企业技术创新计划钢渣-偏高岭土快速胶凝材料的生产工艺研究可行性研究报告工程名称： 钢渣-偏高岭土快速胶凝材料的生产工艺研究申请单位：厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司工程负责人：电话：手机：传真：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页一、申报企业简况（一）基本情况厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司（简称XMABR ）的前身 厦门市建筑科学研究所创建于1980 年，是经厦门市政府批准成立、隶属于厦门市建设与管理局的厦门市建设系统唯一一所综合性研究机构和技术开发机构，主要从事建设工程新技术、新材料、新产品和新工艺的开发、推广和应用。2004 年 4 月，建科院由事业单位改制为有限责任公司，按照现代企业制度建立起以科技为先导的股份制企业集团，集团旗下拥有7家控股子公司和2 个工程技术研究中心。研究与服务涵盖建筑结构、地基基础、建筑物理、智能化建筑、建筑节能、建筑施工、建筑材料和化学建材等专业领域。XMABR 历经近三十年的励精图治，特别是体制创新后焕发出勃勃生机，人才队伍得以迅速发展和壮大，拥有上百位各类专业技术人才，其中高级专业技术职称30 余名，博、硕士40 余名；在工程质量与安全的检测与鉴定、混凝土添加剂、混凝土矿物掺合料、高性能混凝土、建筑工程施工等领域均有长足发展，现已发展成为立足厦门、辐射福建、面向全国，从事建设科技的开发、应用，以及建设工程质量安全检测鉴定的集团化企业。下属机构及企业简介：1福建省混凝土工程技术研究中心主要业务为混凝土工程技术、结构与材料研究。专业涵盖建筑结构、建筑材料、道路桥梁、建筑设备、岩土工程、工业自动化、暖通空调、计算机和经济管理。2厦门市建筑工程检测中心有限公司主要从事建筑工程、建筑智能化系统工程、建筑材料、建筑构件与制品、建筑幕墙门窗、岩土工程、市政工程、公路工程、桥梁工程、建筑节能和建筑室内环境的质量检测与鉴定工作。目前，下设建筑材料、地基基础、工程结构、建筑物理与设备四个专业检测站，下辖厦门市建筑幕墙门窗质量监督检验站、厦门市砖质量监督检验站、厦门市建筑室内环境质量检测所，同时还在厦门市各个行政区及漳州市、龙岩市设立了分公司。检测与鉴定工程涵盖建筑工程的各个方面，检测与鉴定能力位居全国领先水平。检测中心已取得中国国家实验室认可证书、资质认定计量认证证书、福建省建设工程检测综合甲级资质证书、建设部康居认证中心检测机构检测范围授权书、厦门市中级法院司法鉴定人名册证书、交通建设工程实验检测机构资质乙级证书和建精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页筑幕墙外窗产品生产许可证检验单位证书。截至2007年 10月，已通过计量认证和国家实验室认可的检测工程达到近300个，涉及上千个参数。检测中心已发展成为专业齐全、在福建省及周边地区具有很高行业声誉的权威检测机构。3 福建科之杰新材料有限公司以 XMABR 的科研成果作为发展源动力，专业开发和生产“ 点石” 牌 Point 系列混凝土外加剂产品并从事相关的技术服务，目前，该公司拥有ISO质量管理体系认证及铁道部外加剂企业认证，设有“ 福建省高性能砼改性添加剂产业化基地及研究中心” ，已成为东南沿海最大的混凝土外加剂生产及研究中心。4厦门天润锦龙建材有限公司主要从事商品混凝土的生产、销售及相关技术服务工作。是经福建省建设厅审定的预拌商品混凝土专业承包三级企业，公司所属实验室为一级实验室，可生产强度等级 C60及以下的混凝土，目前，该公司拥有ISO质量管理体系认证。5福建科之杰科技有限公司主要从事建筑科技软件的开发、销售及相关技术服务工作。6厦门科之杰建材有限公司主要从事超细矿粉的生产、销售及相关技术服务工作。7厦门科之杰建设工程有限公司主要从事特种专业工程中的结构加固补强、建筑防水等工程施工服务。8 常青树建材（福建）开发有限公司主要从事蒸压加气混凝土的研发、生产与应用。年生产能力30 万立方 M。已成为福建省规模最大、技术最先进的优质灰砂加气混凝土砌块生产基地。（二）企业研究开发能力【 要求 ：企业研究开发能力企业法定代表人基本情况介绍及主要工作业绩；企业现有研究开发人员数量、拥有中高级职称的人员数量；企业设立的研发机构情况，内有专业技术职称人员数量；企业近二年研究开发投入额及其占企业销售收入的比例；企业近年来获得的国家、省、市科技工程及其验收情况，取得的科技成果情况。】（三）企业财务基本状况成立一年以上的企业需扼要介绍企业上年度资产及负债情况、总收入、净利润、上缴税收情况（包括应纳税额、实际纳税额、减免税额等）、流动比率、速动比率、总资产报酬率；提供企业上年度经审计的财务报表。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页对成立一年以内的企业来说，仅需提供前三个月的公司报表。（四）企业管理能力企业管理制度、质量保障体系的建设情况，企业营销体系建设情况，企业信用等级等。（五）企业发展目标简要介绍企业发展规划与发展思路。二、工程情况（一）工程提出的背景当前，我国的国民经济建设正步入一个高速发展的关键时期，我国国民经济和社会发展“九五”计划和2010 年远景目标纲要中将建材与建筑业列为支柱产业，高速公路网、房屋建筑体系和超高层建筑物、大深度地下构筑物、大跨度重载桥梁、大型水利水电工程等重点工程混凝土建设工程越来越多。在市政、桥梁、道路、水利、地下、海洋以及军事等领域发挥着无以替代的作用。传统的硅酸盐水泥是利用石灰石、粘上等原料，经过两磨一烧的生产工艺制备而成，其中锻烧温度高达1450，因此传统硅酸盐水泥的生产是一个高能耗、高资源消耗、高环境负荷的产业，例如，1 吨水泥大约消耗1 吨石灰石，排放1 吨二氧化碳，消耗电力约90 千瓦时，煤约130 千克。水泥工业使我国能源、资源和环境不堪重负，给水泥工业的可持续发展带来严峻的挑战。另一方面，在钢铁生产的工业过程中一吨钢铁要产生大约30%的钢渣，我国每年的钢渣排放量在2000 万吨以上，利用率不到80%，而且整体利用水平不高，通常用于返回烧结、筑路、回填、做水泥熟料生产的原材料及作为水泥生产的混合材等，剩余的仍然继续堆积，不仅占用了大量的农田，阻碍交通、河流，而且还对环境造成了污染，危害了生态平衡。更为重要的是，在当前社会经济发展与资源短缺之间的矛盾变得日益突出的情况下，对废弃资源再资源化的研究无疑显得尤为重要，这对于节约水泥生产原料资源、减轻水泥生产给环境造成的严重污染均具有十分重大的意义。碱激发类胶凝材料是由潜在活性的工业固态废弃物和碱性激发剂混合而制成的一种新型胶凝材料。与目前硅酸盐水泥相比，其生产过程实现了“冷操作”，免去了传统水泥生产中的烧结过程，不排放二氧化碳，大量减少烟尘；解决了钢铁废渣、电厂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页煤灰、电解铝赤泥等废物排入和再生利用问题，不再消耗大量的石灰石；其生产工艺可节省大量电能；并且投资成本、原料成本低，产品综合成本比水泥相对较低。另外，碱激发水泥混凝土强度较高，耐久性优良是一种很有发展前途的新型胶凝材料，是胶凝材料领域的研究热点之一。地质聚合水泥亦属于碱激发水泥的胶凝材料。不同的是碱矿渣水泥主要以含钙类固态废弃物为主，硬化体强度高，但是收缩较大；而地质聚合水泥主要以硅铝酸盐矿物为主，硬化体收缩小，但是强度相对较低。是否能够把这两种材料组合，实现它们性能上的取长补短、扬长避短越来越受到许多研究者观注。有研究结果显示复合胶凝材料具有比碱矿渣水泥和地质聚合水泥更为优良的性能。粉煤灰、矿渣和钢渣分别是能源工业、冶金工业的排放物。其中，粉煤灰和矿渣作为混凝土掺合料己得到了较深入的研究和广泛的应用，而钢渣矿粉的相关研究才刚刚开始。目前我国排放的钢渣中70%以上都是转炉钢渣，而转炉钢渣的化学组成及矿物组成与硅酸盐水泥熟料较接近，成分更加稳定。因而从理论上分析，钢渣在水泥混凝土中的具有十分广阔的利用前景。但实际上，钢渣在水泥混凝土中的用量不到钢渣总排放量的3%，远远低于其他的工业废渣(粉煤灰、高炉矿渣以及硅灰)。因而研究和开发混凝土掺合料是钢渣利用的有效途径，也是一个必然趋势。由于我国高岭土资源丰富，将高岭土经过热处理脱水可制得偏高岭土，拟利用国内及省内特别是龙岩地区丰富的高岭土资源，用碱激发钢渣与偏高岭土混合物，使其地聚合化成为一类新型的地聚合物快速胶凝材料，从而解决目前用硅酸盐水泥在耐久性及在配制高强、高性能混凝土等方面的局限性问题。（二）国内外研究现状随着现代水泥混凝土技术的发展，混凝土组分的多元化己成为一种趋势。现代水泥混凝土的核心技术目前主要是围绕着化学外加剂与矿物掺合料而展开的。早在上世纪30 年代，美国学者利用粉煤灰代替部分波特兰水泥，制造出一种新型混凝土粉煤灰水泥混凝土。随后德国学者在1942 年将高炉矿渣应用于水泥工业。70 年代末，法国的J.Davidovits 及其同事用碱激发偏高岭土形成了一类新型碱胶凝材料，并称其为Geopolymers。我国关于粉煤灰、矿渣作为水泥混凝土掺合料的研究开始于上世纪五六十年代，七十年代初建材院就首先开始将钢渣作为水泥混合材进行了相关的研究，从80 年代中后期到现在国内不同研究单位又相继研究开发了固硫渣、磨细石灰粉、磨细石英精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页粉、偏高岭土、 F 矿粉、 X 粉等各种新型矿物掺合料。虽然磨细矿渣和硅灰是已公认效果最好的矿物掺合料，但由于它们的数量有限，目前已不能满足水泥混凝土工程的需求。而转炉钢渣的化学组成及矿物组成与硅酸盐水泥熟料较接近，因而钢渣在混凝土中的应用开始成为关注焦点。到目前为止，有关碱矿渣水泥和地质聚合水泥的研究己经相对较多，所得研究结果都显示出碱矿渣水泥和地质聚合水泥都具有良好的强度性能、优良的耐久性能和固化重金属离子性能。通过把碱矿渣水泥和地质聚合水泥复合制备而成的复合胶凝材料在某些方面具有更为优异的性能，但是对复合胶凝材料的研究相对较少。而碱钢渣水泥与地质聚合水泥的复合胶凝材料的研究则是凤毛麟角。2005 年 5 月，武汉理工大学发明了一种无水泥熟料的碱胶凝材料钢渣-偏高岭土复合胶凝材料，初次将钢渣和偏高岭土复合制备成胶凝材料。但是至今为止，该研究还是停留在实验室水平，未能进行实际应用。（三）工程计划目标本工程预算总投资人民币X 万元。工程完成后，年生产胶凝材料可达X 万吨，年销售收入 X 亿元，年销售税金及附加X 万元，年总成本费用X 亿元，年利润总额X 万元。经综合经济测算，本工程投资回收期为X 年（含建设期）。新型凝胶材料厂投产后，能有效解决当地富裕劳动力的就业难问题，可就地转化剩余劳动力X 人，同时，可带动当地的运输业以及餐饮、服务等第三产业的快速健康发展。特别是钢渣的有效利用，可为企业解决堆积存放的后顾之忧，变废为宝，为可持续性发展奠定坚实的能源基础，是对国家大力提倡的循环经济和节约型社会的有力响应。该工程计划用地X 亩，总建筑面积X 万平方 M。工程分两个阶段实行，前期为实验阶段，后期为产品试生产阶段，执行期为X 年。预计达到的主要技术性能指标：标养1 d 的抗压强度可达40 MPa 以上， 60蒸养 1 d 或标养 28 d 时的抗压强度可达80 MPa 以上；标养 7d的的粘结强度达到3 MPa以上；初凝范围为4981 min，终凝范围为 99186 min，可作为一种优良无机粘结剂和道路快速修补材料使用。产品可通过 ISO 国家质量认证。（四）主要技术经济指标对比精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页抗压强度抗折强度凝结时间初凝终凝细度安定性（五）工程技术可行性分析/我省经济社会发展符合钢渣偏高岭土复合胶凝材料是一种无水泥熟料的碱胶凝材料，其主要原料为钢渣和偏高岭土。钢渣与偏高岭土在水泥混凝土中的应用与研究始于上世纪七八十年代，但将两者复合使用形成胶凝材料的研究近两年才少有报道。2005 年 5 月武汉理工大学胡曙光等用钢渣、偏高岭土、水玻璃溶液、硫酸钠、氟化钠混合制成钢渣-偏高岭土复合胶凝材料，并申请了专利。但到目前为止，该技术还没有应用于实际生产。本实验采用钢渣、偏高岭土为主要原料，在碱激发剂的作用下钢渣微粉和偏高岭土发生硅氧键和铝氧键等的断裂，形成一系列低聚硅氧四面体和铝氧四面体单元，这一过程称为“解聚”，随后在一定的条件下，这些低聚硅氧四面体和铝氧四面体单元会与 Ca2+、Al3+等离子发生化学反应，形成凝胶或网络结构，从而得到新型胶凝材料。其工艺路线如下：以化学成分而言，钢渣和水泥熟料有些相似，只是氧化物含量差别较大，因含有少量 C3S、C2S 和铁铝酸盐，所以它具有胶凝性，但其含量比水泥熟料少，且矿物晶体发育较大较完整，活性较低。而当钢渣比表面积达到400m3/kg 时就具有较高的活性。本研究采用较细的钢渣微粉与偏高岭土进行配比，并用碱性药剂调配水玻璃的模数，以使胶凝材料达到高的抗压强度，具有较高的耐久性。由于钢渣和偏高岭土的广泛来源及其在混凝土配制中赋予混凝土的优良性能，将两者复合在激发剂作用下形成的新型胶凝材料。与目前硅酸盐水泥相比，其生产过程实现了“冷操作”，免去了传统水泥生产中的烧结过程，不排放二氧化碳，大量减少外加剂加 入激 发 剂 （ 已 配 制偏高岭土钢渣按一定比例混合搅拌烘干粉磨包装精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页烟尘；解决了钢铁废渣、电厂煤灰、电解铝赤泥等废物排入和再生利用问题，不再消耗大量的石灰石；其生产工艺可节省大量电能；并且投资成本、原料成本低，产品综合成本比水泥相对较低。另外，该胶凝材料强度较高，耐久性优良是一种很有发展前途的新型胶凝材料，是胶凝材料领域的研究热点之一。（六）工程产品市场调查和需求预测我国国民经济和社会发展“九五”计划和2010 年远景目标纲要中将建材与建筑业列为支柱产业，高速公路网、房屋建筑体系和超高层建筑物、大深度地下构筑物、大跨度重载桥梁、大型水利水电工程等重点工程混凝土建设工程越来越多。水泥混凝土作为一种建筑材料，是现代最重要的工程结构材料之一。与其他材料相比，水泥混凝土具有来源广泛、制备方便、性能稳定、耐久性优异、生产成本和综合能耗较低等显著优点，在市政、桥梁、道路、水利、地下、海洋以及军事等领域发挥着无以替代的作用，成为现代社会文明最重要的物质基石。据预测：在今后的一、两百年内混凝土仍然是最重要的工程材料之一。但是，目前混凝土工业不得不面对耐久性较差、生产成本偏高、环境污染及资源和能源消耗等普遍存在的问题。本工程所研究产品正是本着解决这些问题的目的，采取优化矿物掺合料兼容匹配等措施，提高廉价矿物掺合料的掺量，从而降低生产成本，且使其具有较好的工作性和力学指标，耐久性强等特点，从而改善混凝土工业目前所不能解决的问题。从长远来看，该产品必将以其优异的使用性能、长期的耐久性和低廉的成本而取代水泥混凝土，成为一种新型的高性能混凝土在建筑行业发挥着不可替代的作用。目前，对于钢渣 - 偏高岭土类胶凝材料的研究国内比较少，国外也是刚刚起步。一套完整的研究或生产体系还没有出台，生产更是无从谈起。如果我们能尽快研究出成果并比国外提前应用于实践，那么未来胶凝材料的市场将由我们主导。（七）工程实施方案生产方案论述生产设备来源原料来源辅料来源精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页供应渠道给排水工程方案电汽热的供应生产场地的选择“三废”处理环境保护与劳动安全简述生产过程中“三废”排放点、内容及数量，“三废”处理的措施和方案。生产过程中职业危害因素分析及采取的保护措施。特殊行业许可证报批情况如国家专卖、专控产品、医药产品、交通、安全产品、压力容器产品、电信产品等许可报批情况说明。产品营销计划营销方式：主要采用企业自销方式 。营销计划：(1) 建立销售和经销机构；（2） 销售网点的规划；（3） 广告及宣传计划；（ 4）咨询服务和售后保障措施。产品销售费用预测：建立销售机构、销售网点X元培训销售人员 X元产品广告宣传 X元咨询及售后维修服务费用X元*应用研究工程后续总体发展论述（工程合同完成时只达到中试阶段或中试阶段以前的工程叙述本内容）包括工程达到规模生产时所需的时间、实现的生产能力等情况。（八）投资估算与资金筹措本工程预计投资 1800 万元，其中科技厅拨款150 万元，其余 1650 万元为自筹。其中，专题直接费为1400 万元，专题间接费为100 万元，协作研究开发支出费150万元。具体投资工程如表1：表 1 投资工程明细表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页科目预算数其中：科技厅拨款预算数计算依据1、专题直接费1400 65 （1）人员费84 12 参于工程建设的公司工程技术人员32人两年的工资及相关费用。（2）设备费930 25 其中：购置930 25 工程建设购入进口、国产工艺设备及辅助设备。科技厅25 万元用于购置印刷机、红外。（3）修缮费36 工程所使用的设备发生的修缮费用，年平均 18 万元，总计 36万元。（4）能源材料费217 8 进行批量生产工艺实验所发生的能源材料费。（5）实验外协费84 11 外加工工装模具、检测、检验费。（6）会议费16 2 设计评审、鉴定、验收等会议费（7）差旅费25 4 （8）出版物、文献、信息传播、知识产权事务费（9）国际合作交流费3 技术咨询（10）其它直接费8 2、专题间接费100 5 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页（1）承担单位直接为工程服务的管理服务人员费和其它行政管理支出30 工程管理人员 8人两年的工资及附加费。（2）现有仪器设备和房屋的使用或折旧费70 5 使用现有设备所分摊的折旧费。3、协作研究开发支出费15080 3.1专题直接费150 （1）人员费（2）设备费其中：购置（3）修缮费（4）能源材料费（5）实验外协费80 与厦门大学技术协作发生的费用。（6）会议费（7）差旅费（8）出版物、文献、信息传播、知识产权事务费（9）国际合作交流费（10）其它直接费3.2专题间接费（1）协作单位直接为工程服务的管理服务人员费和其它行政管理支出（2）现有仪器设备和房屋的使用或折旧费精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页合计1650 150 （九）经济、社会效益分析生产成本和销售收入估算该工程在现有厂房和设备地基础上，增添一部分专用地工艺设备，总投资为1800 万元。企业投产后，年可生产胶凝材料X 万吨，年销售收入X 亿元，年销售税金及附加 X 万元，年总成本费用X 亿元，年利润总额X 万元。经综合经济测算，本工程投资回收期为1 年（含建设期）。财务分析年产胶凝材料 X 万吨，年销售收入X 亿元。该单位产品成本3.9元，单位产品成本构成明细见下表：表 2 单位产品成本构成明细表金额单位：元合计材料费动燃费制造费工资及福利费3.9 2.16 0.16 1.08 0.50 每吨胶凝材料单位完全成本价X 元，其中：固定成本X 元。变动成本 X 元。预计产品销售每吨单价X 元，产品边际贡献率56%，公司进行该产品的生产经营，预计进行该产品大批量生产年固定费用支出481万元，年保本点销售量约X 万吨，保本销售额 862.5万元。预期成果年产X 吨胶凝材料，年销售收入X 亿元。扣除年税金及附加税为 666万元（税金由增值税17,城市建设维护税 7，教育附加 4，、防洪费 1组成）。扣除分摊费：房屋折旧按30 年，年折旧 32 万元，引进设备8 年，年折旧 48.92万元，国产设备10年，年折旧 55.67万元（残值率均按5计算）。贷款利率按5.31计算，按贷款一年计算 ,应付利息 84.96万元,各项合计 221.55万元。扣减除上述分摊费后的其他生产成本5049.58万元，各项费用 302.87万元。利润总额为： 5760万元，年所得税1900.8万元（税率 33）。税后利润3859.2万元。投资及贷款1 年内全部还清。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页社会效益分析产品投产后，能有效解决当地富余劳力的就业难问题，按照企业设计生产规模，可就地转化剩余劳动力3000人，按进厂工人年收入5000 元计算，每年就可增加当地人民收入1500 多万元。同时，还可带动当地的运输业以及餐饮、服务等第三产业的快速健康发展。特别是此胶凝材料的普及，将为企业解决钢渣和劣质高岭土的堆放及污染问题，为可持续性发展奠定坚实的能源基础。工程的风险性及不确定性分析国家发改委于2008 年 1 月 7 日发布 2007 年应予淘汰落后水泥产能的企业名单2007 年第 93 号公告：为完成国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知提出的“十一五”时期淘汰落后水泥产能2.5 亿吨目标。这一公示，能有效促进淘汰落后水泥的工作，有效淘汰落后水泥生产线，为新增水泥的生产线腾出市场空间，并进一步调整水泥的供给和需求，有助于水泥行业景气的进一步延续。在这一大环境的影响下，本工程产品具有了更好的市场前景，但面对的挑战和压力也不容忽视：宏观经济带来的煤炭、电力等原燃料价格的大幅上扬必将导致钢材、土地、资源、人工等费用的大幅度提高。由于各种原燃材料价格上涨、运输费用增加及人工成本提高，使产品生产成本大幅提高。成本的提高必然传递到产品销售价格上，用以抵冲涨价因素。另外，不能忽略国外或国内同行的竞争力。近几年，墨西哥、巴西、东南亚水泥工业发展迅速，不断增加出口。如果他们将注意力转移到新型胶凝材料上并大力发展，对我们今后的出口将是一个不小的挑战。再加上油价不断攀升，运输费用大幅提高，也是抑制出口的主要因素。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页