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技术推荐6:利用工业尾矿渣生产无机泡沫玻璃

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-22  浏览次数:204

一、前言

节能减排,是我国经济建设及能源发展的重大战略。在我国,建筑能耗占全社会总能耗的比重已达30%以上,如加上建材生产过程能耗,建筑总能耗占全社会总能耗的比重已达45%以上 。建筑节能意义重大,潜力巨大。推进建筑节能和绿色建筑发展,是新时期,国家落实能源生产和消费革命战略的客观要求和重要领域。大力推动绿色建筑和新型城镇建设,推广超低能耗的被动式建筑,在全国范围内不断提高建筑节能标准和建筑节能水平,大力推广装配式建筑,大幅提高建筑生产效率,全面推进既有建筑的节能改造,大幅降低既有建筑采暖和空调使用能耗,大力发展循环经济,推动资源综合利用等一系列系统的新举措,已成为我国十三五期间,建筑、建材事业转型升级、创新发展的新模式。
 
泡沫玻璃属于新型建筑材料,既可制成高效能自保温墙体材料,又可制成高品质的屋面和外墙保温隔热材料,不仅具有优异的防火、保温、隔热、隔声、防水性能,且可利用大量固体废弃物——工业尾矿渣进行生产,变废为宝、保护环境,因而成为近年来建筑节能和绿色建筑发展新重点,也必将在建筑节能和绿色建筑应用中大显身手,成为绿色节能保温产品中的佼佼者。
 
“十三五”时期,新建建筑面积按100亿平方米计算,其中绿色建筑面积将达50亿平方米,加上既有建筑节能改造,新型绿色节能建材的应用面积将达到60亿平方米以上。如泡沫玻璃占有率按10%计,用于建筑自保温墙体和建筑外墙、屋面保温隔热的泡沫玻璃材料需求量将达1亿立方米以上。而目前我国泡沫玻璃总产能仅有260万立方米左右,泡沫玻璃大有可为。


二、泡沫玻璃基本情况

2.1泡沫玻璃简介
 
泡沫玻璃是利用富含玻璃相的工业废渣(如尾矿粉或粉煤灰)和少量废弃玻璃为主要原料,添加发泡济、改性剂、促进剂等,经粉碎、均匀混合成配合料,放置在特定模具中经过750-860℃熔化、发泡、退火形成的一种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料。该玻璃中气泡占总体积的85-95%,气泡的直径约为0.5-3毫米,其密度为120-300千克/立方米,仅有普通玻璃的十分之一左右。
 
2.2 泡沫玻璃的分类及其用途
 
根据泡沫玻璃内部气泡连通情况,分为保温隔热泡沫玻璃和吸声泡沫玻璃。泡沫玻璃既可用于建筑外墙及屋面的保温隔热,又可用于结构自保温墙体、也可用于内墙装饰及吸音。在力学、热学、声学指标方面均超过粘土实心砖、空心砖,与传统和其它新型材料相比,都有其独到优越之处。泡沫玻璃既具有高效保温隔热效果、防水防潮、防火、耐酸碱、密度小、机械强度高等一系列优越性能,又具有玻璃材料本身固有的永久性(使用寿命)、安全性、可靠性、防化学腐蚀性和不受蚁鼠侵害等优点,可应用在中温保温隔热、建筑内外墙的保温隔热、防水防潮工程、装饰工程、石油化工、冷藏、地铁和地下工程等领域。吸声泡沫玻璃在地铁、隧道、音乐厅、剧场、会堂等噪音比较大的场合下,既具有吸声的效果,又具有彩色装饰作用。

2.3 泡沫玻璃的主要性能指标

2.3.1 泡沫玻璃保温隔热材料主要性能指标

2.3.2 泡沫玻璃吸声材料主要性能指标

吸声系数

频率(HZ

125

500

1000

2000

4000

吸声系数

0.21

0.33

0.45

0.48

0.60

容重

160190 千克/立方米

开孔率

≥52%

抗压强度

0.5MPa

燃烧性

不燃

抗折强度

0.6MPa

使用温度

≤400℃



2.3.3 泡沫玻璃与其他同类建材相比的优点

由于泡沫玻璃内部具有无数封闭微小气泡,使之性质不同于普通玻璃。因此泡沫玻璃不但具有密度小、强度高、导热系数小等物理性质,同时还具有的保温、隔热、吸声、防潮、防水、防火等功能。与其它建筑材料相比,泡沫玻璃材料克服了珍珠岩、轻质碳酸钙、泡沫塑料、软木等有机、无机保温材料存在的种种缺陷,在性能价格比方面具有较大优势。

——绿色环保:大量利用工业废渣、门窗废弃玻璃、碎啤酒瓶玻璃、电视机显示屏玻璃等原材料生产,利于环境保护和人体健康。

——使用性质:具有优异的保温隔热、隔声吸音性能、安全防火性能;安装简便。

——应用范围:特别适用于高层住宅、办公楼台宇,大型厂房的外墙、内墙并适用于高速公路隔音带,工业石油化工管道、冷藏、地铁和地下工程等领域等。

——完全符合国家产业导向,享受行业新产品、新材料价格补贴,并享有 5 年免增值税等税收等各项优惠政策。


三、国内外泡沫玻璃生产应用情况

3.1 泡沫玻璃国外生产情况

泡沫玻璃是首先由法国 St.Gobain 公司研制成功的。随后,美、德、前苏联、英、捷克、日本等国发表了有关泡沫玻璃研制和生产的许多专利和研究报告。目前,国际上普遍采用“二步法” 生产泡沫玻璃,即以石英砂、纯碱等为原料熔制碎玻璃,添加发泡剂制成有完全独立的封闭气泡结构的泡沫玻璃。“二步法”的特点是在发泡窑中进行发泡,随后进行脱模,脱模后的毛坯再进入退火窑中退火成为产品。当前,国际上最大的生产厂商为美国康宁和日本纺绩公司。美国是世界上生产泡沫玻璃最早的国家之一,年生产总量在上千万立方米,曾垄断国际市场长达50多年。中国的周边国家,如韩国、日本、东南亚等国,虽然已认识和使用该材料,但尚无批量生产的厂家。

3.2 泡沫玻璃国内生产概况

我国在该方面的研究工作起步晚,因国内需用泡沫玻璃作为防腐保温材料,主要应用于石油化工行业,1974年引进了日本11.5万吨/年乙烯装置,为替代进口。当时,国内通过协作研制出体积密度为160千克/立方米全封闭气孔的泡沫玻璃,采用“二步法”共生产了300立方米的泡沫玻璃制品。虽然产品的技术性能指标达到了国际先进技术生产的泡沫玻璃的指标,而且该技术于1980年通过了技术鉴定,但由于生产成本过高,不久即停产。通过几十年的努力,我国已经能够利用新技术生产泡沫玻璃,并且在原料和工艺上均有所创新,性能质量也达到了美国的技术水平。1998年在“国际建材展览会”参展,因质量良好和价格适中而受到外商的欢迎;近几年国内开始将泡沫玻璃用在建筑上,取得了较好效果。因此,需求量逐步增大,市场前景会越来越好。

3.3泡沫玻璃应用情况

3.3.1 泡沫玻璃保温隔热材料应用情况

泡沫玻璃作为保温隔热材料,已在石油化工行业得到成功应用,如大庆、燕山石化、齐鲁石化、扬子石化、辽河油田、锦西石化等;在热电厂的烟囱内壁保温。

近些年,由于建筑节能快速发展,泡沫玻璃越来越多应用于建筑屋顶的保温隔热、外墙保温及防水等;同时还可用于生产自保温绿色墙体材料新新领域。

3.3.2 泡沫玻璃吸声材料应用情况

吸音泡沫玻璃在发达国家已广泛用于地铁、地下军事设施、隧道、工厂车间、音乐厅、剧场和大会堂等建筑中,以及飞机场周围建筑物外表,以降低噪音。国内在九十年代陆续用于上海地铁、广州地铁、人民大会堂空调机房和风道的降噪吸声材料。近年又用于上海市内高架路两旁的吸音墙。

3.4 泡沫玻璃市场需求预测

3.4.1 绝热墙体材料开发前景无限

2017年北京地区及国内发达地区建筑节能率将达到85%,被动式房屋(泡沫玻璃)+装配式+钢结构=未来建筑,这种绿色、环保、零能耗的建筑,是中国未来发展的方向。这意味着建筑节能材料市场今后几年需要大量优质可靠、节能效果显著以及价格低廉的产品。建筑节能的重要环节是墙体节能,因此,提高建筑特别是墙体绝热性能是降低建筑能耗的关键环节。目前,我国正在积极开发和生产墙体绝热材料,使其能够提高墙体热阻,降低墙体传热系数。

按照住建部《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》要求,“十三五”期间,我国新建建筑面积仍按100亿平方米计算,其中绿色建筑面积将达50亿平方米,加上既有建筑节能改造,新型绿色节能建材的应用面积将达到60亿平方米以上。如泡沫玻璃占有率按10%计,用于建筑自保温墙体和建筑外墙、屋面保温隔热的泡沫玻璃材料需求量将达1亿立方米以上。而目前我国泡沫玻璃总产能仅有260万立方米左右。应用市场前景十分广阔。

3.4.2 高效节能保温材料亟待开发

我国外墙外保温系统的推广应用已历经10多年的探索和发展,在国家建筑节能政策、法规的推动下,国内自主开发的外保温技术蓬勃发展,相关标准、规范和工法等也在不断完善中。但在保温系统的安全性、耐久性和有效性方面,与国外相比,仍然存在很大差距,尤其在防火安全性、耐久性方面,国内一直都存在着较大隐患。近些年来,由于大量使用燃烧性能差的有机保温板材及其它低质量的保温材料,造成了外墙保温系统发生火灾、脱落事故频发,给人民生命财产安全造成了严重损失。

随着国家对人民生命财产安全的重视度越来越高,保温材料市场的运作和管理更趋规范、更加严格。据业内专家分析指出,随着建筑节能标准不断提高,我国现有高性能防火保温材料产品远远不能满足市场需求,其中A级防火保温材料的运用比例不到1%,外墙保温材料或将迎来新一轮行业洗牌。未来几年,防火性能好、保温性能优异的绿色节能保温产品亟待开发,必将形成更大的产业化规模,其价值和价格更易于得到市场接受。

3.4.3 高效低价吸声材料前景广阔

随着我国人民生活水平的提高,对减少环境噪音污染的要求和对公共场所听音效果的要求不断提高,同时国家有关部门对公共设施的防火安全也有越来越高的要求,吸声泡沫玻璃必将被越来越广泛的使用。


四、 利用尾矿渣废料生产泡沫玻璃技术

以尾矿渣废料为主要原料生产泡沫玻璃,在应用发泡剂生产泡沫玻璃的过程中直接受炉内气氛和温度的影响。在发泡前氧气会使发泡剂氧化烧损,丧失发泡作用。泡沫玻璃的物理性质(体积密度、机械强度、隔热性能等)主要取决于发泡温度,实验表明:发泡温度变动5℃,产品性质就可能产生不可接受的大幅度变化,要求控温精度±2℃。目前国内外普遍采用电能作为加热方式,虽然加热炉内温度,气温可控制,但成本较高,且炉内温度均匀性差;也有用燃油隔焰间接加热的,但控温困难、热效率低。河北正迪泡沫玻璃研制出一种单盒天燃气加热炉新技术,可利用网带式生产泡沫玻璃,大大降低了成本,增加了规模产量。

泡沫玻璃生产技术是多种专利技术和成熟的高新技术的集成,在工业化生产中用工业尾矿及废弃碎玻璃作为主要原料,添加少许矿物料及部分化学药品,经球机粉碎后,装入标准尺寸的耐热钢模具中(650×650×260 毫米),置入全自动控制的燃气明焰加热窑内发泡、退火。生产的泡沫玻璃达到了国际先进技术的产品标准。因此,该技术已具备了工业化生产推广的条件。

4.1 原辅材料来源

泡沫玻璃是一种生产成本低而技术附加值高的产品。生产泡沫玻璃的原辅材料的90%以上是工业尾矿渣及少量废弃玻璃原料,其来源非常广泛。
 
工业尾矿渣是铁矿厂选矿后的最大的副产品,排放量大,每年要消耗大量的农田、林地用于深藏掩埋,严重破坏生态,污染环境。例如,安徽省某大型铁矿石采矿区,尾矿渣堆储占地达数千亩农田,堆储量达上亿吨,并且每年还在持续增加。因此,加快研发新技术对尾矿废渣综合开发利用,变废为宝,生产高性能的绿色节能保温产品,具有极其重要的环境意义、社会效益及显著的经济效益。

铁尾矿是一种复合矿物原料,除了含少量金属组分外,其主要矿物组分是脉石矿物,如石英、辉石、长石、石榴石、角闪石、及其蚀变矿物;其化学成分主要以铁、硅、铝、钙、镁氧化物为主,并伴有少量磷、硫等,经过改性等技术处理,完全可用于生产高品质的绿色节能保温材料。

废玻璃原料,玻璃厂家每年就有大约20%的废弃玻璃下脚料,急待处理;还有报废汽车废玻璃、建筑工程中的废玻璃门窗废弃玻璃、碎啤酒瓶玻璃、电视机显示屏玻璃等,都可成为泡沫玻璃生产的原填材料。不仅价格便宜,而且每吨碎玻璃可以生产大约5~8立方米的泡沫玻璃毛坯。另外,生产泡沫玻璃添加剂是几种化工原料按一定的比例混和而成,在市场上也易购得并且价格低廉。因此,生产泡沫玻璃,原辅材料充足,综合成本低,环境效益和经济效益可观。

利用尾矿废渣生产泡沫玻璃属于国家重点扶持的利废节能,资源综合利用项目,可积极申请政府的各项扶持政策,享受税收减免优惠待遇。
 
4.2  环境保护

因为生产泡沫玻璃原料主要是工业废弃物尾矿渣,是综合利用、保护环境项目,所生产的产品是一种绿色节能产品,生产中使用的能源主要是电力和天然气,没有新的废水、废渣,废气排放,不会造成新的环境污染和生态破坏,而且可为国家节约大量的土地、燃料、人力物力,具有十分显著的社会效益和环境效益。当然,项目生产中,必然会按照国家环保新要求,严格做好各方面的环境保护措施。


五、结语

本项目采用的原材料是工业废渣尾矿粉等,属于废物综合利用;生产的产品具有显著的环保效益;生产过程不产生“三废”, 所以本项目符合国家的产业政策,所得税可争取减免,属于国家大力提倡和发展的产业,市场前景广阔,投资利润率高,经济效益和社会效益显著。

当前,国家正积极推进新型城镇化建设,大量新建、改扩建、拆迁重建、棚户区改造等工程陆续上马,对高效优质保温材料的需求巨大。而传统的保温材料存在防火等级低、保温性能差、使用寿命短、污染环境等一系列问题,已经不能适应市场的需要,将逐步被淘汰。这就为新型保温材料行业带来了巨大商机。

2017年,伴随我国新型城镇化进程的加快,资源节约型、环境友好型智慧城市和绿色城市规划理念的植入,随着国家快速推进建筑节能和绿色建筑的发展,新型高品质的保温材料——泡沫玻璃产品,必将会搭乘上国家“供给侧结构性改革”的时代列车,奔向更加辉煌的明天。

 
 
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