《关于加快和推进我国菱镁产业健康稳定和可持续发展的指导意见》课题研究报告4
《关于加快和推进我国菱镁产业健康稳定和可持续发展的指导意见》课题研究报告4
第五篇 菱镁产品节能、节材、节地，低碳经济和绿色环保性能的研究
【摘 要】本篇就菱镁材料在能耗、环保、节材代木、节约土地、防火、碳排放等方面与传统材料做了分析比较，用以说明菱镁材料不仅在资源综合利用方面具有其特有的优势，而且在我国低碳、节能环保等经济建设当中同样具备很好的发展前景。
【关键词】节能节材低碳环保性能研究
章 菱镁产品与传统材料的能耗比较
菱镁材料是无机胶凝材料当中继水泥、石膏、石灰、硅酸钠(水玻璃)之后的又一重要成员。菱镁产品的能耗涵盖有轻烧氧化镁原料的生产能耗和菱镁产品(如防火板、菱镁墙体板、包装箱、工艺品等)的生产能耗。水泥制品和石膏制品同样包含有水泥与石膏原料的制备能耗及它们的产品生产能耗。
一、水泥能耗分析
水泥是在1400℃～1450℃下完成碳酸钙和粘土质原料煅烧形成硅酸二钙、硅酸三钙和铁铝酸四钙的反应，每公斤水泥熟料消耗3500～3762千焦耳热能(3500～3762kj／kg)。水泥制品由于水化热较低(300～350j／g・水泥)，自然养护时间较长，通常要蒸汽加热养护，每千克水泥形成的水泥制品约需3.0～3.5kJ／kg能耗，因此每吨硅酸盐水泥(不掺混合材料)形成的水泥制品所消耗的热能为123.91kg(每千克水泥熟料热耗取值3631kj)，每吨水泥制品生产煤耗(标准煤)11kg，因此水泥制品的总生产能耗为：123.91+11=134.91kg(标准煤)／吨。
二、石膏产品能耗分析
石膏的煅烧形成反应方程式为：
CaSO4・2H2O(煅烧)→CaSO4・1／2H2O+3／2H2O
石膏煅烧温度为：150℃～170℃
煅烧石膏的热耗：1758.1 kj／kg(国产线)、1339.5kj／kg(引进生产线)
每吨石膏煅烧煤耗(标准煤)60kg／吨(国产线)、45.71kg／吨(引进生产线)
每吨石膏产品的干燥热耗45.32kkg<标准煤>*，则每吨石膏形成石膏制品的煤耗为：60(煅烧煤耗)+45.32(干燥煤耗)=105.32kg。
水泥、石膏、菱镁水泥(MgO)的形成与能耗分析见表5-1。
三、轻烧氧化镁能耗分析
轻烧氧化镁是由菱镁石MgCO3煅烧形成的，其反应式为：
MgCO3(煅烧)一MgO+CO2↑
其煅烧温度800℃(完成转化反应)；单位热耗：1557.99kj／kg～2100kj／kg；煤耗(标煤)在64kg／吨(理论数据)～71kg／吨之间。
菱镁制品的生产热能耗为零消耗。因为菱镁的水化热925j／g・MgO是水泥水化热的3倍以上，且反应是放热反应，为保证产品质量，甚至还应控制反应热。
菱镁制品的生产能耗主要表现在菱镁制品的干燥蒸发水分的热耗，通常完成硬化反应的菱镁制品的含水率在11％，基本无需干燥能耗。
四、能耗和碳排放比较
1．菱镁材料与水泥能耗和碳排放的比较
每吨水泥熟料耗煤123.91kg(标煤)，每吨水泥制品生产热能耗为11kg，总能耗为134.91kg(标煤)；菱镁材料每吨生产耗煤71kg(标煤)，制品生成自行放热，无需热养护，总能耗71kg；
菱镁原材料的生成相对水泥节能42.70％；
菱镁制品的生成相对水泥制品节能47％；
每吨水泥制品的生成排放CO2为358.86kg，每吨菱镁制品的生成排放CO2为188.86kg(指生成原料、煅烧煤、排放CO2)，比水泥减排47.38％的CO2生成量。
2．菱镁材料与石膏的能耗和碳排放比较
石膏每吨原料生成耗煤(标煤)60kg，菱镁吨原料耗煤71kg(标煤)，高出石膏15.5％；石膏制品生产总能耗105.32kg高出菱镁制品总能耗(71kg)32.59％。
生成吨石膏制品总CO2排放量为280.15kg；生成吨菱镁制品CO2排放量188.86kg；菱镁制品吨产量比石膏制品吨产量减排CO2量32.5％。
结论：菱镁材料相对石膏和水泥而言是节能减排的建筑材料。但是国内当今菱镁行业的MgO烧成工艺相对落后，改进煅烧工艺，提高节能功效仍有相当潜力。
第二章 关于菱镁材料节代木材的评估分析
我国是森林资源较为贫乏的，森林覆盖率占平均水平的3／5，人均森林面积不到平均水平的1／4，我国每年消耗木材量达3亿多立方米，进口量1亿多立方米，十二五期间，提出每年节代木材4000～5000万立方米的发展目标。
由于菱镁材料具有极好的物理力学性能，抗折强度可高达64MPa(JC／T646―2006)，软化系数0.85，吸水率13％(CEC95技术规程)，干缩率0.6％(JC／T646―2006)，以及良好的加工性能(可钉、可锯)和突出的防火性能(耐火极限1.5h)，因此菱镁材料是理想的节木、代木材料。其中菱镁门窗、包装箱、建筑模板、装饰板、园林建筑制品是节木代木的主导产品。
一、菱镁防火板节木代木评估
我国菱镁板(也称玻镁板、防火板、无机不燃复合板)年产总量为6亿平方米左右，其中30％销往国外，70％用于国内的装饰、装修建筑中，若内销产量4.2亿平方米全部用于代木建筑制品(按厚度9mm计)：则菱镁产品体积为4.2亿m2×0.009m=378万m3，相当于原木材量(按出材率65％)378万m3÷0.65=581.54万m3。“十二五”期间菱镁防火板每年按7％产量增长，则可节代木材量约为3568.38万M3。菱镁产品代替部分木材制品数量与市场实际需求占有量测算表见表5-2：
由表5-2可以看出，目前菱镁防火板产量与市场需求之间存在着较大差距，发展空间巨大。
二、菱镁墙体材料节约土地评估分析
由菱镁材料构成的墙体材料属不燃材料，按GB8624―2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》检验，不燃性试验△T为2℃，Am为209名，燃烧值PCS为0.1MJ／kg，达到A1级。按GB／T20285―2006《材料产烟毒害性分级》达到安全及<AQ>级，耐火极限1.5h，在当今防火保温材料中是高于石膏、水泥、硅酸钙的好材料。
用菱镁材料做成的墙体其蓄热系数为2.20w／m・k，是极好的反抗温度变化的材料。由它构成的墙体抗压、抗拉强度比水泥制品高出1～2倍，高出1～5倍的抗冲击性能以及低于5～10倍的抗渗透性能，是很理想的墙体材料。
菱镁墙体形式有二种：一是轻质隔墙条板，另一种是由轻钢龙骨做支撑体，用10～12mm厚度的菱镁板复合形成墙体，这两种形式都属于用在不承重的框架建筑体系。
菱镁墙体材料具有轻质(40～60kg／m2)、高强，是粘土砖墙重的1／3～1／4(按平方米墙重计)对减轻建筑的基础处理和扩大室内5～10％的使用面积都很有益处。而且可以大大提高施工速度，促进了建筑的预制化、装配化、机械化施工和作业。
我国目前年产菱镁墙体材料约8000万平方米，则该类产品节地、节能、低碳分析数据如表5-3。
三、菱镁材料的低碳经济，绿色环保性能的评估分析
由轻烧氧化镁、氯化镁、水和外加剂四元体系在常温下(>10℃)完成水化聚合反应形成的菱镁材料制品是低碳经济、绿色环保的建筑防火、保温材料和装饰、装修材料。
1．菱镁材料组成的环保性分析
菱镁产品的主导材料氧化镁是不含放射性核素的材料，氯化镁是制盐的副产物，可用作食品、豆腐的凝固剂，外加剂均是不具毒害污染的磷酸盐及碱和碱土金属盐。组成中不含有机VOC散发污染物，不含石棉及甲醛物。特别是形成制品的组成中能综合利用工业固体废弃物(粉煤铁、矿渣、硅灰、石粉、碎瓷、建筑垃圾等)、农业加工剩余物(麦秸、稻草、棉杆等)和木材加工剩余物(锯屑、木刨花等)，对资源综合利用具有积极贡献。
初步估计行业内的菱镁产品每年能消纳粉煤灰或其它工业废渣、石粉、建筑垃圾等约235.29万吨，农业剩余物(秸秆材料)约133.45万吨。
2．菱镁产品的低碳经济和环保性分析
由于菱镁材料在常温下水化聚合有较高的水化热(925J／g・MgO)，反应是放热反应，高反应温度可达140℃。在某种程度上为了防止热膨应力还需散热降温，因此菱镁制品的生产是无需采用热工手段进行烧结和蒸养就能生产，具有低碳节能性。
菱镁制品是严格控制用水量的。因为过量的水会造成制品延缓凝结时间，降低强度、泛霜现象。每吨菱镁制品大用水量约0.36吨，因此具有节水性，而且产品的终含水率约在11％左右，不像石膏产品要消耗较大的热能，进行制品干燥。
菱镁产品生产不排放废水、废气，产品的整形裁边废弃物可以经粉碎后重新作为填充料加以利用。整个生产过程是零排放，无挥发性气体产生。在使用过程中不存在甲醛和有机VOC的散发，是绿色环保的生产过程。
我国的菱镁产品30％产量是销往欧美及东南亚，诸如：西班牙、比利时、英国、法国、德国、丹麦、意大利、俄罗斯以及美国、加拿大、日本、韩国等。这些和地区都有严格的环保检验。例如进入欧洲市场的产品必须经SGS检测机构检验确定后才能使用。经SGS检测我国的菱镁产品不含甲醛、石棉、甲苯、二甲苯、氰化物、SO3、SO2、放射性核素等数十项污染物的存在。
3．菱镁材料的防火性能分析
我国公安部四川消防检验测试中心和天津消防测试中心对菱镁板、菱镁墙板和菱镁泡沫保温材料，按GB8624―2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》检验，不燃烧检验△T为2℃，Am为20％，燃烧值PCS为0.1MJ／kg，达到A1级(不燃材料)，按GB／T 9978《建筑构件耐火试验方法》检验耐火极限1.5h。
特别是按GB／T20285―2006((材料产烟毒害危险分级》检验，菱镁制品的燃烧烟气浓度为100mg／小时，生物麻醉性和刺激性检验达到安全级(AQ)级，不产生有毒烟气。在上海、沈阳、南通等地的几场火灾中，主要是因为建筑材料的烟气毒性而造成人亡损失，因此菱镁产品的使用安全性和环保性是完全可以肯定的。
4．菱镁材料的保温性能分析
菱镁产品的蓄热系数S24=2.20W／m・k，优于木材的蓄热系数S24=4.9W／m・k，有极好的反抗温度变化的性能，用菱镁材料做居室材料有舒适感。
菱镁保温材料的密度在300±20kg／m3，导热系数在0.08～0.06W／m・k，有较好的保温、隔热性能。因此，菱镁产品是现阶段好的既具有保温、隔热性又具有防火性能的材料。
5．菱镁材料的其它功能
菱镁产品在建筑中使用具有施工快捷(菱镁墙板可达21m2～25m2／人・日)。在建设中使用均是干作业，有利于文明施工和减轻劳动强度，保护工作人员身心健康。
作为菱镁产品的建筑板材，相对于砖、瓦、砌块而言，单位体积小，重量轻，大幅度的减少了社会的物流运力，对减少运输燃料消耗，促进低碳经济运营有积极的作用。
我国是菱镁资源丰富的，储量约有36亿吨，约占的30％；的储量，而菱镁制品的主要原料之一：轻烧氧化镁，又是制造高纯度镁的副您物或者说是低品位原料。另一主要原料氯化镁是盐化工业的副产品。因此，合理、有效的发展菱镁产业是利国、利民的千秋大业。
