谈我国水泥工业的状况及发展方向

安徽省水泥协会  徐明霞

一、我国水泥工业发展历史概况

   水泥工业属于基础性原材料工业，在我国经济建设中起着重要的作用。改革开放原点的1978年，我国水泥产量仅有6524万吨。当时全国有7000多家水泥企业，95%以上是立窑。企业的平均规模不足10万吨。水泥一度成为稀缺产品，严重制约了我国经济发展。随后在“大家办建材”的政策号召下，各行各业兴起了建设水泥工厂的高潮。即使这样大规模的建设，水泥产能的增速还是有限的，因为当时建一条4.4万吨/年水泥生产线要一二年时间，如今建设一条日产10000吨的新型干法水泥生产线也只要一年时间，产能是其近100倍。经过不断的发展，我国水泥真正融入世界水泥工业是在1985年，当年我国水泥产量是1.5亿吨，首次位居世界第一。从此中国水泥产能一路飘升，遥遥领先于全球，直到2014年已达24.76亿吨的高峰规模。下表为2000年至2020年我国水泥与世界水泥部分年份的统计表，详见表1。

                      中国与世界水泥的统计表(部分年份)          表1

从上表可以看出，我国水泥从2000年的6亿吨到2013年的24.2亿吨产量，13年时间内复合增长率为11.32%，这与我国同期的GDP增长也是相吻合的。2014年是高峰值24.76亿吨，2015年至今我国水泥产量再没有突破这个高峰值。

经统计，1978年到2007年改革开放30年，我国共生产水泥131亿吨。2008年到2014年7年时间共生产水泥140亿吨。水泥的快速消费引起了世界上广泛的关注，2015年12月24日美国《华盛顿邮报》报道，中国在3年时间内消费的水泥超过美国在整个20世纪的全部用量，美国在这个世纪的水泥消费总量大约有44亿吨，而中国在2011、2012、2013这三年就消费了大约64亿吨水泥。“十三五”期间5年的水泥产量是116亿吨，是中国水泥发展史上又一个高峰期。在这个阶段，由于供给侧改革政策的推动作用，水泥行业的利润屡创新高。2019年水泥行业利润达到1867亿元。

2011年至2013年是中国水泥使用的第一个高峰期，水泥工业产值一度约占全国GDP的2%以上。然而，随着我国经济进入新常态，加速工业结构调整，第三产业和高新技术产业得到了高速发展，“十三五”期间虽然水泥行业的利润大幅度提高，但目前水泥行业在整个GDP的比重已出现大幅下降趋势，2020年中国水泥行业总产值不足全国GDP的1%。

1. 我国目前各地区水泥产量和人均水泥消费量

   2018年我国大陆地区水泥统计及人均水泥消费情况见表2。

             2018年大陆地区水泥统计及人均消费量统计表       表2

1. 人均水泥消费累积量

       我国水泥的高速发展已有30多年了，目前产能过剩已是不争的事实。在“去产能、供给侧改革”的大政策下，大家普遍关心我国水泥产量何时出现拐点。按产品生命周期理论的划分，任何产品从发明、推广应用、普及和衰败的过程可划为四个阶段：导入期、成长期、成熟期和衰退期。从目前的水泥发展过程来分析，水泥生产应在成熟期。目前替代水泥的产品只是部分钢结构可以代替，水泥产品一时还不会进入衰退期。但随着水泥人均消费累积量的增加，这个数值达到一定值后，拐点一定会出现。我们可以根据发达国家和地区的水泥产量拐点，来预测我国水泥产量拐点出现的大致时间。欧美等一些发达国家和地区在19世纪50年代后期，完成了工业革命和基建活动，进入现代化发展阶段，通过统计其在这一阶段中人均水泥消费累积量的分析，我们可以作为参考。下面是一些发达国家和地区人均水泥消费累积量的极限值，达到此值后经一段平稳期运行即出现水泥消费的拐点：

           美国、德国、法国、英国             12吨/人

           日本                               15吨/人

           中国台湾                           16吨/人

        从表2可以看出，2018年全国平均人均水泥消费量为1558Kg/人。随着国家出台的一系列环保产业政策，以及“碳达峰、碳中和”国家战略，可以预见未来时间内人均水泥消费量一定会逐步降低。根据我国国情，目前的房地产基本以高层建筑为主，我国幅员辽阔，江湖多，地形复杂。修建高速公路、高铁、城市地铁以及水利工程建设都需要大量的水泥，我国水泥用量也远高于这些发达地区，我国大陆地区预测人均水泥消费累积量极限值为：25—30吨/人。我国从1978年改革开放算起，经过40多年的高速发展，各项基建已经接近全球发达经济体的水平，按现阶段消费水平，应在2023年左右达到该值。此后一段时间内会在高位平台期运行后出现拐点，进入稳定状态后可保持在500～700Kg/人的消费水平。

    

2. “十四五”期间水泥行业的发展方向

   按照上述推测，我国水泥在2023年左右达到25～30吨/人的人均消费累积量，稳定若干年后将出现拐点。此后水泥产品将进入衰退期。但仍有500～700Kg/人的消费需求，通过“一带一路”转移部分产能，再通过提高产品质量标准、提高环保排放标准、提高能耗标准等手段淘汰部分落后产能，通过实施碳减排和碳交易等一系列减产举措，最终我国水泥可保留10亿吨左右的优质产能。

   未来可能在以下几方面发展水泥行业：

3. 提升水泥的性能，将水泥改变为功能性材料

   水泥是由“熟料+石膏+混合材”三部分构成。我们知道，改变其三种组成的任意一种条件，水泥都将会发生性能的变化。水泥熟料主要由C₃S、C₂S、C₃A和C₄AF四种矿物组成。为了满足不同的工程需要，如核电站建设，我们可以改变水泥熟料的4种矿物组成比例而生产核电水泥；改变混合材的种类，如用短切纤维掺入水泥中，可以大幅度提高水泥的抗拉性能，满足不同的防水、抗裂等工程需要，生产弹性水泥。总之，未来水泥肯定是按市场的需求来进行订单式生产，将水泥变成一种具有高附加值的功能性材料。

4. 改变水泥制备的方式，优化粉磨工艺参数

水泥不是最终产品，最终产品是混凝土。水泥对混凝土性能的直接影响有4个主要因素：强度、凝结时间、需水量和水化热。这4个因素的内涵决定了水泥的性能指标必须要满足合适的组分和最佳颗粒径配合。

 目前，我国水泥基本上是混合粉磨生产工艺。原料入磨前按照初步控制设定原料配比，共同入磨粉磨，最终通过实验检测其强度，通过1d的强度值预测水泥28d强度标号。但实践中，很多企业的预测公式不能够真正反映线性相关性。这种生产方法充其量也只能算模糊控制，不属于精准的数字控制。

混合粉磨工艺，各种物料在磨内粉磨的时间是一致的，但各种物料的易磨性及需要粉磨的粒径是不相同的。混合粉磨得出的产品比表面积均为假象比表面积。如市场上的PO42.5水泥，当其比表面积为320～340m²/kg时，水泥中的粉煤灰表面积只有400m²/kg，矿渣比表面积只有260m²/kg。而实际上矿渣只有磨至表面积为420～430m²/kg时，其活性才能激发出来；粉煤灰只有磨至表面积为550～600m²/kg时，其内部玻璃体才能打破，其活性才能激发出来。这种混合粉磨工艺制成的产品粒径分布，大多数情况下是不合理的。结果是混合材未起到应尽的填充和活性激发作用，混合材掺量上不去，一味的靠提高产品细度，既浪费了熟料用量，又增加了产品电耗，违背了节能减排。 

水泥粉磨最好的办法是采用分别粉磨工艺。分别将水泥熟料磨至3～30μm，混合材根据品种种类应磨得更细。这样才能激发混合材活性，同时满足其填充密实作用。这样才能把这一粒径段的熟料置换出来，生产出具有最佳堆积密度的优质高性能水泥。未来可能会采用分别粉磨工艺，按市场需求，可生产有特殊要求的熟料，并将熟料和混合材单独分别磨至不同粒径组成分，通过一定比例混合，直接配制成不同标号、不同性能的水泥。最终获得低耗能的优质、特种用途水泥。

1. 加快水泥窑协同处置，让水泥企业成为城市建设运营中不可缺少的组成部分

       目前，城市（包括农村）生活垃圾和工业固危废的处置已经成为建设环境友好型社会和美丽乡村的重要工作。在对垃圾和工业固危废处理的常用方案中，利用水泥窑协同处置，实践证明具有显著优势。

      （1）水泥窑燃烧温度高，垃圾在高温区停留时间长，有机物分解彻底；

      （2）回转窑的热容量大，工作状态稳定，处理垃圾能力大；

      （3）无灰渣排放，垃圾中有机物替代燃料，无机物替代原料，资源化利用程度高；

      （4）水泥熟料对垃圾中的重金属具有固化作用，无害化程度高；

      （5）水泥窑的碱性环境可抑制酸性气体的排放；

      （6）水泥窑有废热资源可供利用，窑炉共用，对垃圾的前置处理方便，投资下降，运行费用低。

   目前，利用水泥窑协同处置生活垃圾和工业固危废的工作已经在全国展开，取得了积极的效果。未来选择在城市周边的水泥窑协同处置生活垃圾和工业固危废是一个值得期待的发展方向。

   4、加快智能化、数字化工厂改造，走科技创新之路

   水泥行业从高位平台下移后，必将淘汰一大批能耗高、技术装备及管理水平平庸的企业。企业面对生存必须提升其竞争力，只有加大创新，尤其是科技创新，推动产业向高端化、智能化、绿色化发展。利用数字化信息化技术的应用引领行业转型升级，深化绿色制造，提高能源效能，开展能源替代，推广应用清洁化能源和可再生能源，扩大生物质燃料使用比例，积极发展森林碳汇，实现超低排放、低碳生产，减少化石燃料燃烧，降低碳排放，加快建设绿色制造体系，引领水泥工业走向绿色发展道路。

   此外，随着环保标准的进一步提升，特别是对于NO_X和碳排放的限制，水泥企业必须综合加强研究，从源头做起，通过合适的工艺配方，在满足产品质量标准的前提下，改变水泥熟料矿物组成，降低烧成温度，以达到节能减排。通过工艺参数的调整从源头来降低NO_X和碳排放，达到事半功倍之效。