浅谈埃塞俄比亚水泥厂原燃料的特点

2022-07-08袁向炜

水泥工程 2022年1期

程金,朱刚,陈蕾,袁向炜

（1.苏州中材建设有限公司,江苏苏州 215300；2.中国中材国际工程股份有限公司（南京）,江苏南京 211100）

0 前言

埃塞俄比亚土地面积约110万km2，全国统计人口约1.1亿，仅只有1/5的人口居住在城镇和城市，目前埃塞俄比亚的人均水泥消费量约100 kg，根据其经济均衡快速发展的趋势，人均需求还存在一定的上升空间。最近几年埃塞俄比亚的经济增长率维持在7.5%左右，为进一步刺激经济发展速度，政府也颁布了相应的刺激经济发展计划，未来城镇化率的提高以及道路设施的增加等都为水泥消费量提出了更高的要求，水泥的需求缺口将会继续扩大。原燃料作为生产水泥所需要的物料，原料、缓凝剂、混合材、煤等在埃塞俄比亚均有相当的分布。根据笔者多年在埃塞俄比亚的水泥工程相关的实际工作经历，埃塞俄比亚的水泥生产的原材料物料的状况介绍如下。

1 水泥生产原燃料的特点

在岩石地层方面，埃塞俄比亚出露的地层从前寒武纪至第四纪地层，以前寒武纪（新元古代）、中生代和新生代地层最为发育。在地层中主要出露岩石为前寒武纪基底变质岩（23%）、晚古生代-中生代海相和陆相沉积岩（25%）、新生代基性-酸性火山岩（34%）和火山沉积岩（18%）。

埃塞俄比亚处于高原地带，平均海拔近3 000 m，其物质丰富，水泥利用的多种物质基本都有赋存。在水泥生产所需要的各种原料中，在烧成熟料的各种原料一般来自于各类沉积岩，埃塞俄比亚沉积岩主要为中生代的石灰岩、砂岩、黏土、石膏等；作为水泥混合材的浮石、火山灰、凝灰岩等多为火山沉积物，在境内也广泛分布。

目前埃塞俄比亚实行的水泥标准为《CES28-Compusory Ethiopian Standard，First Edition 2013》，其对于水泥主要成分熟料、混合材料、缓凝剂的物质类型、掺入比例等均引用于《EN 197-1:2011》的内容，其他并未有特殊的要求和规定。以下结合埃塞俄比亚的岩石地层赋存的状况来对水泥原燃料分别介绍。

1.1 水泥生产原料的特点

水泥工程在生产过程中，原燃料的需求量非常巨大，因此水泥工厂的厂址熟料线一般需要靠近石灰石矿山；而水泥粉磨一般靠近水泥产品的主要销售区域。水泥熟料生产所需的石灰石、黏土、砂岩、玄武岩，以及缓凝剂石膏和混合材浮石、火山灰等在埃塞俄比亚国内都有相当的资源分布。

根据对于现有水泥厂生产所用原料情况的了解，石灰石、砂岩基本在各个厂均有较为广泛的使用，硅铝质原料主要有黏土、玄武岩，有个别工厂使用火山灰作为硅铝质原料。在黏土、玄武岩中均具有相当的铁质组分存在，一般不需要再加入铁质校正原料，原料情况见表1。

表1 埃塞俄比亚水泥厂所用原料化学成分 %

石灰石作为水泥生产所需要的主要石灰质原料，约占原料用量的80%左右，其主要来自于中生代晚白垩纪的石灰岩矿山，多为海相沉积来源的石灰岩出露体积较大，成层性强，各层间的成分根据沉积来源不同具有一定的差异。由于埃塞俄比亚新生代以来受裂谷带形成的影响，地质构造活动剧烈，在沉积期内往往混杂有不同来源物质，如燧石结核[见图1（a）]、砾石等，这些混杂的成分对于生料的易磨性和易烧性带来一定的不利影响，一般来说要求进厂的石灰石中燧石质二氧化硅的含量在4%以内，同时要做好高低品位石灰石的搭配。在不少石灰岩矿山附近发现有储量相当多的泥灰岩，也是不错的石灰质原料，有助于提高生料的易磨性、易烧性。

作为硅质校正原料，埃塞俄比亚的砂岩的成熟度较高，二氧化硅的含量大多在90%以上，宏观上可见一般呈细晶颗粒状，或夹杂石英砾块状胶结成岩[见图1（b）]。磨圆度、成熟度较高的石英砂岩的存在，对于生料的易磨性、易烧性和相应的熟料质量都会带来一定的不利影响。

图1 埃塞俄比亚原料情况图

埃塞俄比亚水泥厂的硅铝质原料主要有黏土、玄武岩，少量用火山灰。新生代岩浆岩主要为火山作用出露的玄武岩，大量的玄武岩浆喷发形成了埃塞俄比亚中央高原，成分为碱性至拉班玄武岩和熔结凝灰岩。在埃塞俄比亚分布的玄武岩体积较大，其经风化后产生的沉积物黏土中含铁质量较高，一般不需要再加入铁质校正原料。但由于埃塞俄比亚地表黏土层形成的地质历史时期较短，黏土的沉积厚度一般不大，对于一日产5000 t熟料的生产线来说，所需要的黏土量约50万t左右。黏土属于当地农业生产（多英吉拉（音译）种植）的土壤，对于高原国家的埃塞俄比亚来说，土地资源较为宝贵，因此对于黏土作为硅铝质水泥原料利用具有一定持续性供应困难。对此，可通过选择一定的页岩资源来作为替代或补充。鉴于硅铝质原料的短缺，有水泥厂利用火山灰作为硅铝质原料，但其高温的反应活性较差，一般其参与烧成的熟料质量较差。

1.2 水泥生产混合材料的特点

目前埃塞俄比亚的工业基础薄弱，相应产生的工业废渣如矿渣、粉煤灰等物料较少，目前可以利用的混合材多为天然材料。由于新生代时期以来，岩浆活动剧烈，其产生的浮石、火山灰、凝灰岩等在埃塞俄比亚有较多的分布，可以作为混合材料掺入熟料中粉磨制成水泥。埃塞俄比亚具有4个月以上的雨季，浮石[如图 1（c）]空隙率较高，且保水性较强，在利用时需要考虑其高水分对于磨机产量的影响，以及可能的对于水泥性能的影响。混合材料的单一性决定了其水泥品种主要为火山灰水泥、普通硅酸盐水泥为主。

1.3 水泥生产燃料的特点

埃塞俄比亚煤矿主要赋存于前寒武纪片岩和晚中新世-上新世湖泊沉积物中，煤的形成期较短，约为13～15个百万年，多分布于中部高原、裂谷带西侧，主要为湖湘沉积，叶理性表征明显[见图1（d）]。已发现的煤矿以褐煤为主，且灰分较高、固定碳低，平均含水率和挥发分较高等特点（见表2）。

表2 埃塞俄比亚水泥厂所用燃料工业分析结果

埃塞俄比亚水泥厂一般利用南非煤作为烧成燃料，但国家政府近年来颁布了利用本国煤炭资源的相关规定，即国内水泥厂必须要利用一定的国内褐煤，以刺激国内褐煤的使用，从而减少对于国外资料的依附度，降低外汇支出。有个别水泥厂尝试利用南苏丹或中东地区的石油焦作为燃料，以降低生产成本。

根据笔者对于一煤矿中多层位煤炭的综合分析，对于此典型褐煤燃烧性能的热重分析表明（见图3），此褐煤的燃烧开始温度在327℃，温度较低，且其燃烧结束温度为491℃，因此其在较短温度范围内即可燃烧完全。但其挥发分含量较高，在较低温度下挥发分即可析出燃烧。此类煤的储存、粉磨过程中均需要控制在一定的温度范围，具有一定的使用安全风险，在相关工艺设计需考虑此特性。