前言

埃塞俄比亞土地面積約110萬km2，全國統(tǒng)計人口約1.1億，僅只有1/5的人口居住在城鎮(zhèn)和城市，目前埃塞俄比亞的人均水泥消費量約100kg，根據(jù)其經(jīng)濟均衡快速發(fā)展的趨勢，人均需求還存在一定的上升空間。最近幾年埃塞俄比亞的經(jīng)濟增長率維持在7.5％左右，為進一步刺激經(jīng)濟發(fā)展速度，政府也頒布了相應的刺激經(jīng)濟發(fā)展計劃，未來城鎮(zhèn)化率的提高以及道路設施的增加等都為水泥消費量提出了更高的要求，水泥的需求缺口將會繼續(xù)擴大。原燃料作為生產(chǎn)水泥所需要的物料，原料、緩凝劑、混合材、煤等在埃塞俄比亞均有相當?shù)姆植肌８鶕?jù)筆者多年在埃塞俄比亞的水泥工程相關(guān)的實際工作經(jīng)歷，埃塞俄比亞的水泥生產(chǎn)的原材料物料的狀況介紹如下。

在巖石地層方面，埃塞俄比亞出露的地層從前寒武紀至第四紀地層，以前寒武紀(新元古代)、中生代和新生代地層最為發(fā)育。在地層中主要出露巖石為前寒武紀基底變質(zhì)巖(23％)、晚古生代一中生代海相和陸相沉積巖(25％)、新生代基性一酸性火山巖(34％)和火山沉積巖(18％)。

埃塞俄比亞處于高原地帶，平均海拔近3000m，其物質(zhì)豐富，水泥利用的多種物質(zhì)基本都有賦存。在水泥生產(chǎn)所需要的各種原料中，在燒成熟料的各種原料一般來自于各類沉積巖，埃塞俄比亞沉積巖主要為中生代的石灰?guī)r、砂巖、黏土、石膏等；作為水泥混合材的浮石、火山灰、凝灰?guī)r等多為火山沉積物，在境內(nèi)也廣泛分布。

目前埃塞俄比亞實行的水泥標準為《CES28-Compusory Ethiopian Standard，F(xiàn)irst Edition 2013》，其對于水泥主要成分熟料、混合材料、緩凝劑的物質(zhì)類型、摻入比例等均引用于《EN 197-1:2011》的內(nèi)容，其他并未有特殊的要求和規(guī)定。以下結(jié)合埃塞俄比亞的巖石地層賦存的狀況來對水泥原燃料分別介紹。

1.1 水泥生產(chǎn)原料的特點

水泥工程在生產(chǎn)過程中，原燃料的需求量非常巨大，因此水泥工廠的廠址熟料線一般需要靠近石灰石礦山；而水泥粉磨一般靠近水泥產(chǎn)品的主要銷售區(qū)域。水泥熟料生產(chǎn)所需的石灰石、黏土、砂巖、玄武巖，以及緩凝劑石膏和混合材浮石、火山灰等在埃塞俄比亞國內(nèi)都有相當?shù)馁Y源分布。

根據(jù)對于現(xiàn)有水泥廠生產(chǎn)所用原料情況的了解，石灰石、砂巖基本在各個廠均有較為廣泛的使用，硅鋁質(zhì)原料主要有黏土、玄武巖，有個別工廠使用火山灰作為硅鋁質(zhì)原料。在黏土、玄武巖中均具有相當?shù)蔫F質(zhì)組分存在，一般不需要再加入鐵質(zhì)校正原料，原料情況見表1。

石灰石作為水泥生產(chǎn)所需要的主要石灰質(zhì)原料，約占原料用量的80％左右，其主要來自于中生代晚白堊紀的石灰?guī)r礦山，多為海相沉積來源的石灰?guī)r出露體積較大，成層性強，各層間的成分根據(jù)沉積來源不同具有一定的差異。由于埃塞俄比亞新生代以來受裂谷帶形成的影響，地質(zhì)構(gòu)造活動劇烈，在沉積期內(nèi)往往混雜有不同來源物質(zhì)，如燧石結(jié)核[見圖1(a)]、礫石等，這些混雜的成分對于生料的易磨性和易燒性帶來一定的不利影響，一般來說要求進廠的石灰石中燧石質(zhì)二氧化硅的含量在4％以內(nèi)，同時要做好高低品位石灰石的搭配。在不少石灰?guī)r礦山附近發(fā)現(xiàn)有儲量相當多的泥灰?guī)r，也是不錯的石灰質(zhì)原料，有助于提高生料的易磨性、易燒性。

作為硅質(zhì)校正原料，埃塞俄比亞的砂巖的成熟度較高，二氧化硅的含量大多在90％以上，宏觀上可見一般呈細晶顆粒狀，或夾雜石英礫塊狀膠結(jié)成巖[見圖1(b)]。磨圓度、成熟度較高的石英砂巖的存在，對于生料的易磨性、易燒性和相應的熟料質(zhì)量都會帶來一定的不利影響。

埃塞俄比亞水泥廠的硅鋁質(zhì)原料主要有黏土、玄武巖，少量用火山灰。新生代巖漿巖主要為火山作用出露的玄武巖，大量的玄武巖漿噴發(fā)形成了埃塞俄比亞中央高原，成分為堿性至拉班玄武巖和熔結(jié)凝灰?guī)r。在埃塞俄比亞分布的玄武巖體積較大，其經(jīng)風化后產(chǎn)生的沉積物黏土中含鐵質(zhì)量較高，一般不需要再加入鐵質(zhì)校正原料。但由于埃塞俄比亞地表黏土層形成的地質(zhì)歷史時期較短，黏土的沉積厚度一般不大，對于一日產(chǎn)5000t熟料的生產(chǎn)線來說，所需要的黏土量約50萬t左右。

黏土屬于當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)(多英吉拉(音譯)種植)的土壤，對于高原國家的埃塞俄比亞來說，土地資源較為寶貴，因此對于黏土作為硅鋁質(zhì)水泥原料利用具有一定持續(xù)性供應困難。對此，可通過選擇一定的頁巖資源來作為替代或補充。鑒于硅鋁質(zhì)原料的短缺，有水泥廠利用火山灰作為硅鋁質(zhì)原料，但其高溫的反應活性較差，一般其參與燒成的熟料質(zhì)量較差。

1.2 水泥生產(chǎn)混合材料的特點

目前埃塞俄比亞的工業(yè)基礎薄弱，相應產(chǎn)生的工業(yè)廢渣如礦渣、粉煤灰等物料較少，目前可以利用的混合材多為天然材料。由于新生代時期以來，巖漿活動劇烈，其產(chǎn)生的浮石、火山灰、凝灰?guī)r等在埃塞俄比亞有較多的分布，可以作為混合材料摻入熟料中粉磨制成水泥。埃塞俄比亞具有4個月以上的雨季，浮石[如圖1(c)]空隙率較高，且保水性較強，在利用時需要考慮其高水分對于磨機產(chǎn)量的影響，以及可能的對于水泥性能的影響。混合材料的單一性決定了其水泥品種主要為火山灰水泥、普通硅酸鹽水泥為主。

1.3 水泥生產(chǎn)燃料的特點

埃塞俄比亞煤礦主要賦存于前寒武紀片巖和晚中新世一上新世湖泊沉積物中，煤的形成期較短，約為13～15個百萬年，多分布于中部高原、裂谷帶西側(cè)，主要為湖湘沉積，葉理性表征明顯[見圖1(d)]。已發(fā)現(xiàn)的煤礦以褐煤為主，且灰分較高、固定碳低，平均含水率和揮發(fā)分較高等特點(見表2)。

表2 埃塞俄比亞水泥廠所用燃料工業(yè)分析結(jié)果

埃塞俄比亞水泥廠一般利用南非煤作為燒成燃料，但國家政府近年來頒布了利用本國煤炭資源的相關(guān)規(guī)定，即國內(nèi)水泥廠必須要利用一定的國內(nèi)褐煤，以刺激國內(nèi)褐煤的使用，從而減少對于國外資料的依附度，降低外匯支出。有個別水泥廠嘗試利用南蘇丹或中東地區(qū)的石油焦作為燃料，以降低生產(chǎn)成本。

根據(jù)筆者對于一煤礦中多層位煤炭的綜合分析，對于此典型褐煤燃燒性能的熱重分析表明(見圖2)，此褐煤的燃燒開始溫度在327℃，溫度較低，且其燃燒結(jié)束溫度為491℃，因此其在較短溫度范圍內(nèi)即可燃燒完全。但其揮發(fā)分含量較高，在較低溫度下?lián)]發(fā)分即可析出燃燒。此類煤的儲存、粉磨過程中均需要控制在一定的溫度范圍，具有一定的使用安全風險，在相關(guān)工藝設計需考慮此特性。

圖2 埃塞俄比亞當?shù)睾置旱臒嶂胤治鰣D

根據(jù)以上的特性，當?shù)睾置翰荒軉为毨米鳛?span>燒成燃料，在有較高品質(zhì)要求的燒成窯頭燃料一般利用高熱值進口煤使用，低熱值煤的國內(nèi)褐煤一般在燒成窯尾使用，且需要控制其熱值在一定范圍內(nèi)，見表2。

(1)埃塞俄比亞的水泥原料主要有石灰石、砂巖和黏土等，不需單獨加入鐵質(zhì)校正原料。由于地質(zhì)形成期較短，石灰石、砂巖等形成于中生代以來的沉積巖中，其中砂巖的成熟度較高，對于生料粉磨和燒成均具有一定的影響。黏土中鐵質(zhì)含量高，一般不需要加入鐵質(zhì)校正原料。

(2)混合材料來源較為單一，水泥品種為普通硅酸鹽水泥和火山灰水泥。混合材主要為天然物料-浮石、火山灰、凝灰?guī)r、石灰石等，混合材料的單一性決定了其水泥品種主要為火山灰水泥、普通硅酸鹽水泥為主。

(3)當?shù)氐娜剂弦院置簽橹鳎錈崃π阅茈y以單獨作為水泥燒成燃料使用，還需要進口高熱值燃料混合使用。

作者：程金1，朱剛2，陳蕾2，袁向煒1

來源：《1蘇州中材建設有限公司；2中國中材國際工程股份有限公司(南京)》

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