上世紀初,西方國家已經(jīng)實現(xiàn)了巖棉的工業(yè)化生產(chǎn)。一般步驟如下:將一定粒度的原料和焦炭按設計配比送入熔化爐(沖天爐)熔化成液體,液流通過導液槽流入離心成纖設備中拉長成短纖維。在纖維形成過程中,粘合劑、疏水劑等。噴在纖維表面。這樣,巖棉的每根纖維表面都有粘結(jié)劑和憎水劑,無論怎么切割,板材制品表面都具有憎水性。纖維通過集棉裝置形成棉片。將棉片輸送到擺堆機堆棉,棉片運動堆成一定厚度的堆棉層。當需要巖棉和礦棉的機械強度時,棉層進入折疊機進一步擠壓堆疊,或者縱向折疊進一步增加棉層空之間的交叉捻度。然后進入固化爐固化,固化作用是在一定溫度下固化粘結(jié)劑,使材料成型為具有一定抗壓強度的產(chǎn)品。將連續(xù)養(yǎng)護得到的產(chǎn)品切割切割成一定規(guī)格的板材,最后檢驗包裝,得到最終的巖棉產(chǎn)品。
巖棉VS其他材料
石棉也是一種眾所周知的纖維材料。對普通人來說,“搖滾”和“石頭”聽起來很接近,有很多人把這兩種材料混為一談。這種認知偏差可能會對巖棉行業(yè)造成負面影響,甚至引發(fā)一些社會矛盾。南京萬科“毒墻門”;事件是一個縮影。
那么,巖棉和石棉有什么區(qū)別呢?兩者的本質(zhì)區(qū)別在于,巖棉是無定形的人造纖維,石棉是結(jié)晶的天然礦物纖維。石棉具有一些良好的性能,如耐磨、耐高溫、絕緣等,在一些領域是不可替代的。但由于石棉纖維是結(jié)晶的,纖維尺寸極小,直徑只有頭發(fā)的百分之一,穩(wěn)定性好,可以懸浮在空氣體和水中數(shù)周。石棉已被確認對人體健康有害,被國際癌癥研究中心認定為致癌物,并被禁止用于建筑材料領域。
說到這里,可能有些讀者會認為,既然石棉對人體有害,那么巖棉也是一種礦物纖維。對人體有害嗎?其實這個不用擔心。目前巖棉的單纖維直徑一般在3微米以上,人體很難吸入。世界衛(wèi)生組織對巖棉纖維是否致癌做了大量研究,結(jié)果明確顯示巖棉纖維不致癌。另外,歐洲當局對這個問題研究了幾十年,沒有證據(jù)表明巖棉致癌。國際癌癥研究機構(gòu)專論計劃專家組的結(jié)論是,絕緣玻璃棉、絕緣巖棉、絕緣礦渣棉等常用的玻璃纖維棉不屬于人體致癌物。在國內(nèi)學術界,一些專家對巖棉與人體健康進行了研究,指出在生產(chǎn)車間工作的工人和在辦公區(qū)工作的員工的肺部狀況沒有顯著差異。正是由于上述強大的理論基礎和客觀事實,巖棉在西方發(fā)達國家得到了大力的推廣和應用。
巖棉在環(huán)保節(jié)能領域有著重要的作用,因為巖棉具有優(yōu)異的隔熱性能。導熱系數(shù)是衡量材料隔熱性能的重要參數(shù)。導熱系數(shù)越小,隔熱性能越好。從這個角度來看,巖棉制品的保溫性能是鋼筋混凝土的40倍,是磚混結(jié)構(gòu)的20倍,是水泥砂漿的30倍,是木材的3 ~ 5倍。用一個形象比喻,如果建筑用巖棉板保溫,就像是一棟穿著棉衣的建筑。
但是在所有的保溫材料中,巖棉的保溫性能并不是最好的。比如巖棉的保溫性能可能略遜于聚氨酯泡沫材料。但為什么巖棉在綠色節(jié)能領域如此受推崇?
目前建筑領域使用的有機保溫材料主要有模壓聚苯乙烯泡沫(EPS)、擠塑聚苯乙烯泡沫(XPS)、聚氨酯(PU)、酚醛泡沫(PF)等。它們都是泡沫形式的有機材料,在很多方面都具有優(yōu)異的性能,如重量輕、隔熱性好、隔音性優(yōu)異、有一定的彈性、吸水率低、耐低溫、易加工等。這些材料技術成熟,施工方便,性價比高,是保溫節(jié)能建筑設計施工單位常用的保溫系統(tǒng)。但是這種材料有一個致命的缺點,那就是它的防火性能。眾所周知,有機材料非常易燃。當建筑物遇到火災時,它們不僅不能防火,而且會成為一種燃燒物質(zhì),加速火災的蔓延。而且燃燒時會釋放大量熱量,產(chǎn)生大量有毒煙霧,造成被困人員和救援人員傷亡。雖然有研究表明,這類有機材料可以通過改性的方式來提高其耐火等級,但添加阻燃劑帶來的毒性不容忽視,因此在耐火要求高的高層建筑和公共建筑中不是很好的選擇。
與這些有機保溫材料相比,巖棉作為A類不燃性防火材料,其防火性能尤為可貴。對于一個建筑來說,其防火性能的重要性不言而喻。近年來,幾起重大消防安全事故引起了建材行業(yè)的反思,促使政府對建材行業(yè)進行強制性規(guī)定。在這種環(huán)境下,巖棉優(yōu)異的防火性能成為與其他保溫材料競爭的最大優(yōu)勢。巖棉在中國和歐美都被視為良好的建筑消防安全解決方案,是高層建筑和公共建筑的首選材料,這在EN13500的法規(guī)和歐美的ETAG004標準中都有充分體現(xiàn)。以民族精神最嚴謹?shù)牡聡鵀槔?,對?2米以上的高層建筑,巖棉在德國外墻保溫系統(tǒng)中的市場份額為100%,可見巖棉對高層建筑防火的重要性。同時,由于巖棉接近中性,具有優(yōu)異的化學惰性,不會對與之接觸的管道和墻壁造成腐蝕。另外,巖棉內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松多孔,有大量微通道,是一種“透氣材料”。這種獨特的屬性在保持建筑內(nèi)外濕度平衡和提高人居舒適度方面也起著重要作用。
巖棉產(chǎn)品質(zhì)量
什么樣的巖棉產(chǎn)品才能真正稱得上綠色保溫材料?《綠色建筑材料評價技術導則》規(guī)定了節(jié)能、減排、安全、便捷、循環(huán)利用等指標。雖然沒有專門的評價機構(gòu)來評價巖棉企業(yè)和產(chǎn)品,但巖棉產(chǎn)品的質(zhì)量確實是衡量其是否“綠色”的重要因素。
自20世紀80年代初,中國從瑞典引進了一整套巖棉生產(chǎn)技術,巖棉開始在中國大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。當時主要生產(chǎn)酸度系數(shù)為1.1~1.4的渣棉,主要用于工業(yè)設備和管道的保溫。產(chǎn)品質(zhì)量水平普遍不高,與國外先進水平差距較大。本世紀,隨著人們生活水平的提高,對生活舒適度的追求,以及國家對建筑節(jié)能的要求,巖棉在建筑中得到了應用,主要用于辦公和公共建筑的屋頂保溫、內(nèi)墻保溫、防火門和彩鋼夾芯板。但由于巖棉價格相對較高,建筑商更傾向于使用有機泡沫保溫材料,巖棉沒有得到廣泛推廣應用,產(chǎn)品質(zhì)量也參差不齊。然而,在幾次火災之后,人們意識到了不燃性保溫材料的重要性,我國也出臺了一系列的建筑消防安全法規(guī)和文件,規(guī)定高層建筑和公共建筑使用的保溫材料必須使用A類不燃性材料。在此背景下,南京玻璃纖維研究設計院等單位率先制定了基于歐洲最先進的建筑外墻保溫巖棉標準的國家標準GB/T 25975-2010《建筑外墻保溫巖棉產(chǎn)品》,對我國建筑外墻保溫巖棉產(chǎn)品提出了新的技術要求。要生產(chǎn)符合本標準要求的產(chǎn)品,必須在原材料、生產(chǎn)工藝和設備、工藝參數(shù)控制等方面進行大量投資。比如為了滿足酸度系數(shù)大于1.6的要求,需要改變原配方,增加玄武巖的比例;為了滿足巖棉板抗拉強度的要求,需要在集棉設備上增加一個鐘擺,以改善巖棉板的平面鋪設,形成纖維層交錯的三維板狀產(chǎn)品,大大提高產(chǎn)品的密度均勻性,為了降低吸水率和吸濕率,提高憎水率,需要使用憎水效果強的粘結(jié)劑;為了滿足標準中對纖維直徑和渣球含量的要求,必須升級熔化和纖維成型設備;為了滿足巖棉板尺寸精度的要求,必須采用高精度無塵切割技術。該標準的實施不僅促進了我國建筑外墻保溫用巖棉產(chǎn)品從無到有的發(fā)展,為巖棉在建筑外墻保溫系統(tǒng)中的應用提供了基礎,而且促進了我國巖棉行業(yè)制造技術和設備水平的提高,使我國巖棉產(chǎn)品質(zhì)量邁上了一個新臺階,也促進了巖棉行業(yè)的發(fā)展和巖棉產(chǎn)品的應用。
隨著巖棉質(zhì)量的提高,巖棉在建筑保溫的更多領域得到推廣,有助于改善普通人的生活環(huán)境和舒適度。為了引導巖棉產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展,遏制低水平重復建設和盲目擴大產(chǎn)能,保護生態(tài)環(huán)境,促進節(jié)能減排,提高資源能源利用水平,更好地為建筑安全和建筑節(jié)能服務,工業(yè)和信息化部發(fā)布了《2012年巖棉產(chǎn)業(yè)準入條件》,明確了巖棉產(chǎn)品質(zhì)量要求、巖棉生產(chǎn)企業(yè)技術裝備水平、巖棉生產(chǎn)能耗、環(huán)保和綜合利用要求
巖棉的綠色應用
巖棉作為一種A級防火綠色建筑材料,在國外,尤其是歐洲建筑市場得到了廣泛應用,并形成了成熟的產(chǎn)品標準和體系認證指南。北歐人均消費20公斤以上,美國人均消費5~10公斤。因為防火,巖棉和礦渣棉在美國占70%,在德國巖棉幾乎用于22米以上建筑的外保溫。在我國,巖棉作為建筑保溫材料的利用率近兩年來也迅速提高,尤其是在公共建筑和消防要求高的高層建筑中,其在民用建筑中的利用率也穩(wěn)步提高。據(jù)計算,外墻建筑每使用一噸巖棉保溫產(chǎn)品,一年可節(jié)約標準煤約1.5噸,按巖棉產(chǎn)品25年生命周期計算,共可節(jié)約標準煤約40噸。以每噸巖棉生產(chǎn)400公斤標準煤(3000~4000千瓦時)的能耗為基準,能耗比例約為100倍。這個節(jié)能效果是相當可觀的。
巖棉在建筑中的應用主要包括外墻保溫、防火隔離帶和屋面保溫。
該外墻保溫巖棉板具有抗壓和抗拉強度高、吸水率和吸濕性低、尺寸穩(wěn)定性好、不熱膨脹或收縮、耐老化等優(yōu)點。它可以與外墻系統(tǒng)兼容,為建筑提供有效的隔熱、節(jié)能、防火和極端氣候保護。巖棉不燃燒,不釋放熱量和有毒煙霧。當發(fā)生火災時,它還能有效地阻擋火焰的蔓延,具有優(yōu)異的防火性能。此外,巖棉不腐蝕碳鋼、鋁(合金)、銅等金屬材料和建筑中的各種構(gòu)件。它具有高效吸聲、降噪和彈性消振的物理特性。不吸濕,耐老化,性能長期穩(wěn)定。
巖棉帶可作為防火隔離帶,與燃燒性能達不到A級的保溫材料配合使用,提高建筑物外墻的防火功能。在外保溫系統(tǒng)中使用巖棉作為防火屏障,可以有效防止火焰在系統(tǒng)內(nèi)部蔓延。在火災情況下,防火隔離帶不僅要防止或減緩火源對直接受影響區(qū)域內(nèi)內(nèi)外保溫系統(tǒng)的攻擊,還要防止火焰通過外保溫系統(tǒng)向外蔓延。同時應能保持自身耐火結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定存在,保持系統(tǒng)保護面的基本穩(wěn)定。
高強度防火巖棉板可作為保溫層和承重層,與柔性防水卷材、蒸汽保溫層和系統(tǒng)扣件結(jié)合形成屋面系統(tǒng),一般應用于工業(yè)建筑、機場、商場、體育場、倉儲設施的鋼結(jié)構(gòu)或混凝土平屋面。該系統(tǒng)是一種防火安全、高效節(jié)能、吸音隔音的新型屋面系統(tǒng),在歐美已得到廣泛應用。
當然,巖棉作為一種保溫材料,最早出現(xiàn)在工業(yè)領域。有些車間,只要有傳熱,基本就能看到巖棉。比如在鍋爐上使用巖棉建造輕質(zhì)爐墻,在保溫的同時還可以減輕大型火力發(fā)電鍋爐或快負荷鍋爐的整體重量;此外,由于巖棉板可以彎曲,具有半硬半軟的雙重特性,可以作為大直徑設備管道的保溫材料,施工非常方便。
此外,巖棉的優(yōu)異性能也引起了其他特殊領域的關注,如造船工業(yè)和農(nóng)業(yè)。船舶是一種特殊的運輸方式,尤其是遠洋船舶。一旦發(fā)生災難,救援、補給困難,逃生概率低。為了防止事故,這類行業(yè)特別注重材料的選擇。在國內(nèi)造船業(yè),到上世紀末,各大船廠已經(jīng)基本完成了用復合巖棉板替代硅酸鈣板的進程。
在農(nóng)業(yè)領域,無土栽培技術越來越受到重視。因為巖棉不含化學添加劑,還表現(xiàn)出優(yōu)異的化學惰性、輕質(zhì)、多孔性,對化學施肥沒有影響。此外,由于它的高氣相比和作物根的強疏水性,它是水培系統(tǒng)中的理想基質(zhì)。90年代在國內(nèi)引進使用,效果良好,受到園藝種植者的青睞。
巖棉的綠色生產(chǎn)
目前國內(nèi)現(xiàn)有成熟的礦棉產(chǎn)品生產(chǎn)線單線產(chǎn)能為2 ~ 3萬噸,但現(xiàn)有技術已不能滿足更高產(chǎn)能、更低能耗、更自動化綠色生產(chǎn)的要求。為了改善這種狀況,中國巖棉行業(yè)做了很多努力。如南京玻璃纖維研究所通過自主研發(fā)和部分關鍵部件的引進,實現(xiàn)了年產(chǎn)5萬噸礦棉生產(chǎn)線的設計。這種生產(chǎn)線實現(xiàn)了礦棉的規(guī)?;a(chǎn),同時大大降低了生產(chǎn)能耗;在生產(chǎn)過程中,采用自動化智能物流系統(tǒng),提高生產(chǎn)線的自動化程度。正是通過這種變化,傳統(tǒng)巖棉行業(yè)的粗放型生產(chǎn)方式發(fā)生了改變,進而轉(zhuǎn)向集約化生產(chǎn)管理模式。
節(jié)能減排是實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)。但是從我國礦棉的發(fā)展現(xiàn)狀來看,節(jié)能減排的任務還是很重的。在國家節(jié)能減排的大趨勢下,礦棉生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣、廢水和廢渣(以下簡稱“三廢”)需要進行綜合治理和管理,符合環(huán)境管理部門的檢測和國家相關政策的要求。
一般來說,現(xiàn)代巖棉生產(chǎn)線要想實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的目標,往往需要重點關注以下幾點。一種是回收一氧化碳。眾所周知,一氧化碳是有毒的,會造成溫室效應。但同時一氧化碳本身就是一種燃料,是煤氣的主要成分?,F(xiàn)代生產(chǎn)線往往設置廢氣焚燒裝置,以充分燃燒廢氣中的一氧化碳。同時,為了節(jié)約能源,余熱也應該回收利用。比如換熱系統(tǒng)可以先加熱,也可以加熱自來水,實現(xiàn)工廠生活區(qū)的日常熱水供應,更徹底的達到節(jié)能的目的。第二,廢水的循環(huán)利用。廢水是幾乎所有工業(yè)生產(chǎn)線都要考慮的問題。廢水回收系統(tǒng)或廢水凈化系統(tǒng)是現(xiàn)代生產(chǎn)線所必需的。對于巖棉行業(yè),廢水經(jīng)過濾裝置處理后回用于粘結(jié)劑制備站,可實現(xiàn)生產(chǎn)廢水零排放。三是過濾灰塵。粉塵是懸浮在空氣體中的細顆粒,長期吸入會對工人和附近居民的健康造成很大危害?,F(xiàn)代生產(chǎn)線應配備完善的粉塵過濾系統(tǒng),過濾廢氣中攜帶的粉塵,實現(xiàn)廢氣的達標排放。同時,過濾后的粉塵應回收利用。第四,避免二氧化硫的排放。二氧化硫是酸雨的罪魁禍首,也危害人類的生命健康。現(xiàn)代生產(chǎn)線應配備脫硫系統(tǒng),以去除廢氣中的二氧化硫,實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標。第五,固體廢物的回收。生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢渣和廢棉應通過回用系統(tǒng)回用于礦棉生產(chǎn),實現(xiàn)礦棉生產(chǎn)線固體廢棄物的回收利用,降低生產(chǎn)成本。
目前,以南京玻璃纖維研究所設計的生產(chǎn)線為代表的一系列現(xiàn)代化生產(chǎn)線,通過上述一系列先進的環(huán)境處理技術,真正實現(xiàn)了工廠的清潔生產(chǎn)和環(huán)境友好。
同時,對于企業(yè)本身來說,實現(xiàn)綠色生產(chǎn)不僅符合國家政策和人民意愿,也有利于企業(yè)自身的利潤。生產(chǎn)廢物的亂排不僅損害環(huán)境和人民的利益,即使從企業(yè)自身利益的角度來看,也是一種短視行為。就上述固體廢物回收而言,工業(yè)固體廢物(簡稱工業(yè)固體廢物)是指采礦廢石、選礦尾礦、燃料廢渣、冶煉和化工廢渣等固體廢物。根據(jù)《散裝工業(yè)固體廢物綜合利用“十二五”規(guī)劃》相關統(tǒng)計,散裝工業(yè)固體廢物總堆存量達到270億噸,堆存新增占地40萬畝。工業(yè)固體廢物直接排放到環(huán)境中會造成嚴重的環(huán)境污染,而填埋處理占用大量的土地資源,同時造成資源浪費。
就礦棉產(chǎn)業(yè)而言,世界上少數(shù)發(fā)達國家開發(fā)了新的礦棉生產(chǎn)技術,利用工業(yè)固體廢物代替天然礦石作為生產(chǎn)礦棉的原料,可以將90%以上的固體廢物轉(zhuǎn)化為有價值的廢物。該技術的應用一方面降低了天然礦石的消耗,另一方面可以有效處理工業(yè)固體廢棄物,實現(xiàn)能源的優(yōu)化利用。是一項值得大力推廣的技術。但我國生產(chǎn)礦棉所用的原料仍以天然礦石為主,添加少量工業(yè)廢渣。然而,工業(yè)固體廢物作為原料大規(guī)模應用于礦棉生產(chǎn)技術在我國仍處于起步階段,迫切需要通過自主研發(fā)實現(xiàn)工業(yè)固體廢物回收綜合利用和天然礦石資源保護。如果采用礦棉生產(chǎn)新技術,預計2014年我國礦棉總產(chǎn)能為215萬噸,將增加礦棉產(chǎn)業(yè)收入約8.6億元,具有可觀的經(jīng)濟價值。
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