1　鋁酸鹽水泥的誕生

　　鋁酸鹽水泥是耐火材料行業(yè)中不可缺少的一種水硬性粘結(jié)劑。該產(chǎn)品最早是1865年后期在法國出現(xiàn)，由氧化鋁和石灰經(jīng)熔融后破碎制成的鋁酸鈣水泥(calcium aluminate cement—CAC)。19世紀末期英國首先發(fā)布了“石灰石-礬土(limestone bauxite cement)”水泥的專利。而首次進行這種水泥商業(yè)性生產(chǎn)則是在1913年法國的拉法基公司(Lafarge)，生產(chǎn)方法為熔融法。鋁酸鹽水泥早期強度高，耐火性能優(yōu)良，具有抗硫酸鹽和弱酸侵蝕的能力，廣泛應用于耐火材料行業(yè)。

2　中國鋁酸鹽水泥工業(yè)的建立

　　解放前落后的中國建材工業(yè)沒有多品種水泥，更沒有鋁酸鹽水泥。建國以后，中國建材科學研究院水泥品種室于50年代中期組成鋁酸鹽水泥專家組，積極開發(fā)中國多品種水泥，并派出專家組到當時的蘇聯(lián)學習特種鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)。
　　

河南鞏縣鋁土礦是我國解放后最早發(fā)現(xiàn)的礦區(qū)之一。1953年重工業(yè)部鋼鐵工業(yè)管理局華北地質(zhì)勘探公司地質(zhì)隊首次對河南鞏縣小關礦區(qū)進行勘探，次年地質(zhì)部中南地質(zhì)局417隊再行勘探。先后經(jīng)地質(zhì)部礦產(chǎn)儲量委員會確認鞏縣—偃師、陜縣—澠池—新安、密縣—禺縣及臨汝—寶豐四大鋁礬土成礦帶，總儲量在2.3億t以上。國家在制定第二個五年發(fā)展計劃時，決定開發(fā)河南鞏縣鋁土礦資源。依據(jù)建設河南鋁業(yè)公司(中國長城鋁業(yè)公司原名)的有利條件，1958年2月，建材部決定在鄭州建設高鋁水泥廠(中國長城鋁業(yè)公司水泥廠的原名，鄭州水泥廠)。
　　

高鋁水泥廠的建設最初曾請?zhí)K聯(lián)幫助設計，蘇方要求采用電爐生產(chǎn)法(熔融法)。1957年北京建材研究院的科學家們利用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)高鋁水泥工業(yè)試驗獲得成功后，建材部報經(jīng)國家計委批準，改由建材部水泥設計院設計，設備也改由國內(nèi)供應。1958年7月，水泥設計院完成《滎陽高鋁水泥廠初步設計》，采用燒結(jié)法生產(chǎn)工藝，年產(chǎn)高鋁水泥2.9萬t，無水石膏高鋁水泥0.5萬t，石膏礬土膨脹水泥1.2萬t，不透水不收縮水泥0.6萬t。1958年9月建材部批準《滎陽高鋁水泥廠初步設計》，12月份破土動工。建設中隨著國民經(jīng)濟的不斷調(diào)整，直至1965年5月我國第一條Φ2.5m×78m燒高鋁水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯進行投料試車。

3　中國鋁酸鹽水泥技術(shù)的發(fā)展

　　
3.1　生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與完善
　　

世界上以法國為代表的鋁酸鹽水泥大多采用熔融法生產(chǎn)。在我國含鋁量50%以上的水泥采用半干法回轉(zhuǎn)窯煅燒工藝尚屬首創(chuàng)。由于缺乏生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗，燒結(jié)中回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的問題曾一度嚴重地影響生產(chǎn)。為解決這一技術(shù)難題，1970年將原Φ2.5m×78m回轉(zhuǎn)窯改造成為Φ3.3m/2.5m×78m，經(jīng)過改造緩和了煅燒過程中的結(jié)圈結(jié)塊問題，提高了產(chǎn)量，臺時產(chǎn)量由改造前的6t/h提高到8.2t/h，提高了36.7%。1989年預加水成球技術(shù)在高鋁水泥回轉(zhuǎn)窯上首先得到應用，進一步減少了熟料燒結(jié)的結(jié)圈結(jié)塊現(xiàn)象，而且臺時產(chǎn)量又有了一定程度的提高，熟料質(zhì)量也有較大的改善。
　　

隨著我國對外經(jīng)濟的開放，在與國外同行進行的生產(chǎn)技術(shù)交流中，獲悉燒結(jié)法鋁酸鹽水泥料球窯外加熱技術(shù)。通過消化吸收和改進國外技術(shù)，于2001年6月成功完成了“微晶種、預成球、窯外加熱新工藝”技術(shù)改造項目，并將窯型改造為Φ3.3m/2.5m/3.3m×57m。至此已完全形成了具有中國特色的燒結(jié)法鋁酸鹽水泥生產(chǎn)技術(shù)。
　　

回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法鋁酸鹽水泥新工藝技術(shù)的開發(fā)應用，對于產(chǎn)品質(zhì)量的提高和性能的改善有了較大的突破。主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　

1)采用微晶種和預熱技術(shù)使生料成球率高、機械沖擊破碎和高溫爆球率較低，為料球充分預熱和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的燒結(jié)提供了良好的條件。
　　

2)微晶種的誘導結(jié)晶作用，促進了熟料礦物晶體的成核和晶形發(fā)育。
　　

3)改造前由于生料成球后直接入窯燒結(jié)，料球受熱不均，生料預熱不良，窯內(nèi)煅燒反應不充分，不但熟料中C₁₂A₇等過渡礦物含量偏高，而且造成熟料礦物發(fā)育不好，大小懸殊且晶體形態(tài)極不規(guī)則，使水泥強度偏低且凝結(jié)時間偏短；通過采用窯外加熱新技術(shù)并輔以微晶種、預成球技術(shù)，使生料球預燒充分、受熱均勻，在窯內(nèi)煅燒反應較為完全，促使鋁酸鹽熟料的主要礦物CA晶體發(fā)育良好，晶體形態(tài)規(guī)則、大小均齊，且分布較為均勻，從而提高了水泥的強度，改善了水泥凝結(jié)時間偏短的問題。

3.2　鋁酸鹽水泥的品種與質(zhì)量
　　

采用熔融法生產(chǎn)鋁酸鹽水泥的國家，其品種以Al₂O₃含量來區(qū)分，通常有Al₂O₃40%、Al₂O₃50%、Al₂O₃60%、Al₂O₃70%、Al₂O₃80%等品種。不過Al₂O₃70%、Al₂O₃80%的水泥，其熟料是用工業(yè)氧化鋁與石灰石采用回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法生產(chǎn)。中國沒有熔融法生產(chǎn)鋁酸鹽水泥，至少到目前還沒有形成大批量生產(chǎn)，上海和開封有小批量電融法生產(chǎn)Al₂O₃70%的熟料，加入適量的α-Al₂O₃生產(chǎn)Al₂O₃70%、Al₂O₃80%高品級鋁酸鹽水泥，形不成規(guī)模和市場。中國GB201-2000<鋁酸鹽水泥>新標準，也是借鑒國外水泥品種的叫法，仍是以Al₂O₃含量來區(qū)分產(chǎn)品的品種。不過中國市場大批量是以回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的CA-50的水泥，有少量CA-60的水泥，CA-70、CA-80的水泥是近年發(fā)展較快的品種。Al₂O₃40%的水泥，F(xiàn)e₂O₃含量8%～16%，我國稱為“鐵鋁酸鹽水泥”，這種產(chǎn)品在國外叫“FONDU CEMENT”。不僅可用于耐火材料，而且還可以用于做化學建材及建筑工程。Al₂O₃40%以上、SO₃含量8%～14%的水泥，我國稱為“硫鋁酸鹽水泥”。這種水泥有SO₃的存在，不能應用于耐火材料。法國將Al₂O₃50%以下的品種統(tǒng)稱為“低純度鋁酸鹽水泥”。中國GB201-2000標準實施之前，Al₂O₃50%以上的水泥一直沿用普通水泥的叫法，也是以強度標號區(qū)分水泥的等級。
　　

利用鋁酸鹽水泥硬化快、早期強度高、在CaSO₄的作用下水化形成鈣礬石的特點，可以派生出許多不同品種、不同用途的水泥。如加入適量的石膏，可以生產(chǎn)用作防滲漏的石膏膨脹水泥、鋁酸鈣膨脹劑、混凝土自應力壓力管所用的鋁酸鹽自應力水泥、用來礦山充填和煤礦巷旁執(zhí)護的高水速凝固結(jié)充填材料、在建筑工程上應用的硫鋁酸鹽水泥，以及利用該產(chǎn)品Al₂O₃高的特點可用做化工觸媒；近年來國家加大對環(huán)保的管理力度，利用鋁酸鹽水泥加入適量的硫酸(H₂SO₄)可用做造紙行業(yè)污水治理的鋁酸鈣凈水劑；同時利用該產(chǎn)品熔點溫度低、粘度小、流動度好的特點，在大型鋼鐵企業(yè)鋼液精煉中，可用于吸附鋼液中的夾雜，是一種極好的煉鋼脫硫造渣劑。此外，鋁酸鹽水泥在國外較大量用作房屋內(nèi)裝修的瓷磚粘結(jié)劑、瓷磚灰泥、快速施工地板材料、地板平整材料、密封材料、基礎砂漿、修補砂漿等。
　　

與熔融法比較，燒結(jié)法鋁酸鹽水泥的強度、凝結(jié)時間、標準稠度用水量、流動度等一些物理指標，到目前為止仍然存在著不同程度的差距，原因就在于生產(chǎn)工藝的差別。六七十年代，我國燒結(jié)法僅能生產(chǎn)400號水泥。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷熟練和新工藝新技術(shù)的應用，產(chǎn)品的質(zhì)量水平不斷提高。特別是近年來“微晶種、預成球、窯外加熱新技術(shù)”在回轉(zhuǎn)窯上的應用，水泥的質(zhì)量水平有了大幅度的提高。目前可以實現(xiàn)6h抗壓強度達到20MPa以上、24h抗壓強度80MPa、3d抗壓強度95MPa的國際先進水平。水泥的凝結(jié)時間以及其他一些能夠反映施工性能的指標，都有了不同程度的改善。已接近同類產(chǎn)品的國際一般水平。

3.3　鋁酸鹽水泥的標準與名稱
　　

我國的鋁酸鹽水泥的標準與名稱歷史上曾進行過3次大的修改。60年代主要以蘇聯(lián)標準為基礎，檢驗方法為硬練，水泥按強度分標號。名稱叫“高鋁水泥”，也叫“礬土水泥”。80年代隨著普通水泥標準改為軟練的檢驗方法的修訂而同時修訂了此標準，取消了“礬土水泥”的名稱。為適應國際經(jīng)濟一體化的要求，2000年水泥行業(yè)貫徹執(zhí)行國際標準(ISO法)，該品種也作了積極的修訂。GB 201-2000<鋁酸鹽水泥>不僅在檢驗方法上有較大變化，而且對該品種過去的不同名稱、品級、生產(chǎn)方法、檢驗項目等，都做了比較詳細的規(guī)定。首先在名稱上吸收了國際、國內(nèi)市場對該產(chǎn)品的不同叫法:“氧化鋁水泥”、“鋁酸鈣水泥”、“高鋁水泥”、“礬土水泥”、“高鋁水泥-65”，“純鋁酸鈣水泥-70”、“純鋁酸鈣水泥-80”，統(tǒng)稱為“鋁酸鹽水泥”。以氧化鋁的含量區(qū)分品種，統(tǒng)稱CA-50、CA-60、CA-70、CA-80，與國際市場接軌，取消水泥的強度指標。同時取消高鋁水泥限定在回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的規(guī)定。硫鋁酸鹽水泥和鐵鋁酸鹽水泥不在本標準要求范圍之內(nèi)。

4　中國鋁酸鹽水泥生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展壯大

　　中國鋁酸鹽水泥的發(fā)展從60年代的1家、1條生產(chǎn)線，產(chǎn)量5萬t，到目前的十幾家、20多條生產(chǎn)線，年產(chǎn)30多萬t。生產(chǎn)方法從回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)法，到倒煙窯，地蛋窯，電爐熔融法。企業(yè)所有制形式從國有到民營、集體、合資、國外獨資多種經(jīng)濟形式。產(chǎn)品品種從1個系列幾個品種，到3大系列，幾十個品種。從產(chǎn)品依靠國外進口，到產(chǎn)品走向世界。
　　

鋁酸鹽水泥已經(jīng)過了膨脹發(fā)展時期，目前隨著市場的競爭和國家宏觀經(jīng)濟政策的逐步規(guī)范，生產(chǎn)能力低的小型企業(yè)逐步退出市場。以國內(nèi)市場最大量的CA-50的品種為例，生產(chǎn)廠家除鄭州外，有河北的石家莊、浙江的蕭山、遼寧的營口、四川的宜賓、廣州建材廠等，但現(xiàn)在發(fā)展的重點又逐步回到鄭州。隨著市場經(jīng)濟的優(yōu)勝劣汰，鄭州地區(qū)也從90年代的十幾家，目前已逐步規(guī)范到5～8家，還有幾家小型企業(yè)處于半停產(chǎn)狀態(tài)。生產(chǎn)CA-70、CA-80的廠家，已形成生產(chǎn)能力有山東的淄博、江蘇的東臺。Lafarge公司2001年在天津投資2500萬美元，建設一條年產(chǎn)2.5萬t高純鋁酸鹽水泥生產(chǎn)線，這是目前國內(nèi)最大的該品種項目的國外投入，還有一些國外大公司目前預計進入中國CA-50中純鋁酸鹽水泥市場。這些競爭必將促進中國鋁酸鹽水泥的迅速發(fā)展。我國鋁酸鹽水泥主要生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)情況見表1。

注：①主要生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥為主。
　　

鞏義、新密、登封還有一些小型回轉(zhuǎn)窯、倒煙窯、地蛋窯的集體或個體小型企業(yè)，生產(chǎn)凈水劑用的低等級CA-50，總量在3～5萬t左右。

5　中國鋁酸鹽水泥的現(xiàn)狀與特點

　　1)生產(chǎn)規(guī)模小，企業(yè)分布集中。20世紀末期全國有生產(chǎn)許可證的企業(yè)有20多家，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，河南以外的生產(chǎn)企業(yè)大多受資源(鋁礬土)和技術(shù)的約束而逐漸脫離市場。河南以鄭州為中心的鋁礬土資源性企業(yè)逐步發(fā)展壯大。有生產(chǎn)鋁酸鹽水泥許可證的企業(yè)13家(不包括純鋁酸鈣水泥)，從表1中看出，前4家具有一定的生產(chǎn)規(guī)模(其中后2家是2001年發(fā)展起來的集體民營企業(yè))，其余均為4萬t以下的小型企業(yè)。
　　

2)生產(chǎn)方法簡單，工廠裝備水平落后。生產(chǎn)該產(chǎn)品大多是兩組分配料，認為比生產(chǎn)普通水泥還簡單。窯型多是Φ2m左右的小型中空回轉(zhuǎn)窯，生產(chǎn)設施簡陋。還有個別小廠以倒煙窯、地蛋窯生產(chǎn)該產(chǎn)品。落后的生產(chǎn)力必然造成產(chǎn)品質(zhì)量低劣、能源消耗高、環(huán)境污染嚴重、資源得不到合理的應用，影響經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。
　　

3)生產(chǎn)能力過剩，市場競爭優(yōu)勝劣汰。水泥總量供大于求，隨著市場競爭和優(yōu)勝劣汰，產(chǎn)業(yè)集中度進一步提高。
　　

4)高品質(zhì)鋁酸鹽水泥CA-70、CA-80的品種，也同樣存在以上問題。Lafarge在天津的大規(guī)模投入，美國鋁業(yè)公司在青島的加工廠和該產(chǎn)品在中國的市場銷售網(wǎng)絡，國內(nèi)以中國長城鋁業(yè)公司水泥廠為代表的大型企業(yè)加大該品種的設施投入，以登封、開封為代表的民營企業(yè)的參與，這些必然進一步加劇國內(nèi)市場的競爭。

6　鋁酸鹽水泥發(fā)展趨勢的分析和預測

　　鋁酸鹽水泥廣泛用于鋼鐵、石油、化工、水泥、電力等行業(yè)。以鋼鐵行業(yè)為例，我國年產(chǎn)1.5億t鋼以上，按目前的先進水平每噸鋼消耗30kg耐火材料計算，年需耐火材料約450萬t以上，按5%的鋁酸鹽水泥做粘結(jié)劑，僅鋼鐵行業(yè)大約需20萬t鋁酸鹽水泥。用于冶金、石油、化工、電力、建材等行業(yè)工業(yè)窯爐作高溫耐火材料結(jié)合劑的鋁酸鹽水泥，今后的年需求量將在35～50萬t。鋁酸鹽水泥在我國將會有20年的穩(wěn)定發(fā)展期。在國際市場上，由于許多發(fā)達國家受資源和環(huán)境的限制，該產(chǎn)品也將有廣泛的市場。
　　

隨著科技的發(fā)展，耐火材料的用量會逐步減少，而對耐火材料質(zhì)量的要求越來越高。發(fā)達國家鋼鐵行業(yè)的噸鋼消耗耐火材料已降到10多kg，也就意味著我國耐火材料的質(zhì)量品級必須提高。高質(zhì)量、多品種、施工性能好的耐火材料粘結(jié)劑必須適應耐火材料耐久性的需求。這是耐火材料行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。澆注料是鋁酸鹽水泥在耐火材料市場中的主要應用領域，同時整體澆注型耐火材料正在逐步替代定型耐火制品。鋁酸鹽水泥的良好適應性，促使耐火材料技術(shù)由簡單的傳統(tǒng)噴補料和澆注料，發(fā)展到按配方生產(chǎn)施工制作，這樣能夠顯著提高整體澆注型耐火材料的性能和使用壽命，比如低水泥、超低水泥、高致密度、自流、泵送和無定形澆注材料。所以，鋁酸鹽水泥的發(fā)展不僅是滿足量的需要，更重要的是產(chǎn)品性能的提高。