棄物的協(xié)同處置研究，水泥產(chǎn)業(yè)有可能成為環(huán)保產(chǎn)業(yè)的一員，在這方面已看出日本的研究動(dòng)向和成績(jī)。

（4）日本在協(xié)同處置廢棄物方面已跨越了工藝方法開發(fā)階段，從目前報(bào)道來看，處置廢棄物主要解決兩個(gè)問題：使用廢棄物后的熟料質(zhì)量（水泥化學(xué)）以及微量元素的控制及對(duì)環(huán)境的影響問題。

（5）混凝土是支撐基礎(chǔ)建設(shè)的原材料，產(chǎn)品開發(fā)要與水泥結(jié)合起來考慮，當(dāng)前日本水泥產(chǎn)業(yè)界報(bào)道較多的內(nèi)容是高質(zhì)量高壽命混凝土的開發(fā)。

[1]Hiroshi Uchikawa.Cement and Concrete Industry Orienting TowardEnvironmental Coad Reduction and Waste Recycling[J]. Journal of Research of the Chichibu Onoda Cement Corporotion., 1997,(133).

[2]中原佳子.地球環(huán)境技術(shù)における粉體化學(xué)の役割[J].粉體工學(xué)會(huì)志，1998，（12）:845.1-33.

[3]平尾宙，細(xì)川佳史.セメントヒ技術(shù)の現(xiàn)狀と課題[J].Cement &Concrete,2013,10(800):2-12.

[4]日本セメント協(xié)會(huì).[Web]資料.2017.

[5]Technology planning department of Taiheyo Cemant Corporation R&D Center.Cement enterprise technology development of the forefront—Taiheyo Cemant Corporation R&D Center[J].Cement& Concrete.2009,(4):3-6.

[6]Takeyuki Kimijima.セメントの未來を考える[J].Cement& Concrete,Japan.2002,(661):10-21.■

Thirty Years of Cement Industry in Japan

HAN Zhongqi
(Tianjin Cement Industry Design&Research Institute Co.,Ltd.Tianjin,300400)

In this paper,the Japanese cement industry for 30 years refers to the period between 1980s since now which is more than thirty years.Japan is a developed country in the cement industry,but because of the economic downturn in the past 30 years,Japan's cement production capacity is surplus. The cement industry has suffered serious challenges of resources and energy consumption and the environment.Japan's cement industry has made certain achievements through its own structural adjustment and low carbon innovation.Due to the sustainable development of cement industry,the cement industry association has put forward the research focus on environment protection,mainly including the substitution of fuel,efficient use of waste and reducing the impact of environmental load. This paper introduces the current situation of the cement industry,focusing on recent developments in Japan green cement field,which supplies a reference for cement workers in China.

Japan cement industry;waste;sustainable development;environmental protection

TQ172.8

A

1001-6171（2017）03-0019-09

天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2017-02-28；編輯：張志紅