一、水泥在工业链环中的位置

新中国水泥的历史已有70年了，我国现代水泥工业取得了举世瞩目的成绩，我国经济在供给侧结构性改革背景下，经济增长已从中高速向中速转变，制造业发展也从中低端向中高端迈进，因此我国水泥等胶凝材料行业将进入转型升级、节能减排及低碳发展的更高阶段，加强基础材料升级换代与智能化制造是摆在水泥工作者面前的任务。

1824年波特兰水泥（硅酸盐水泥）诞生，至今已有195年的历史，改革开放后我国现代水泥的发展也有40多年，我国已经成为名副其实的“水泥大国”。2018年我国累计水泥产量达21.77亿吨，约为世界产量的一半，具有12条10,000t/d级能力的世界最大级生产线，并且水泥产品、技术与设备已走向海外，大型现代化水泥工程的EPC项目占有国际市场的绝对优势，我国水泥工业正在“一带一路”道路上与世界大家庭共同前进。众所周知，水泥是一种重要的基础原材料，在建筑、国防、高铁、大坝桥梁、石油钻探、原子辐射防护、城市艺术造型、高速公路、涵洞隧道等各类工程上，硅酸盐水泥及各种特殊功能水泥均被广泛的应用，在相当长时间内，水泥还是不可替代的基础原材料。

普通硅酸水泥无毒无害，与环境友好，所以我们的建筑物是安全的。然而传统的成熟的水泥制造业属于资源型、能源型产业，生产中不单排放大量的CO2还要产生一定的氮氧化物、硫化物和粉尘、细颗粒物等，故在资源以及环境约束日益严峻的今天，世界水泥工业的可持续发展受到了严峻的挑战。世界各国纷纷加强低碳绿色技术的开发，发展循环经济，由此说来水泥产量越大世界与社会的责任就越大。

“水泥绿色化”是传统水泥工业发展的必由之路，“绿色水泥工业”就是水泥制造业的发展目标，其内涵是“低碳、环保”。通过水泥技术创新向环境友好型转化、推进水泥工业的生态设计、积极采用创新的粉体技术提高节能环保水平，是实施水泥绿色化的主要手段。

二、水泥工业的发展目标

1. 提高传统水泥工业消纳废弃物的水平，减少CO2排放量

水泥发达国家在20世纪90年代初开始，推进水泥回转窑焚烧废弃物的方法，废弃物（含固态、液态、半液态）包括城市垃圾（含生活垃圾）、农业废物、河流漂流物、污泥、医疗废弃物及危险废弃物等，一般被称为“水泥窑协同处置废弃物”（co-disposal in kiln）。日本、德国、美国、丹麦等国家，近30年来出现了多种范例并积累了许多经验。日本、欧洲一些水泥企业的废物替代率可达50％左右，水泥窑的“替代燃料”达到20％～40％。

在进行水泥熟料煅烧的同时可以对废物进行高温无害化处理（ 水泥窑内高温约为1,400℃～1,600℃），所以水泥窑处置废弃物具有一定优势。随着技术的发展、废弃物的种类逐步增加，范围也逐步扩大，与其适应的标准规范和法规政策也逐步得到完善，处置废弃物现已现代水泥生产企业的一种优选模式。

我国在20世纪90年代后期，开始研究开发水泥工业处置废弃物的模式，在吸取国外成功经验的基础上，建成了国内第一条水泥窑处置工业危险废弃物生产线（北京水泥厂），并对生活垃圾及城市污泥的处置进行了基础研究及应用研究工作，现在应用技术开发和实用专利数量上已取得很大成绩，国内一些水泥单位为此作出了很大贡献，如天津水泥设计研究院、南京水泥工业设计研究院、合肥水泥研究设计院、海螺集团有限责任公司、华新水泥股份有限公司、北京金隅集团、中国建筑材料科学研究总院、华润水泥控股有限公司、山水集团、冀东水泥集团等都已建成一批不同类型的典型示范线，几十家水泥厂参与试验或正式采用水泥窑处置废弃物技术。

“水泥窑协同处置废弃物”包括两层意义：其一是水泥工业从替代燃料和替代原料的收益中，可以减少化石类燃料的能源消耗或减少天然化石类原料的资源消耗，减少CaCO3分解的CO2排放，是对环境友好的表现；另一层意义是可以减少社会废物的无害化处理量，可以减少传统垃圾焚烧厂的数量和减轻填埋场的负担，节约宝贵的土地资源，因此具有很重要的社会意义。

但是“协同处理”也给传统水泥企业带来一些问题，即生产流程要变得复杂，产品质量和环境影响的评估增加了产品成本，可能产品的单位能耗还要增加使企业效益受到影响。另外由于我国社会废弃物的分类与预处理技术比先进国家落后，原态废物产生单位的责任不明，使水泥厂要处置的废弃物来源不稳定，对水泥企业的经济效益影响更大。此外，利用废弃物发电、进行填埋或由水泥厂处理，还缺少明确的政策法律法规依据，人们的看法也有不同，所以在我国推行“协同处置”遇到了难题。

从环境保护和发展循环经济来说，处置废弃物应成为水泥制造业的一部分，水泥企业要承担一定的国际责任和社会责任。所以说水泥工业应该从单独的基本原材料制造业向着绿色环保功能转变，若能逐步演变成环保产业是最好的事情。从资料上可以看到，日本的水泥厂都已参与废弃物的处理。

水泥行业应参与社会层面的工作是:

（1）开发专业的废弃物预处理技术和装备，设计废弃物拆卸、分类、粗产品加工、堆放或储存的标准处理线，在深层次上开发焚烧特殊废弃物的系列化技术和装备，例如高水分的城市污泥处理办法、一些形状复杂的江河漂流物的运输问题等；

（2）采用创新粉体技术，如高性能磁选和分选设备、移动式给料机储料装置、破碎与压缩固化设备、有害有毒元素的监测和检测仪表装置等，研究生活垃圾、污泥、危险废弃物的有毒有害物质对生产过程的影响，及对水泥产品和下游相关产品质量的影响，制定相应的产品标准；免除人们对产品的安全性担忧；

（3）与当地学校合作，提供学生环保基地的参观和实习场所，由企业提供废弃物专业课程的授课老师，从小学生起就培养他们的环保意识。

2.发展新型绿色胶凝材料

新型绿色胶凝材料，是指传统水硬性胶凝材料通过科技创新、不分无机与有机界限的节能环保新性能、新功能的胶凝产品，主要包括新品种水泥、优秀功能水泥、水泥基复合材料、高性能混凝土、复合型混凝土以及智能型胶凝材料等，逐步形成“绿色环保胶凝材料”的一族。以下为几种典型的已出现的胶凝材料新产品，可供读者参考：

（1）新“优秀功能水泥”和“智能型环保

水泥”

a.智能透光水泥。阳光能够透过墙壁直接射进屋子里，以致建筑物的墙面看上去就像巨型的玻璃窗，减少电能光源的能耗；

b.抗震功能水泥。具有高度的坚固性、韧性以及延展性，能够大大增强墙体的抗震性能;

c.生物水泥。采用水泥窑粉尘或建筑废弃物作为生物水泥的钙源，用少量尿素作为加速生物反应的催化剂，用食品加工业或家庭日常生活有机垃圾作为微生物细菌的营养源，再通过添加少量植物的碳纤维制造的水泥叫生物水泥，其强度和寿命可与硅酸盐水泥一样，但可减少大量CO2的排放。

（2）新绿色混凝土

a.高强混凝土。使用增强纤维的超高强混凝土可以不用钢筋，比一般的混凝土结构强度要高好几倍，可用于设计100年耐久结构的建筑物；

b.低碳混凝土。是利用工业副产品中的γ-C2S与CO2反应，可使混凝土CO2排放量大为减少；

c.抛光混凝土。能显著提升和持久保持很高

的光泽度，可用于地面或墙壁的美化装修。

3. 开发智能化控制与管理体系

现代水泥的生产是复杂的大料流的操作系统，一座大型水泥厂每天厂内的料流要达到几千吨到几万吨，所以水泥企业要有社会责任心，重视散体物料处置的可靠性和安全性。目前 IT 与网络自动化、智能化控制问题已受到各国水泥界的重视，一般研发的内容是 AI 技术的生产控制系统和生产管理系统。

我国在水泥工业智能化控制方面，与先进国家相比还有一定差距，所以我们要加强这方面的研发力度，要改变传统“水泥自动化控制”的概念，真正从AI概念出发。

我国正在研究的问题是集研发设计、物流采购、设备制造、生产管控、经营管理、市场营销为一体的工业流程链智能化系统，还有智能工程、数字矿山、物联网的应用等。

（1）生产管理的智能化系统

生产管理信息方面的MES系统，是一套面向制造企业操作端的生产信息化管理系统。MES通过虚拟现实（VR）或增强现实（AR）进行实体建模或者实现三维在线交互式展示，读取系统过程生产数据、设备数据、在线显示趋势以及重要的KPI数值。MES可用于企业生产数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理等，目标是使生产管理进入智能化时代。

（2）先进寻优智能控制系统

先进寻优智能控制（APC）系统，是对高性能水泥产品质量和过程被控变量波动进行控制的技术，该技术采用先进的控制理论和控制方法，以工艺过程分析和数学模型计算为核心，以工厂控制网络和管理网络为信息载体，使过程控制由原来的PID控制过渡到多变量模型预测控制，最终实现运行的平稳性和提高经济效益。

在水泥制造方面，重要的单元操作是烧成工序与生料及水泥的粉磨工序，采用APC系统，并与MES系统联合，可以很好地实现水泥制造的智能化。

4.水泥制造业的技术延伸研究

水泥科技工作者要打破传统观念，对水泥及水泥基材料等新型胶凝材料进行革命性创新、争取有突破性开发成果，进行大胆的延伸研究是有效的出路，并可使水泥工业可持续发展。例如在上下游关联领域建立相互支撑的多元化产业体系，使行业内外产业链交错扩展、积极开展国际合作、发展一带一路项目。

最近国外发展起来一种新综合型废物分类处理技术，具有很大的潜在意义。这种技术采用机械生物处理法获取不同性状的垃圾“衍生燃料”（RDF），具有热值高、燃烧稳定、易于运输、易于储存、二次污染低和二噁英类物质排放量少的特点，可提供给不同产品制造企业的循环再利用，例如可供水泥厂使用的替代燃料、石化部门使用的甲醇类代用液体燃料、农业使用的代用化肥等。据说，美国检查及材料协会按城市生活垃圾衍生燃料的加工程度、形状、用途等将RDF 分成7类。这种称为“衍生燃料”的转变技术意味着废弃物完全消失，即废物可以“变宝”，这样看来废弃物的加工企业可能成为一门新的产业，水泥工业的扩展研究能不能考虑这个领域？

三、结语

我国已掌握传统水泥的制造核心技术，一方面我们要争取水泥制造业在2025年前整体达到世界制造强国序列的中等以上水平，另一方面争取在新品种胶凝材料和制造工艺方面有所突破，实现中国水泥绿色、智能制造。我们要争当世界水泥领跑者！这应是我国水泥科技工作者在新常态下的目标。