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| 浅析非金属矿节能材料制备技术研发的意义 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-02-03 10:46:35 浏览次数： |
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1 开发非金属矿节能材料制备技术的意义
（中国粉体技术网/班建伟）能源是人类社会生存和发展的基础和动力，随着工业和社会的发展，人类对能源的需求越来越大，导致世界能源的供给日趋紧张，能源价格大幅上涨，并不时显现能源危机的迹象。因此，节能已经成为人类社会的重要课题。世界各国特别是工业发达国家都十分重视节能，采取了一系列措施，诸如开源节流、提高能源利用率、发展节能型建筑以及研制各种保温、隔热、节能等材料。
我国能源的利用效率较低，单位GDP的能耗显著高于发达国家。如建筑能耗是西方发达国家的2～3倍。现有的数百亿平方米建筑中，节能建筑不足1%。目前在建筑节能领域，除了改进建筑结构设计以外，主要是通过应用聚苯、聚氨酯发泡保温材料等来实现建筑节能，虽然隔热保温效果较好，但是存在施工性能和防火性能较差、寿命短、价格高等问题。节能技术做为我国的重大战略需求和当前的紧迫任务，已经列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006～2020年)中若干重点领域及优先主题的共性问题之一。但是，节能非金属矿物材料制备技术的研发工作还没有取得突破性进展，还需要政府、研发机构、高等院校、企业的共同关注。
非金属矿具有优良的隔热、保温、储能等功能。利用天然矿物或其深加工产品具有疏松多孔、容重小、吸湿性差、导热率低等共性，可以采用多种技术制备成节能材料及制品，应用于建筑、电力、化工等领域，可以达到绝热、节能的目的。目前我国非金属矿在节能领域的利用水平不高，开发潜力巨大。因此，利用我国优势非金属矿产资源，大力研究和开发节能材料制备技术，不仅市场需求量大，可以发展成为一个新兴产业，而且对于节能、减少碳排放、培育和发展低碳经济具有重要意义。
2 节能用非金属矿的种类
可以用来生产节能材料的非金属矿种类很多。例如：①用珍珠岩、浮石、沸石、火山渣、浮石质流纹岩、蛭石、硅藻土、石棉等非金属矿制成的节能产品不仅质轻，而且具有良好的保温、绝热、隔音等性能，且具价廉、来源广等优点，较之有机保温材料(聚氨酯等)有更大优越性，因而被建筑业广泛利用，节能效果显著；②做为陶瓷用的节能原料除了目前已普遍利用的硅灰石、透辉石和透闪石之外，钾长石、绢英岩、霞石正长岩、响岩、玄武岩、凝灰岩、层凝灰岩、粗面岩、霏细岩、珍珠岩、石灰岩、泥灰岩等均可用做低温烧成原料，达到节能的效果；③用于耐火材料的非金属矿有蓝晶石、矽线石、红柱石、高铝粘土、滑石、铝土矿、橄榄岩、蛇纹石等；④在冶金工业领域具节能效果的非金属矿有萤石、叶蜡石、石墨、钠基膨润土、硅灰石、蛭石、白云岩、橄榄岩、纯橄榄岩、蛇纹石等；⑤多孔石墨、膨胀珍珠岩、膨润土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土、沸石、蛭石、蛇纹石、高岭土、伊利石等可以做为储能载体；⑥以辉绿岩、玄武岩、角闪岩、白云岩、菱镁矿、石灰岩、萤石等非金属矿为原料熔制成铸石，做为耐磨材质替代钢材也可节能。
3 非金属矿在不同领域中的节能应用
非金属矿在建筑、陶瓷、耐火材料、冶金等工业领域应用广泛，节能效果明显。
(1) 建筑业
非金属矿在建筑业上的节能作用主要体现在制取保温、隔热材料上。如岩棉采用玄武岩等非金属矿制得，岩棉板密度低(80～200kg/m3)，导热系数小[0.044～0.048W/(m·K)]，墙体建筑采用岩棉保温，采暖热损失可减少20%。轻化砖墙使用矿棉板，隔热能力提高1.5 ～2 倍，少用水泥70% ，少用砖50%，还可增加建筑面积10％。膨胀珍珠岩质轻、绝热、吸音、无毒、无味、不燃烧、不发霉，是一种轻质、高效能保温材料。如住宅无建筑保温层，冬天取暖热损失能源高达83%，夏季吸热量占室内总热量的57.9%。
膨胀蛭石堆积密度小(80～200kg/m3)，热导率低[0.046～0.06W/(m·K)]，具有保温、隔
热、吸音等特性，可以做松散保温填料。蛭石保温隔音板密度仅为600～700kg/m3，抗弯强度可达1.5MPa，导热系数为0.15～0.16W/(m·K)，无毒性,可广泛用在军火库、耐火隔板、防火天花板、钢塔、钢结构保护套等。
海泡石密度低(2.2g/cm3)，小气孔很多，与其他辅料合理配合，可制成硅酸盐保温涂料。热导率低，保温涂层薄，无毒、无尘、无污染、不腐蚀(pH值7～8)，适应温度范围宽(-40～800℃)。
硅藻土质轻多孔, 对热、声、电的传导性低，其比表面积大，吸附性能、热稳定性好，保温材料行业是其重要的应用领域。珍珠岩—硅藻土制品能在900℃温度下做为保温材料，制品不燃、无毒等。
硅灰石在1 200℃不会发生明显的吸热和放热反应，也不会发生相变，烧失量小，膨胀率低，在建筑领域中的节能主要是硅酸钙绝热材料方面。
(2) 陶瓷工业
非金属矿在陶瓷行业的节能作用主要体现在降低烧成温度、缩短烧成周期等方面。陶瓷烧成温度均在1 250℃以上，试验表明烧成温度从1 400℃降到1 350℃可降低能耗10%。陶瓷中加入20%～30%硅灰石，焙烧温度由1 250～1 220℃降到1 000℃左右。烧成时间由46～76h降至约2h，而且能使陶瓷结构更致密、机械强度更高，并可提高釉的白度、改善流动性等，真正实现低温快速烧成。
陶瓷坯体中加入透辉石，烧成温度降低150～200℃，坯体可快速干燥、缩短烧成周期、减少烧成收缩、产品机械强度高、热稳定性好、热膨胀系数小。陶瓷坯釉中加入适量霞石正长岩, 可使烧成温度比用长石降低300℃。陶瓷生产中添加5%～8%伊利石，烧成温度降低约100～120℃；加入25%～30%伊利石配制的陶瓷、工艺美术瓷、其烧成温度为1 260～1 280℃，烧成收缩率仅为9.53%～10.4%。
叶蜡石做瓷质砖原料，坯体强度高、白度高、干燥性能好、烧成收缩小、热膨胀系数小，且质地轻，密度小。
萤石是强熔剂原料，能降低釉的熔融温度和高温粘度，提高釉面光泽度。用响岩做为陶瓷原料，可使烧成温度由1 230℃降至1 080℃，且可减低产品收缩率。陶瓷原料中加入一定量玄武岩，可以在950～1 150℃下烧成，其产品的密实性、抗挠性也得到加强。在陶瓷配料中加入28%凝灰岩，可使焙烧温度由原来的1 280℃降为1 l40℃。此外，粗面岩、霏细岩、珍珠岩、石灰岩、泥灰岩等均可用做低温烧成原料。
(3) 耐火材料
非金属矿在耐火材料业上的节能作用主要体现在降低煅烧温度，提高耐火材料强度与耐火度。如蓝晶石、矽线石和红柱石等在高温下转化为莫来石，具有极高的耐火度、热稳定性以及受热后体积膨胀小等优点，达到节能效果。蓝晶石、矽线石和刚玉等与硼酸、粘土、食盐、水一起制取耐火材料，可以降低煅烧温度。
(4) 冶金工业
非金属矿在冶金工业上的节能作用主要体现在助熔、保温上。如硅灰石具有低温助熔特性，用其作冶金保护渣基料，具有配料种类少、热稳定好、化学成分稳定、铸件表面光洁等优点。钠基膨润土作冶炼球团的粘结剂，不仅使炼铁炉生产能力提高4 0 % ～50%，而且还可节约熔剂和焦炭l0%～l5%。橄榄岩、纯橄榄岩因烧失量低(分别为2%和10%)，可替代白云岩(烧失量40%)作高炉熔剂和炉渣调节剂而实现节能目的。萤石或白云石可作冶金炉、玻璃熔化窑炉的助熔剂，炼钢时加入萤石可形成易流动的炉渣，并能排除硫等有害杂质。在浇铸钢锭时用膨胀蛭石对钢水液面保温，使钢材合格率提高20%、总成本减少10%～30%。
(5) 其他
非金属矿还可以为热核聚变、太阳能利用、磁流体发电以及燃料电池等新能源尖端技术提供主辅料，如用凹凸棒石、硼矿与芒硝的混合物，可以贮存太阳能。用非金属矿生产的玻璃纤维可用作抛物面太阳能收集装置及反射镜的背衬结构材料、在风能开发中用作风车叶片的材料、在核能技术开发中用作绝缘材料、隔热材料和结构材料。多孔石墨、膨胀珍珠岩、膨润土、硅藻土、海泡石、凹凸棒土、沸石、蛭石等相变材料是新型节能材料，具有储能密度大、效率高以及近似恒定温度下吸热与放热等优点，可用于储能和温度控制。
4 加强开发非金属矿节能材料制备技术的建议
(1) 做好非金属矿节能材料开发利用的战略规划。非金属矿节能材料具有多元多层次的节能功效和明显的经济、社会和环境效益，因此，非金属矿物在节能领域的开发利用，具有重要的战略意义。有关政府部门和行业协会应做好战略规划。
(2) 加大政策支持力度，为非金属矿节能材料的研发及推广创造一个良好的政策氛围。政府部门可以从市场准入、税收、自主知识产权保护等方面对非金属矿节能材料研发机构、生产企业给予政策上的支持。
(3) 构建非金属矿节能材料研发体系。以开发节能实用、高性能非金属矿节能材料为目标，以研发机构、高等院校、生产企业为主体的研发体系为载体，国有及民营企业齐心携手，大力发展非金属矿节能材料。
(4) 加大研发投入力度。要多渠道筹措研发资金，政府部门在解决节能材料开发的共性问题上予以资金支持，研发机构、高等院校、生产企业在开发具体产品上也应加大投入。
(5) 建立示范工程，加大推广力度。尽快建立研发和使用的示范工程，节能材料的使用要做到工程化，将新的节能材料快速加以推广。
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