淺析非金屬礦節(jié)能材料制備技術(shù)研發(fā)的意義

萬梅華

（中國非金屬礦工業(yè)公司，北京 100142）

淺析非金屬礦節(jié)能材料制備技術(shù)研發(fā)的意義

萬梅華

（中國非金屬礦工業(yè)公司，北京 100142）

本文論述了開發(fā)非金屬礦節(jié)能材料制備技術(shù)的意義，介紹了可以用于節(jié)能材料的非金屬礦種類、目前的應(yīng)用領(lǐng)域和節(jié)能效果，提出了重視非金屬礦節(jié)能材料制備技術(shù)開發(fā)的建議。

非金屬礦；節(jié)能材料；研究開發(fā)

1 開發(fā)非金屬礦節(jié)能材料制備技術(shù)的意義

能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力，隨著工業(yè)和社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來越大，導(dǎo)致世界能源的供給日趨緊張，能源價(jià)格大幅上漲，并不時(shí)顯現(xiàn)能源危機(jī)的跡象。因此，節(jié)能已經(jīng)成為人類社會(huì)的重要課題。世界各國特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視節(jié)能，采取了一系列措施，諸如開源節(jié)流、提高能源利用率、發(fā)展節(jié)能型建筑以及研制各種保溫、隔熱、節(jié)能等材料。

我國能源的利用效率較低，單位GDP的能耗顯著高于發(fā)達(dá)國家。如建筑能耗是西方發(fā)達(dá)國家的2～3倍?，F(xiàn)有的數(shù)百億平方米建筑中，節(jié)能建筑不足1%。目前在建筑節(jié)能領(lǐng)域，除了改進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以外，主要是通過應(yīng)用聚苯、聚氨酯發(fā)泡保溫材料等來實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，雖然隔熱保溫效果較好，但是存在施工性能和防火性能較差、壽命短、價(jià)格高等問題。節(jié)能技術(shù)做為我國的重大戰(zhàn)略需求和當(dāng)前的緊迫任務(wù)，已經(jīng)列為《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006～2020年)中若干重點(diǎn)領(lǐng)域及優(yōu)先主題的共性問題之一。但是，節(jié)能非金屬礦物材料制備技術(shù)的研發(fā)工作還沒有取得突破性進(jìn)展，還需要政府、研發(fā)機(jī)構(gòu)、高等院校、企業(yè)的共同關(guān)注。

非金屬礦具有優(yōu)良的隔熱、保溫、儲(chǔ)能等功能。利用天然礦物或其深加工產(chǎn)品具有疏松多孔、容重小、吸濕性差、導(dǎo)熱率低等共性，可以采用多種技術(shù)制備成節(jié)能材料及制品，應(yīng)用于建筑、電力、化工等領(lǐng)域，可以達(dá)到絕熱、節(jié)能的目的。目前我國非金屬礦在節(jié)能領(lǐng)域的利用水平不高，開發(fā)潛力巨大。因此，利用我國優(yōu)勢非金屬礦產(chǎn)資源，大力研究和開發(fā)節(jié)能材料制備技術(shù)，不僅市場需求量大，可以發(fā)展成為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，而且對(duì)于節(jié)能、減少碳排放、培育和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

2 節(jié)能用非金屬礦的種類

可以用來生產(chǎn)節(jié)能材料的非金屬礦種類很多。例如：①用珍珠巖、浮石、沸石、火山渣、浮石質(zhì)流紋巖、蛭石、硅藻土、石棉等非金屬礦制成的節(jié)能產(chǎn)品不僅質(zhì)輕，而且具有良好的保溫、絕熱、隔音等性能，且具價(jià)廉、來源廣等優(yōu)點(diǎn)，較之有機(jī)保溫材料(聚氨酯等)有更大優(yōu)越性，因而被建筑業(yè)廣泛利用，節(jié)能效果顯著；②做為陶瓷用的節(jié)能原料除了目前已普遍利用的硅灰石、透輝石和透閃石之外，鉀長石、絹英巖、霞石正長巖、響巖、玄武巖、凝灰?guī)r、層凝灰?guī)r、粗面巖、霏細(xì)巖、珍珠巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r等均可用做低溫?zé)稍?，達(dá)到節(jié)能的效果；③用于耐火材料的非金屬礦有藍(lán)晶石、矽線石、紅柱石、高鋁粘土、滑石、鋁土礦、橄欖巖、蛇紋石等；④在冶金工業(yè)領(lǐng)域具節(jié)能效果的非金屬礦有螢石、葉蠟石、石墨、鈉基膨潤土、硅灰石、蛭石、白云巖、橄欖巖、純橄欖巖、蛇紋石等；⑤多孔石墨、膨脹珍珠巖、膨潤土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土、沸石、蛭石、蛇紋石、高嶺土、伊利石等可以做為儲(chǔ)能載體；⑥以輝綠巖、玄武巖、角閃巖、白云巖、菱鎂礦、石灰?guī)r、螢石等非金屬礦為原料熔制成鑄石，做為耐磨材質(zhì)替代鋼材也可節(jié)能。

3 非金屬礦在不同領(lǐng)域中的節(jié)能應(yīng)用

非金屬礦在建筑、陶瓷、耐火材料、冶金等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，節(jié)能效果明顯。

(1) 建筑業(yè)。

非金屬礦在建筑業(yè)上的節(jié)能作用主要體現(xiàn)在制取保溫、隔熱材料上。如巖棉采用玄武巖等非金屬礦制得，巖棉板密度低(80～200kg/m3)，導(dǎo)熱系數(shù)小[0.044～0.048W/(m·K)]，墻體建筑采用巖棉保溫，采暖熱損失可減少20%。輕化磚墻使用礦棉板，隔熱能力提高1.5～2倍，少用水泥70%，少用磚50%，還可增加建筑面積10%。膨脹珍珠巖質(zhì)輕、絕熱、吸音、無毒、無味、不燃燒、不發(fā)霉，是一種輕質(zhì)、高效能保溫材料。如住宅無建筑保溫層，冬天取暖熱損失能源高達(dá)83%，夏季吸熱量占室內(nèi)總熱量的57.9%。膨脹蛭石堆積密度小(80～200kg/m3)，熱導(dǎo)率低[0.046～0.06W/(m·K)]，具有保溫、隔熱、吸音等特性，可以做松散保溫填料。蛭石保溫隔音板密度僅為600～700kg/m3，抗彎強(qiáng)度可達(dá)1.5MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.15～0.16W/(m·K)，無毒性,可廣泛用在軍火庫、耐火隔板、防火天花板、鋼塔、鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)套等。海泡石密度低(2.2g/cm3)，小氣孔很多，與其他輔料合理配合，可制成硅酸鹽保溫涂料。熱導(dǎo)率低，保溫涂層薄，無毒、無塵、無污染、不腐蝕(pH值7～8)，適應(yīng)溫度范圍寬(-40～800℃)。硅藻土質(zhì)輕多孔, 對(duì)熱、聲、電的傳導(dǎo)性低，其比表面積大，吸附性能、熱穩(wěn)定性好，保溫材料行業(yè)是其重要的應(yīng)用領(lǐng)域。珍珠巖—硅藻土制品能在900℃溫度下做為保溫材料，制品不燃、無毒等。硅灰石在1 200℃不會(huì)發(fā)生明顯的吸熱和放熱反應(yīng)，也不會(huì)發(fā)生相變，燒失量小，膨脹率低，在建筑領(lǐng)域中的節(jié)能主要是硅酸鈣絕熱材料方面。

(2) 陶瓷工業(yè)。

非金屬礦在陶瓷行業(yè)的節(jié)能作用主要體現(xiàn)在降低燒成溫度、縮短燒成周期等方面。陶瓷燒成溫度均在1 250℃以上，試驗(yàn)表明燒成溫度從1 400℃降到1 350℃可降低能耗10%。陶瓷中加入20%～30%硅灰石，焙燒溫度由1 250～1 220℃降到1 000℃左右。燒成時(shí)間由46～76h降至約2h，而且能使陶瓷結(jié)構(gòu)更致密、機(jī)械強(qiáng)度更高，并可提高釉的白度、改善流動(dòng)性等，真正實(shí)現(xiàn)低溫快速燒成。陶瓷坯體中加入透輝石，燒成溫度降低150～200℃，坯體可快速干燥、縮短燒成周期、減少燒成收縮、產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小。陶瓷坯釉中加入適量霞石正長巖, 可使燒成溫度比用長石降低300℃。陶瓷生產(chǎn)中添加5%～8%伊利石，燒成溫度降低約100～120℃；加入25%～30%伊利石配制的陶瓷、工藝美術(shù)瓷、其燒成溫度為1 260～1 280℃，燒成收縮率僅為9.53%～10.4%。葉蠟石做瓷質(zhì)磚原料，坯體強(qiáng)度高、白度高、干燥性能好、燒成收縮小、熱膨脹系數(shù)小，且質(zhì)地輕，密度小。螢石是強(qiáng)熔劑原料，能降低釉的熔融溫度和高溫粘度，提高釉面光澤度。用響巖做為陶瓷原料，可使燒成溫度由1 230℃降至1 080℃，且可減低產(chǎn)品收縮率。陶瓷原料中加入一定量玄武巖，可以在950～1 150℃下燒成，其產(chǎn)品的密實(shí)性、抗撓性也得到加強(qiáng)。在陶瓷配料中加入28%凝灰?guī)r，可使焙燒溫度由原來的1 280℃降為1 l40℃。此外，粗面巖、霏細(xì)巖、珍珠巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r等均可用做低溫?zé)稍稀?/p>

(3) 耐火材料。

非金屬礦在耐火材料業(yè)上的節(jié)能作用主要體現(xiàn)在降低煅燒溫度，提高耐火材料強(qiáng)度與耐火度。如藍(lán)晶石、矽線石和紅柱石等在高溫下轉(zhuǎn)化為莫來石，具有極高的耐火度、熱穩(wěn)定性以及受熱后體積膨脹小等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能效果。藍(lán)晶石、矽線石和剛玉等與硼酸、粘土、食鹽、水一起制取耐火材料，可以降低煅燒溫度。

(4) 冶金工業(yè)。

非金屬礦在冶金工業(yè)上的節(jié)能作用主要體現(xiàn)在助熔、保溫上。如硅灰石具有低溫助熔特性，用其作冶金保護(hù)渣基料，具有配料種類少、熱穩(wěn)定好、化學(xué)成分穩(wěn)定、鑄件表面光潔等優(yōu)點(diǎn)。鈉基膨潤土作冶煉球團(tuán)的粘結(jié)劑，不僅使煉鐵爐生產(chǎn)能力提高40%～50%，而且還可節(jié)約熔劑和焦炭l0%～l5%。橄欖巖、純橄欖巖因燒失量低(分別為2%和10%)，可替代白云巖(燒失量40%)作高爐熔劑和爐渣調(diào)節(jié)劑而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。螢石或白云石可作冶金爐、玻璃熔化窯爐的助熔劑，煉鋼時(shí)加入螢石可形成易流動(dòng)的爐渣，并能排除硫等有害雜質(zhì)。在澆鑄鋼錠時(shí)用膨脹蛭石對(duì)鋼水液面保溫，使鋼材合格率提高20%、總成本減少10%～30%。

(5) 其他。

非金屬礦還可以為熱核聚變、太陽能利用、磁流體發(fā)電以及燃料電池等新能源尖端技術(shù)提供主輔料，如用凹凸棒石、硼礦與芒硝的混合物，可以貯存太陽能。用非金屬礦生產(chǎn)的玻璃纖維可用作拋物面太陽能收集裝置及反射鏡的背襯結(jié)構(gòu)材料、在風(fēng)能開發(fā)中用作風(fēng)車葉片的材料、在核能技術(shù)開發(fā)中用作絕緣材料、隔熱材料和結(jié)構(gòu)材料。多孔石墨、膨脹珍珠巖、膨潤土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土、沸石、蛭石等相變材料是新型節(jié)能材料，具有儲(chǔ)能密度大、效率高以及近似恒定溫度下吸熱與放熱等優(yōu)點(diǎn)，可用于儲(chǔ)能和溫度控制。

4 加強(qiáng)開發(fā)非金屬礦節(jié)能材料制備技術(shù)的建議

(1) 做好非金屬礦節(jié)能材料開發(fā)利用的戰(zhàn)略規(guī)劃。非金屬礦節(jié)能材料具有多元多層次的節(jié)能功效和明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，因此，非金屬礦物在節(jié)能領(lǐng)域的開發(fā)利用，具有重要的戰(zhàn)略意義。有關(guān)政府部門和行業(yè)協(xié)會(huì)應(yīng)做好戰(zhàn)略規(guī)劃。

(2) 加大政策支持力度，為非金屬礦節(jié)能材料的研發(fā)及推廣創(chuàng)造一個(gè)良好的政策氛圍。政府部門可以從市場準(zhǔn)入、稅收、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面對(duì)非金屬礦節(jié)能材料研發(fā)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)給予政策上的支持。

(3) 構(gòu)建非金屬礦節(jié)能材料研發(fā)體系。以開發(fā)節(jié)能實(shí)用、高性能非金屬礦節(jié)能材料為目標(biāo)，以研發(fā)機(jī)構(gòu)、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)為主體的研發(fā)體系為載體，國有及民營企業(yè)齊心攜手，大力發(fā)展非金屬礦節(jié)能材料。

(4) 加大研發(fā)投入力度。要多渠道籌措研發(fā)資金，政府部門在解決節(jié)能材料開發(fā)的共性問題上予以資金支持，研發(fā)機(jī)構(gòu)、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)在開發(fā)具體產(chǎn)品上也應(yīng)加大投入。

(5) 建立示范工程，加大推廣力度。盡快建立研發(fā)和使用的示范工程，節(jié)能材料的使用要做到工程化，將新的節(jié)能材料快速加以推廣。

[1]陶維屏,蘇德辰.中國非金屬礦產(chǎn)資源及其利用與開發(fā)[J].北京:地震出版社,2002.

[2]建筑材料咨詢研究組.建筑材料咨詢報(bào)告[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2000.

[3]董發(fā)勤.非金屬礦與節(jié)能技術(shù)[R].中國非金屬礦工業(yè)發(fā)展研討會(huì)論文集,2006.

Research and Development of Energy Saving Materials of Non-metallic Minerals

WAN Mei-hua
(China National Non-metallic Minerals Industrial Company, Beijing 100142, China)

non-metallic minerals; energy saving materials; research and development

TB32;TD985

A

1007-9386(2011)02-0025-03

2011-03-09

Abstrct:The article discusses the sense of researching energy saving materials of non-metallic minerals, sorts of non-metallic minerals that can be used in energy saving materials,application field and effictiveness of energy saving materials,and poses suggest of strengthening research and development of energy saving materials of non-metallic minerals.