煤礦廢棄物泡沫隔熱陶瓷應用前景

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、使用壽命長等獨特優點。本文綜述了煤礦廢棄物的危害及綠色建筑發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展前景及今后的發展方向。

關鍵詞：煤礦廢棄物泡沫隔熱陶瓷應用

1、煤礦固體廢棄物對環境的危害

在井巷建設中，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對大氣環境的污染

露天堆放的煤矸石和頁巖產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泥巖、殘煤等可燃物，可能發生自燃，釋放出如SO2、H2S、CO等有害氣體，產生大量煙塵，嚴重污染生態環境，危害人體健康[]。

1.2對礦區水資源的污染

煤礦固體廢棄物會對水體造成物理和化學污染。物理污染是指廢棄物直接進入水體，產生如沉淀、粉塵類的污染；而化學污染則是指廢棄物中的礦物與空氣或水等產生化學反應，形成硫酸鹽或其他產物。這些物質會隨水溶液流出，進入地表的循環系統中。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，造成環境破壞、大量植物枯死，并很難在短期內恢復。此外，廢棄物中的重金屬元素較多，在土體內長期積累將破壞其平衡關系，降低土體養分，還可能進入食物鏈系統，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。風化后，堆積的煤矸石與頁巖產生揚塵現象，附近的建筑物和植被等都蒙上黑塵，空氣變得渾濁，周圍環境較差。

2、綠色建筑發展對綠色保溫隔熱材料的需求

資源、能源和環境問題是當今中國所面臨的三大考驗，制約了經濟和社會發展。建筑能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空調等)占全社會總能耗的30%，是我國能源消耗中的重要組成部分，其中采暖和空調能耗占到20%[]。由此可知，建筑節能具有巨大的發展潛力，對實現可持續發展具有非常重要的作用。

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

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

3、應用前景

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，這種新型綠色節能建筑材料可以為建筑物構筑有效的熱屏障，不僅自身熱阻大，導熱系數低，降低被覆表面和內部空間溫度，并且可以最大限度的節約能源和減少資源消耗[]。這不僅可以解決傳統上工業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，對保護環境、促進循環經濟的發展有著重要的意義。

3.1作為墻體材料的應用

泡沫隔熱陶瓷導熱系數低，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，熱傳導性較低，在墻體隔熱保溫和節能上有優異的效果。表觀密度小，約為.3~0.9g/cm3，屬于輕質材料，減小墻體重量，應用上更加簡便。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，居住環境優雅；制品的原料來源豐富，利用煤礦廢棄物制成，是一種綠色生態建筑材料。

3.2作為復合型材料的應用

泡沫隔熱陶瓷這種新型綠色節能建筑材料有分布均勻的閉口小氣孔，氣孔率能達到40%~90%，氣孔分布均勻，孔徑可根據需要進行調節。生產成本低、具有良好的保溫隔熱性能，在輕質幕墻、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、減輕結構自重的效果。

3.3作為工業環境的應用

泡沫隔熱陶瓷化學穩定性優良，具有耐化學腐蝕性、耐酸性、耐堿性等特點，在惡劣環境下仍能使用。此外，泡沫隔熱陶瓷還耐老化，具有不燃性、防火性等特點。這些性能使其能應用在開氣孔泡沫陶瓷無法應用的領域，比如建筑外墻、屋面的外保溫系統、防火隔離，工業廠房和熱工設備的保溫隔熱等方面。

4、結論

泡沫隔熱陶瓷作為一種新型的綠色環保節能建筑材料，與傳統的有機保溫材料相比，具有保溫、隔熱、防火、輕質、使用壽命長等獨特優點。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，達到節能環保、降低成本等目的，對于促進我國建筑材料工業生產實現綠色節能和可持續發展，具有深遠的社會意義和經濟價值。

參考文獻

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