煤礦廢棄物泡沫隔熱陶瓷應(yīng)用前景

摘要：煤礦的固體廢棄物污染巨大，利用其制備的泡沫隔熱陶瓷具有保溫、隔熱、防火、輕質(zhì)、使用壽命長等獨特優(yōu)點。本文綜述了煤礦廢棄物的危害及綠色建筑發(fā)展對新型保溫隔熱材料的要求，詳盡的討論了泡沫隔熱陶瓷的發(fā)展前景及今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：煤礦廢棄物泡沫隔熱陶瓷應(yīng)用

1煤礦固體廢棄物對環(huán)境的危害

在井巷建設(shè)中，將排出煤矸石、頁巖、建筑垃圾、煤泥等煤礦的固體廢棄物。中國目前共有1600余座矸石山，積存高于45億噸，工業(yè)廢物積存量巨大，土地占用量最多。此外，每年還有1.5～2.0億噸的矸石增加量[]。

1.1對大氣環(huán)境的污染

露天堆放的煤矸石和頁巖產(chǎn)生的粉塵顆粒粉塵中含有如Hg、Cd、Cr、Cu、As、Mn、Zn、Al等多種有害元素。煤炭的固體廢棄物含有炭質(zhì)泥巖、殘煤等可燃物，可能發(fā)生自燃，釋放出如SO2、H2S、CO等有害氣體，產(chǎn)生大量煙塵，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，危害人體健康[]。

1.2對礦區(qū)水資源的污染

煤礦固體廢棄物會對水體造成物理和化學(xué)污染。物理污染是指廢棄物直接進入水體，產(chǎn)生如沉淀、粉塵類的污染；而化學(xué)污染則是指廢棄物中的礦物與空氣或水等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成硫酸鹽或其他產(chǎn)物。這些物質(zhì)會隨水溶液流出，進入地表的循環(huán)系統(tǒng)中。另外，廢棄物中可能含有如鉛、汞等有毒重金屬元素，隨雨水和雪水進入地表或地下水域，造成環(huán)境污染，危害人體健康。

1.3對土體的傷害

大量的重金屬及其他有害物質(zhì)囤積在煤礦固體廢棄物中，一旦擴散到土壤中，令土體的酸堿性不再平衡，造成環(huán)境破壞、大量植物枯死，并很難在短期內(nèi)恢復(fù)。此外，廢棄物中的重金屬元素較多，在土體內(nèi)長期積累將破壞其平衡關(guān)系，降低土體養(yǎng)分，還可能進入食物鏈系統(tǒng)，從而危害人體健康。

1.4對自然景觀的損壞

由于煤矸石和頁巖長期堆放，酸性較高，嚴(yán)重影響了植物的正常生長，因此表面多呈黑灰色或黑褐色。風(fēng)化后，堆積的煤矸石與頁巖產(chǎn)生揚塵現(xiàn)象，附近的建筑物和植被等都蒙上黑塵，空氣變得渾濁，周圍環(huán)境較差。

2 綠色建筑發(fā)展對綠色保溫隔熱材料的需求

資源、能源和環(huán)境問題是當(dāng)今中國所面臨的三大考驗，制約了經(jīng)濟和社會發(fā)展。建筑能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空調(diào)等） 占全社會總能耗的30%，是我國能源消耗中的重要組成部分，其中采暖和空調(diào)能耗占到20%[]。由此可知，建筑節(jié)能具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的作用。

墻體作為圍護結(jié)構(gòu)使用廣泛，將影響建筑節(jié)能的實施。一個國家保溫節(jié)能墻體的發(fā)展客觀上反映了這個國家建筑節(jié)能的情況。近年來，對墻體進行了有效的改革，我國的保溫節(jié)能墻體有了很大的進步，但發(fā)達(dá)國家相比，差距依然存在，需繼續(xù)加強研究。我國的建筑節(jié)能的目標(biāo)為65%，為令該目標(biāo)盡快實現(xiàn)，應(yīng)充分利用工業(yè)廢料，研發(fā)出相應(yīng)的砌塊制品；加大力度研發(fā)新型的綠色復(fù)合墻體材料；提高標(biāo)準(zhǔn)，使節(jié)能保溫墻體材料質(zhì)量更好；督促各行各業(yè)使用新開明保溫節(jié)能墻體材料，確保新墻材能更快地投入到實際應(yīng)用中，相信保溫節(jié)能墻體在中國建筑行業(yè)將有一個廣闊的發(fā)展前景。

通過以上的方法和手段，發(fā)展綠色節(jié)能建筑終能實現(xiàn)，但無論采取哪種形式，最重要就是使用和研發(fā)綠色保溫隔熱材料。全球都在采取有力措施發(fā)展保溫材料，主要生產(chǎn)國生產(chǎn)的材料年增長率在10%左右。生產(chǎn)和使用越多的保溫材料，節(jié)約的能源也就越多。因此，保溫材料的生產(chǎn)即是能源的生產(chǎn)，保溫材料的發(fā)展即為能源的發(fā)展。而與能源的生產(chǎn)和發(fā)展相比，保溫材料的生產(chǎn)和發(fā)展的投資較小、建設(shè)時間較短，并且擁有更多的資源和更快的見效[]。

3應(yīng)用前景

以煤礦固體廢棄物（煤矸石、頁巖等）為主要原料，加入一定量的熔劑、成孔劑制備泡沫隔熱陶瓷，這種新型綠色節(jié)能建筑材料可以為建筑物構(gòu)筑有效的熱屏障，不僅自身熱阻大，導(dǎo)熱系數(shù)低，降低被覆表面和內(nèi)部空間溫度，并且可以最大限度的節(jié)約能源和減少資源消耗[]。這不僅可以解決傳統(tǒng)上工業(yè)固體廢棄物的污染難題，為其資源化利用開辟了一條新的途徑，還能使普通陶瓷功能化，對保護環(huán)境、促進循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的意義。

3.1作為墻體材料的應(yīng)用

泡沫隔熱陶瓷導(dǎo)熱系數(shù)低，具有大量的閉口小氣孔，這些氣孔降低了材料的放熱效率，減少了空氣的對流，熱傳導(dǎo)性較低，在墻體隔熱保溫和節(jié)能上有優(yōu)異的效果。表觀密度小，約為0.3～0.9g/cm3，屬于輕質(zhì)材料，減小墻體重量，應(yīng)用上更加簡便。吸水率低，可用于防水保溫材料，避免由于吸收水分影響保溫性能；絕緣性能良好，熱阻性大，在外墻防火材料中可推廣使用；閉口孔隙率大，可用作隔聲材料，居住環(huán)境優(yōu)雅；制品的原料來源豐富，利用煤礦廢棄物制成，是一種綠色生態(tài)建筑材料。

3.2 作為復(fù)合型材料的應(yīng)用

泡沫隔熱陶瓷這種新型綠色節(jié)能建筑材料有分布均勻的閉口小氣孔，氣孔率能達(dá)到40%～90%，氣孔分布均勻，孔徑可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。生產(chǎn)成本低、具有良好的保溫隔熱性能，在輕質(zhì)幕墻、板材中可使用，另外，表面裝飾如外墻裝飾保溫材料若使用該材料，可起到保溫隔熱、減輕結(jié)構(gòu)自重的效果。

3.3作為工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用

泡沫隔熱陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，具有耐化學(xué)腐蝕性、耐酸性、耐堿性等特點，在惡劣環(huán)境下仍能使用。此外，泡沫隔熱陶瓷還耐老化，具有不燃性、防火性等特點。這些性能使其能應(yīng)用在開氣孔泡沫陶瓷無法應(yīng)用的領(lǐng)域，比如建筑外墻、屋面的外保溫系統(tǒng)、防火隔離，工業(yè)廠房和熱工設(shè)備的保溫隔熱等方面。

4 結(jié)論

泡沫隔熱陶瓷作為一種新型的綠色環(huán)保節(jié)能建筑材料，與傳統(tǒng)的有機保溫材料相比，具有保溫、隔熱、防火、輕質(zhì)、使用壽命長等獨特優(yōu)點。利用煤礦廢棄物煤矸石、頁巖等制備的泡沫隔熱陶瓷，可以高效利用資源，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、降低成本等目的，對于促進我國建筑材料工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)綠色節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展，具有深遠(yuǎn)的社會意義和經(jīng)濟價值。

參考文獻(xiàn)

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