践行大宗固废综合利用、推进泡沫陶瓷绿色发展

李宏伟 宋春生 贾志才

（山西安晟科技发展有限公司，山西 介休 032000）

国家十部委发布十四五大宗固废综合利用的指导意见，指出以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，坚定不移贯彻新发展理念，以全面提高资源利用效率为目标，以推动资源综合利用产业绿色发展为核心，加强系统治理，创新利用模式，实施专项行动，促进大宗固废实现绿色、高效、高质、高值、规模化利用，提高大宗固废综合利用水平，助力生态文明建设，为经济社会高质量发展提供有力支撑。朝着“大宗固废综合利用、推进泡沫陶瓷绿色发展”方向迈进，凝聚产业智慧、践行环境治理、固废利用，创造“绿色、健康、安全”建材、重铸生态环境、积极助力建筑绿色生态发展，研创绿色节能轻质泡沫陶瓷，成为深入实施可持续绿色低碳、循环发展战略的重要举措。立足本地经济发展核心区域的优势，化解当地煤矿、发电厂、陶瓷厂所产生的煤矸石、粉煤灰及废瓷等工业固废，形成区域性商业循环和使用链。

1 泡沫陶瓷是节能减排、资源节约、循环经济、保护环境和绿色低碳发展方向

长期以来，我国建材行业沿用了粗放型传统生产模式，对自然资源重开发、轻保护，对生态环境重利用、轻改善。据统计我国每年约有36%的能源消耗用于室内取暖或降温，因此节能型建筑材料便成为专业人员不断研究开发的重点。建筑材料发展还处在一个重要时期，因而建筑材料的发展应以满足建筑节能需要为重，节能建筑材料作为节能建筑的重要物质基础，是建筑节能的根本途径。在建筑中使用节能保温泡沫陶瓷，一方面可提高建筑物的隔热保温效果，降低采暖空调能源损耗，大量节约了能源；另一方面泡沫陶瓷无毒无害的无机防火绿色环保保温材料，极大地改善建筑使用者的生活和工作环境，保护了人民财产安全；第三在建筑施工中，可以极大的减少保温材料因为吸水造成的空鼓、脱落等质量通病，充分体现泡沫陶瓷与建筑同寿命的质量优势。

应用泡沫陶瓷保温板的建筑与普通建筑体积重量比较，单位面积建筑墙体材料重量可降低1倍以上，从而可节约建筑原料资源60%以上，可降低综合能耗60%以上。以化解煤矸石、粉煤灰隧道窑烧制成为绿色节能泡沫陶瓷生产线为例，年产100万m3泡沫陶瓷生产计算，可作为建筑墙体保温的年节能量Q=51000tce/a，实现节能量510000tce/a。冬季节能采暖，可实现节能量85000tce/a。夏季节能空调，可实现节能量59500tce/a。总节能量达到144500T tce/a，同时减少了270亿g二氧化碳和960亿g二氧化硫的排放[1]。

2 泡沫陶瓷是推动大宗固废利用过程控制的关键技术，引领世界先进的陶瓷高温发泡科学性生产创新技术

1）“大宗固废综合利用”转化为泡沫陶瓷绿色建筑节能墙体材料，是利用工业固废作为原料，采用先进的生产工艺和发泡技术经高温焙烧而成的高气孔率的闭孔泡沫陶瓷材料。

将废弃粉煤灰、煤矸石、陶瓷尾矿、废陶瓷碎片（混合物含量大约在65%～70%），以及页岩等半生矿物的混合物（含量在30%～35%），再适量加入发泡剂改性剂，搅拌均匀后，经球磨粉碎、喷雾造粒，装入耐火组合模具中，泡沫陶瓷粉料在1150℃～1200℃时，熔融生成高粘度的陶瓷液体逐渐发泡、形成均匀多孔的封闭状的泡沫陶瓷体，再经过急冷、定型，回火退火后切割成型，成为泡沫陶瓷产品。具有导热系数低、抗冻性能好、完全玻化不吸水、能长期漂浮在水面不下沉、保温防火无毒、无害、无污染等特点。生产过程产生的边角料、废料可全部回收循环利用，无固体废弃物排放。

泡沫陶瓷是化学组成为：SiO2：45%～78%；Al2O3：12%～26%；（CaO+MgO）：4%～15%；Fe2O3：0%～8%；（K2O+Na2O+Li2O）：1%～8%；其他为微量。

泡沫陶瓷高温发泡机理：添加高温发泡剂等，经过粉碎、混合匀化，加工制成粉料。在1200℃高温原料熔融为液相陶瓷时“发泡剂”开始高温反应产生各个微小气泡体，液相陶瓷粘度较大的阻碍气体的挥发，形成大量的“薄壁” “全封闭半真空”气泡体，经过急冷固化形成泡沫陶瓷，继续退火回火热消除应力使泡沫陶瓷达到良好的机械性能。泡沫陶瓷的基质为玻璃+陶瓷相，故不透不吸水；“薄壁”“全封闭半真空” “不透光”的气泡体，故不传热；烧制泡沫陶瓷是在特定温度曲线制度下的化学反应，形成具有均匀气孔、完全玻化，质量轻、不透水能长期漂浮在水面而不下沉，强度高、柔韧性好打不摔等独特的科技特性[2]。

2）泡沫陶瓷是一种新陶瓷保温材料，主要技术性能分析与性能指标特点如下。

①热传导率低。泡沫陶瓷保温板导热系数为0.055-0.080W/（m·k）；②不燃、防火。泡沫陶瓷保温板是经1200℃左右的高温烧制而成，燃烧性能达到A级；③与水泥砂浆、混凝土等相容性好。泡沫陶瓷与水泥砂浆、混凝土都属于硅酸盐同相，相容性好。热胀冷缩下不开裂、不变形、不收缩，能与水泥砂浆、混凝土、饰面砖等可靠粘结，与水泥砂浆的粘结强度可达0.2MPa以上；④吸水率低。泡沫陶瓷不吸水、不透水、全封闭半真空的保温隔热陶瓷材料，体内不吸水，不会吸水膨胀变形，克服了建筑施工中的质量通病；⑤强度高，抗折强度依然能达到1.5MPa以上，可以做自保温墙体；⑥耐久性好。泡沫陶瓷所用原料全部为无机陶瓷质材料，耐老化，与建筑物同寿命，是常规有机保温材料所不可比拟的；⑦耐候性好。在阳光暴晒、冷热剧变、风雨交加等恶劣气候条件下不变形、不老化、不开裂，性能稳定。

3）泡沫陶瓷的研发已从泡沫陶瓷保温板拓展到隔墙板、自保温外墙板、保温装饰一体板、保温结构一体板、节能防腐板、干法地暖模块、自保温屋面板、抗菌洁净板、装饰线条构件等产品。

①泡沫陶瓷保温板其体积密度在160-220kg/m3，导热系数在0.055-0.080W/（m·k），具有轻质防火、隔热保温、隔音降噪、绝缘防辐射、耐酸耐碱、与建筑同寿命、环保、健康、安全的特点。特别是防火、不吸水、无毒无害等独特的性能，解决了保温材料在各类建筑外墙外保温的安全隐患，已成为建筑外墙外保温系统成熟的安全保温材料；②泡沫陶瓷隔墙板其体积密度在360-600kg/m3，抗压强度在4.0-6.0MPa，与其它建筑隔墙板相比轻质高强、施工方便、环保节能，最关键的是抗震性能好，可以减少地震带来的安全隐患，膨胀系数在10-6，不会产生开裂通缝的施工质量通病。泡沫陶瓷隔墙板已成为建筑隔墙成熟的绿色墙体材料；③泡沫陶瓷外墙板是以泡沫陶瓷保温板为夹芯材料，以钢丝（钢丝网）包括玻璃纤维以及专用强柔水泥砂浆为增强层的，或者以轻钢龙骨框架为结构的一种自保温轻质外墙板；④泡沫陶瓷自保温屋面板，采用角钢为筋肋焊接成屋面板骨架，芯材为泡沫陶瓷保温板的一种自保温屋面板，具有保温隔热、节能防腐、轻质防水、一劳永逸的功能，解决了轻钢结构房顶寿命短、不耐腐蚀的问题，使用泡沫陶瓷屋面板，是轻钢结构房顶最好的选择；⑤泡沫陶瓷装饰线条其体积密度在230-600kg/m3，抗压强度在3.0-6.0MPa，与其它建筑装饰线条相比轻质高强、施工方便、环保节能、安全可靠，膨胀系数小，不会产生开裂通缝，寿命长久等优点。泡沫陶瓷装饰线条替代JRC、eps等其他类线条的轻质线条材料。

3 泡沫陶瓷可以大大减少有机保温材料对建筑消防不安全性的大隐患，提高建筑保温系统的使用寿命

随着世界各国对生态环境保护重视程度的不断提高，建筑保温材料向无机化发展，加强和加快无机保温材料研究已经受到业内专家和社会的高度重视。泡沫陶瓷保温材料除了具有良好的节能保温性能外，泡沫陶瓷与其它有机保温材料相比有个最大的优点：就是不吸水、不透水、始终不变形、与水泥相容同相，这就解决了其它保温材料在建筑保温中产生的空鼓、裂纹、拔离、脱落的安全隐患。泡沫陶瓷还具有防火防腐等安全性能，保证了建筑在其生命周期内的安全运行。

4 结语

泡沫陶瓷产业正处于快速发展初期， “固废综合利用转化为泡沫陶瓷”产业有良好前景，为了使该产业健康发展，根据目前产业发展过程存在的实际问题，已得到国家工业和信息化部、发展和改革委员会、住房和城乡建设部和生态环境部等相关政府机构在政策上的支持与扶植。“泡沫陶瓷”是大宗固废实现绿色、高效、高质、高值、规模化利用的重要途径，使固体废弃物变成绿色节能的新型墙体材料。需要国家加大消纳固体废弃物扶持政策力度，加大建筑市场应用优惠政策力度，支持在新建和改建国家建设项目中，在装配式建筑，城镇化建设，国家公共建筑中，特别是医院、学校、养老院等得到重视推广与应用。