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《關于加快和推進我國菱鎂產業健康穩定和可持續發展的指導意見》課題研究報告4

《關于加快和推進我國菱鎂產業健康穩定和可持續發展的指導意見》課題研究報告4

　第五篇　菱鎂產品節能、節材、節地，低碳經濟和綠色環保性能的研究

【摘　要】本篇就菱鎂材料在能耗、環保、節材代木、節約土地、防火、碳排放等方面與傳統材料做了分析比較，用以說明菱鎂材料不僅在資源綜合利用方面具有其特有的優勢，而且在我國低碳、節能環保等經濟建設當中同樣具備很好的發展前景。
【關鍵詞】節能節材低碳環保性能研究

　　章　菱鎂產品與傳統材料的能耗比較

　　菱鎂材料是無機膠凝材料當中繼水泥、石膏、石灰、硅酸鈉(水玻璃)之后的又一重要成員。菱鎂產品的能耗涵蓋有輕燒氧化鎂原料的生產能耗和菱鎂產品(如防火板、菱鎂墻體板、包裝箱、工藝品等)的生產能耗。水泥制品和石膏制品同樣包含有水泥與石膏原料的制備能耗及它們的產品生產能耗。

　　一、水泥能耗分析

　　水泥是在1400℃～1450℃下完成碳酸鈣和粘土質原料煅燒形成硅酸二鈣、硅酸三鈣和鐵鋁酸四鈣的反應，每公斤水泥熟料消耗3500～3762千焦耳熱能(3500～3762kj／kg)。水泥制品由于水化熱較低(300～350j／g?水泥)，自然養護時間較長，通常要蒸汽加熱養護，每千克水泥形成的水泥制品約需3.0～3.5kJ／kg能耗，因此每噸硅酸鹽水泥(不摻混合材料)形成的水泥制品所消耗的熱能為123.91kg(每千克水泥熟料熱耗取值3631kj)，每噸水泥制品生產煤耗(標準煤)11kg，因此水泥制品的總生產能耗為：123.91+11=134.91kg(標準煤)／噸。

　　二、石膏產品能耗分析

　　石膏的煅燒形成反應方程式為：
　　CaSO₄?2H₂O(煅燒)→CaSO₄?1／2H₂O+3／2H₂O
　　石膏煅燒溫度為：150℃～170℃
　　煅燒石膏的熱耗：1758.1 kj／kg(國產線)、1339.5kj／kg(引進生產線)
　　每噸石膏煅燒煤耗(標準煤)60kg／噸(國產線)、45.71kg／噸(引進生產線)
　　每噸石膏產品的干燥熱耗45.32kkg<標準煤>*，則每噸石膏形成石膏制品的煤耗為：60(煅燒煤耗)+45.32(干燥煤耗)=105.32kg。
　　水泥、石膏、菱鎂水泥(MgO)的形成與能耗分析見表5-1。

　　三、輕燒氧化鎂能耗分析

　　輕燒氧化鎂是由菱鎂石MgCO₃煅燒形成的，其反應式為：
　　MgCO₃(煅燒)一MgO+CO₂↑
　　其煅燒溫度800℃(完成轉化反應)；單位熱耗：1557.99kj／kg～2100kj／kg；煤耗(標煤)在64kg／噸(理論數據)～71kg／噸之間。
　　菱鎂制品的生產熱能耗為零消耗。因為菱鎂的水化熱925j／g?MgO是水泥水化熱的3倍以上，且反應是放熱反應，為保證產品質量，甚至還應控制反應熱。
　　菱鎂制品的生產能耗主要表現在菱鎂制品的干燥蒸發水分的熱耗，通常完成硬化反應的菱鎂制品的含水率在11％，基本無需干燥能耗。

　　四、能耗和碳排放比較

　　1．菱鎂材料與水泥能耗和碳排放的比較
　　每噸水泥熟料耗煤123.91kg(標煤)，每噸水泥制品生產熱能耗為11kg，總能耗為134.91kg(標煤)；菱鎂材料每噸生產耗煤71kg(標煤)，制品生成自行放熱，無需熱養護，總能耗71kg；
　　菱鎂原材料的生成相對水泥節能42.70％；
　　菱鎂制品的生成相對水泥制品節能47％；
　　每噸水泥制品的生成排放CO₂為358.86kg，每噸菱鎂制品的生成排放CO₂為188.86kg(指生成原料、煅燒煤、排放CO₂)，比水泥減排47.38％的CO₂生成量。
　　2．菱鎂材料與石膏的能耗和碳排放比較
　　石膏每噸原料生成耗煤(標煤)60kg，菱鎂噸原料耗煤71kg(標煤)，高出石膏15.5％；石膏制品生產總能耗105.32kg高出菱鎂制品總能耗(71kg)32.59％。
　　生成噸石膏制品總CO₂排放量為280.15kg；生成噸菱鎂制品CO₂排放量188.86kg；菱鎂制品噸產量比石膏制品噸產量減排CO₂量32.5％。
　　結論：菱鎂材料相對石膏和水泥而言是節能減排的建筑材料。但是國內當今菱鎂行業的MgO燒成工藝相對落后，改進煅燒工藝，提高節能功效仍有相當潛力。

　　第二章　關于菱鎂材料節代木材的評估分析

　　我國是森林資源較為貧乏的，森林覆蓋率占平均水平的3／5，人均森林面積不到平均水平的1／4，我國每年消耗木材量達3億多立方米，進口量1億多立方米，十二五期間，提出每年節代木材4000～5000萬立方米的發展目標。
　　由于菱鎂材料具有極好的物理力學性能，抗折強度可高達64MPa(JC／T646―2006)，軟化系數0.85，吸水率13％(CEC95技術規程)，干縮率0.6％(JC／T646―2006)，以及良好的加工性能(可釘、可鋸)和突出的防火性能(耐火極限1.5h)，因此菱鎂材料是理想的節木、代木材料。其中菱鎂門窗、包裝箱、建筑模板、裝飾板、園林建筑制品是節木代木的主導產品。

　　一、菱鎂防火板節木代木評估

　　我國菱鎂板(也稱玻鎂板、防火板、無機不燃復合板)年產總量為6億平方米左右，其中30％銷往國外，70％用于國內的裝飾、裝修建筑中，若內銷產量4.2億平方米全部用于代木建筑制品(按厚度9mm計)：則菱鎂產品體積為4.2億m²×0.009m=378萬m³，相當于原木材量(按出材率65％)378萬m³÷0.65=581.54萬m³。“十二五”期間菱鎂防火板每年按7％產量增長，則可節代木材量約為3568.38萬M³。菱鎂產品代替部分木材制品數量與市場實際需求占有量測算表見表5-2：

　　由表5-2可以看出，目前菱鎂防火板產量與市場需求之間存在著較大差距，發展空間巨大。

　　二、菱鎂墻體材料節約土地評估分析

　　由菱鎂材料構成的墻體材料屬不燃材料，按GB8624―2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》檢驗，不燃性試驗△T為2℃，Am為209名，燃燒值PCS為0.1MJ／kg，達到A1級。按GB／T20285―2006《材料產煙毒害性分級》達到安全及<AQ>級，耐火極限1.5h，在當今防火保溫材料中是高于石膏、水泥、硅酸鈣的好材料。
　　用菱鎂材料做成的墻體其蓄熱系數為2.20w／m?k，是極好的反抗溫度變化的材料。由它構成的墻體抗壓、抗拉強度比水泥制品高出1～2倍，高出1～5倍的抗沖擊性能以及低于5～10倍的抗滲透性能，是很理想的墻體材料。
　　菱鎂墻體形式有二種：一是輕質隔墻條板，另一種是由輕鋼龍骨做支撐體，用10～12mm厚度的菱鎂板復合形成墻體，這兩種形式都屬于用在不承重的框架建筑體系。
　　菱鎂墻體材料具有輕質(40～60kg／m²)、高強，是粘土磚墻重的1／3～1／4(按平方米墻重計)對減輕建筑的基礎處理和擴大室內5～10％的使用面積都很有益處。而且可以大大提高施工速度，促進了建筑的預制化、裝配化、機械化施工和作業。
　　我國目前年產菱鎂墻體材料約8000萬平方米，則該類產品節地、節能、低碳分析數據如表5-3。

　　三、菱鎂材料的低碳經濟，綠色環保性能的評估分析

　　由輕燒氧化鎂、氯化鎂、水和外加劑四元體系在常溫下(>10℃)完成水化聚合反應形成的菱鎂材料制品是低碳經濟、綠色環保的建筑防火、保溫材料和裝飾、裝修材料。
　　1．菱鎂材料組成的環保性分析
　　菱鎂產品的主導材料氧化鎂是不含放射性核素的材料，氯化鎂是制鹽的副產物，可用作食品、豆腐的凝固劑，外加劑均是不具毒害污染的磷酸鹽及堿和堿土金屬鹽。組成中不含有機VOC散發污染物，不含石棉及甲醛物。特別是形成制品的組成中能綜合利用工業固體廢棄物(粉煤鐵、礦渣、硅灰、石粉、碎瓷、建筑垃圾等)、農業加工剩余物(麥秸、稻草、棉桿等)和木材加工剩余物(鋸屑、木刨花等)，對資源綜合利用具有積極貢獻。
　　初步估計行業內的菱鎂產品每年能消納粉煤灰或其它工業廢渣、石粉、建筑垃圾等約235.29萬噸，農業剩余物(秸稈材料)約133.45萬噸。
　　2．菱鎂產品的低碳經濟和環保性分析
　　由于菱鎂材料在常溫下水化聚合有較高的水化熱(925J／g?MgO)，反應是放熱反應，高反應溫度可達140℃。在某種程度上為了防止熱膨應力還需散熱降溫，因此菱鎂制品的生產是無需采用熱工手段進行燒結和蒸養就能生產，具有低碳節能性。
　　菱鎂制品是嚴格控制用水量的。因為過量的水會造成制品延緩凝結時間，降低強度、泛霜現象。每噸菱鎂制品大用水量約0.36噸，因此具有節水性，而且產品的終含水率約在11％左右，不像石膏產品要消耗較大的熱能，進行制品干燥。
　　菱鎂產品生產不排放廢水、廢氣，產品的整形裁邊廢棄物可以經粉碎后重新作為填充料加以利用。整個生產過程是零排放，無揮發性氣體產生。在使用過程中不存在甲醛和有機VOC的散發，是綠色環保的生產過程。
　　我國的菱鎂產品30％產量是銷往歐美及東南亞，諸如：西班牙、比利時、英國、法國、德國、丹麥、意大利、俄羅斯以及美國、加拿大、日本、韓國等。這些和地區都有嚴格的環保檢驗。例如進入歐洲市場的產品必須經SGS檢測機構檢驗確定后才能使用。經SGS檢測我國的菱鎂產品不含甲醛、石棉、甲苯、二甲苯、氰化物、SO₃、SO₂、放射性核素等數十項污染物的存在。
　　3．菱鎂材料的防火性能分析
　　我國公安部四川消防檢驗測試中心和天津消防測試中心對菱鎂板、菱鎂墻板和菱鎂泡沫保溫材料，按GB8624―2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》檢驗，不燃燒檢驗△T為2℃，Am為20％，燃燒值PCS為0.1MJ／kg，達到A1級(不燃材料)，按GB／T 9978《建筑構件耐火試驗方法》檢驗耐火極限1.5h。
　　特別是按GB／T20285―2006((材料產煙毒害危險分級》檢驗，菱鎂制品的燃燒煙氣濃度為100mg／小時，生物麻醉性和刺激性檢驗達到安全級(AQ)級，不產生有毒煙氣。在上海、沈陽、南通等地的幾場火災中，主要是因為建筑材料的煙氣毒性而造成人亡損失，因此菱鎂產品的使用安全性和環保性是完全可以肯定的。
　　4．菱鎂材料的保溫性能分析
　　菱鎂產品的蓄熱系數S24=2.20W／m?k，優于木材的蓄熱系數S24=4.9W／m?k，有極好的反抗溫度變化的性能，用菱鎂材料做居室材料有舒適感。
　　菱鎂保溫材料的密度在300±20kg／m³，導熱系數在0.08～0.06W／m?k，有較好的保溫、隔熱性能。因此，菱鎂產品是現階段好的既具有保溫、隔熱性又具有防火性能的材料。
　　5．菱鎂材料的其它功能
　　菱鎂產品在建筑中使用具有施工快捷(菱鎂墻板可達21m²～25m²／人?日)。在建設中使用均是干作業，有利于文明施工和減輕勞動強度，保護工作人員身心健康。
　　作為菱鎂產品的建筑板材，相對于磚、瓦、砌塊而言，單位體積小，重量輕，大幅度的減少了社會的物流運力，對減少運輸燃料消耗，促進低碳經濟運營有積極的作用。
　　我國是菱鎂資源豐富的，儲量約有36億噸，約占的30％；的儲量，而菱鎂制品的主要原料之一：輕燒氧化鎂，又是制造高純度鎂的副您物或者說是低品位原料。另一主要原料氯化鎂是鹽化工業的副產品。因此，合理、有效的發展菱鎂產業是利國、利民的千秋大業。