工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳技術(shù)應(yīng)用案例1 硅基固廢輕質(zhì)微晶石項(xiàng)目

案例1硅基固廢輕質(zhì)微晶石項(xiàng)目主要完成單位：洛陽(yáng)北玻輕晶石新材料有限公司主要完成人員：高學(xué)明、蔣維、馮明松、張海雷、羅會(huì)成、葉輝、何驕龍硅基固廢作為大宗固廢中的主要固廢來(lái)源，長(zhǎng)期以來(lái)，其資源化利用總體呈現(xiàn)出利用率低、附加值低以及二次生產(chǎn)污染的現(xiàn)象。但是，硅基固廢的元素構(gòu)成對(duì)于制備輕質(zhì)微晶石（以下簡(jiǎn)稱“輕晶石”）而言非常契合，根據(jù)工藝的不同，硅基固廢的綜合利用率甚至能夠達(dá)到40%～90%。一、項(xiàng)目背景輕晶石因其獨(dú)特的“蜂巢+面板”結(jié)構(gòu)構(gòu)造和表現(xiàn)出的材料特性，使其在建筑墻體和裝配式建筑領(lǐng)域都具有極佳的發(fā)展?jié)摿η耶a(chǎn)品附加值極大，單質(zhì)多功能的材料特性使得裝配式建筑墻體得以輕松實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，不僅改變了傳統(tǒng)的墻體建造方式，并且其本身生產(chǎn)過(guò)程中采用純電加熱，無(wú)燃燒廢氣產(chǎn)生，綜合能耗降低60%以上，加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)渣水分離過(guò)濾后，水再次循環(huán)利用，分離出的廢渣和加工產(chǎn)生的邊角余料均可100%回收利用，基本無(wú)“廢氣、廢渣和廢水”產(chǎn)生，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程亦是一種全新的綠色化生產(chǎn)過(guò)程。因此，以硅基固廢來(lái)制備輕晶石，不僅能有效地實(shí)現(xiàn)大宗固廢的高附加值利用，同時(shí)其產(chǎn)品本身對(duì)于“節(jié)能降碳”、裝配式建筑和建筑工業(yè)化等諸多發(fā)展亦有極大的促進(jìn)作用。圖SEQ圖\*ARABIC33傳統(tǒng)墻體構(gòu)造與輕晶石材料結(jié)構(gòu)對(duì)比洛陽(yáng)北玻輕晶石新材料有限公司開(kāi)展硅基固廢輕質(zhì)微晶石項(xiàng)目，以對(duì)大宗固體廢棄物的綜合利用為原則，利用汝陽(yáng)當(dāng)?shù)貓@區(qū)內(nèi)的拋光廢料、廢陶瓷粉、玻璃廠的廢玻璃粉、石英尾砂、頁(yè)巖、粉煤灰、花崗巖石粉等各類工業(yè)固體廢棄物為主原料，采用自主創(chuàng)新研發(fā)的“裝飾一體化功能梯度材料一次成型”綠色化工藝技術(shù)，一次作業(yè)完成墻體所需的不同功能層構(gòu)造，配套三層電加熱晶化爐，采用干法制粉、干法布料、高溫晶化發(fā)泡的生產(chǎn)工藝模式實(shí)現(xiàn)輕晶石的生產(chǎn)，是一種集陶瓷燒制、玻璃熔煉、石材切磨、微粉調(diào)配、高溫發(fā)泡、晶化等多學(xué)科、多工藝的跨界技術(shù)產(chǎn)品。圖SEQ圖\*ARABIC34硅基固廢制備輕晶石工藝路線二、創(chuàng)新點(diǎn)及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)1：產(chǎn)出特性顯著的輕晶石傳統(tǒng)的硅基固廢利用工藝的產(chǎn)物更多地集中在水泥、玻璃、陶瓷等建筑材料或基礎(chǔ)工業(yè)原料方面，技術(shù)附加值較低，且通常會(huì)涉及到燒結(jié)、熔融等工藝，預(yù)計(jì)產(chǎn)生一定的污染物排放。針對(duì)上述問(wèn)題，項(xiàng)目研究以硅基固廢為主原料，經(jīng)高溫一體燒結(jié)形成“輕晶石”這一新型建筑墻體材料。具體而言，輕晶石面層是微晶石，面層以下為蜂巢狀，具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫降噪、防火阻燃、飾材一體、穩(wěn)定耐候、綠色環(huán)保等顯著特性。圖SEQ圖\*ARABIC35輕晶石與玻璃幕墻傳熱系數(shù)對(duì)比其中，輕質(zhì)高強(qiáng)指輕晶石具備建筑外墻的輕質(zhì)、高強(qiáng)兩大重要特性，其比重0.4t/m3，可常年浮在水上，但同時(shí)源于微晶石、強(qiáng)度類同石頭。保溫降噪是由于輕晶石面層以下是高溫熔融發(fā)泡的蜂巢狀發(fā)泡層，發(fā)泡體的閉孔率高達(dá)75%以上，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.076～0.15W/m·k，保溫效果優(yōu)于三玻兩腔的Low—E中空玻璃。防火阻燃是指產(chǎn)出輕晶石具備A1級(jí)燃燒性能，燃燒蝕度（質(zhì)量損失率）為國(guó)標(biāo)50倍。飾材一體是由于輕晶石表面為一體化燒熔成型的蜂巢結(jié)構(gòu)基體，具備現(xiàn)代墻體所需的所有主要功能。穩(wěn)定耐候是由于輕晶石以60%～70%的硅為主體元素，合理搭配鋁、鈣、硼等其它改善機(jī)能的無(wú)機(jī)元素，提高抗腐蝕度、耐酸堿性。綠色環(huán)保是由于產(chǎn)品原料本身為硅基固廢、可100%回收，并且其照射指數(shù)不到國(guó)標(biāo)限值的1/4，較之常規(guī)建材更加環(huán)保。表SEQ表\*ARABIC12輕晶石及輕晶石墻體檢測(cè)結(jié)果序號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目分項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果單位標(biāo)準(zhǔn)要求1強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度4.6Mpa-劈裂抗拉強(qiáng)度3.97Mpa-2吸水率吸水率(浸泡3h)3.6%-3隔音吸聲計(jì)權(quán)隔聲量40dB-降噪系數(shù)0.1--4燃燒性能性能等級(jí)A1(最高)--爐內(nèi)溫升

(℃)9℃≤30持續(xù)燃燒時(shí)間

(s)0s0質(zhì)量損失率

(%)1%≤50.0熱值

(MJ/kg)0.3MJ/kg≤2.05耐酸度99.15%-6抗凍性無(wú)裂紋或剝落-經(jīng)100次循環(huán)應(yīng)無(wú)裂紋或剝落7抗熱震性能(浸沒(méi)試驗(yàn))無(wú)可見(jiàn)缺陷-經(jīng)10次循環(huán)后無(wú)可見(jiàn)缺陷8導(dǎo)熱系數(shù)0.0756～0.15w/(m·k)-9傳熱系數(shù)(內(nèi)保溫墻體構(gòu)造)0.33w/(㎡·k)-10裝修材料放射性限量A內(nèi)照射指數(shù)IRa0.2-外照射指數(shù)Iγ0.2-11抗拉承載力背栓拉拔7.17KN12耐污性(B法，熱老化)污染寬度0mm污染深度0mm13氣密性GB/T

21086-2007

單元幕墻4級(jí)14水密性GB/T

21086-2007

單元幕墻5(△p=2000pa)級(jí)15抗風(fēng)壓GB/T

21086-2007

單元幕墻9(5.0kpa)級(jí)16耐火極限防火墻構(gòu)造≥3h創(chuàng)新點(diǎn)2：研發(fā)純電熱多層輥道式晶化生產(chǎn)線配套設(shè)備由于輕質(zhì)微晶石屬于創(chuàng)新材料，相關(guān)生產(chǎn)線及其配套設(shè)備較為缺乏。為實(shí)現(xiàn)輕晶石的高效、低耗利用，項(xiàng)目根據(jù)輕晶石燒成工藝專門研發(fā)輕質(zhì)微晶石新型智能生產(chǎn)線，采用了熱效率更高的電加熱與三層輥道布置方案，解決了燃?xì)馊紵龔U氣排放問(wèn)題，熱利用率90%以上，溫控精度不超過(guò)2℃，同比能耗降低30%。同時(shí)，三層同腔結(jié)構(gòu)布置讓產(chǎn)線占地面積更小，單位產(chǎn)能更高，產(chǎn)線組合配置更加靈活。圖SEQ圖\*ARABIC36純電熱多層輥道式晶化生產(chǎn)線在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)材料100%回收再造技術(shù)，通過(guò)調(diào)整配方和燒成曲線，能夠?qū)⑤p質(zhì)微晶石的廢品、廢渣、廢料等回收后再次用以生產(chǎn)同等品質(zhì)的輕質(zhì)微晶石板材。才外，采用全電工藝，廢水廢渣回收再利用，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)廢氣、廢水、廢渣的排放，高效節(jié)能、綠色環(huán)保，能耗、碳排放有效降低。此外，案例項(xiàng)目工藝過(guò)程中的廢水經(jīng)沉淀池凈化后可循環(huán)利用，廢料廢渣均可回收用作原料，電加熱過(guò)程無(wú)煙氣產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了無(wú)“廢水、廢渣、廢氣”排放的綠色化生產(chǎn)模式。表SEQ表\*ARABIC13不同能源的晶化燒成能耗成本對(duì)比項(xiàng)目燃?xì)饧訜崴笫礁G燃?xì)饧訜彷伒罓t電加熱輥道爐熱源天然氣/燒嘴天然氣/燒嘴電力/硅碳棒、爐絲熱源控制附屬設(shè)備燃?xì)夤艿?控制閥/儀表/熱電偶燃?xì)夤艿?控制閥/儀表/熱電偶電源控制柜/熱電偶受熱方式對(duì)流+輻射對(duì)流+輻射輻射污染物NOx等NOx等無(wú)煙氣處理需要需要不需要產(chǎn)品加熱能耗(含窯具)單位

能耗0.12

m3/kg0.104

m3/kg0.38kWh/kg單位

熱耗1008

kCal/kg873.3

kCal/kg327

kCal/kg折算能耗成本0.360.3120.266備注：能耗計(jì)算以輕質(zhì)微晶石為例，發(fā)泡體密度400kg/m3左右，毛板厚度110～120mm，飾面層

5mm。能耗成本以能源價(jià)格天然氣3元/m3，電價(jià)0.7元/kWh為測(cè)算基準(zhǔn)。表SEQ表\*ARABIC14輕質(zhì)微晶石電&氣能耗及CO2排放對(duì)比節(jié)選數(shù)據(jù)單位用

電(三層全電熱晶化爐)用氣(梭式窯)

0.12m3/kg用氣(輥道窯)

0.104m3/kg2021/5/10至2021/6/112020/9/15至2020/12/11以2020年產(chǎn)量為參考天數(shù)天3287天87天87晶化產(chǎn)能㎡總數(shù)15295總數(shù)42983㎡42983㎡42983㎡平均478平均494㎡494㎡494晶化用電(純燒成)kw·h總數(shù)813615總數(shù)2173021晶化總用氣

m3745048晶化總用氣

m3646329kw·h平均25425平均24977晶化平均用氣

m3/d8564晶化平均用氣

m3/d7429單位能耗kw·h/㎡晶化燒成53晶化燒成50.6晶化燒成

m3/㎡17晶化燒成

m3/㎡15折標(biāo)系數(shù)kgce/kw·h0.12290.12291.331.33折標(biāo)能耗kgce/㎡晶化燒成6.54晶化燒成6.21晶化燒成23.05晶化燒成20.00CO2排放/碳系數(shù)0.680.680.680.68/CO2排放系數(shù)3.673.673.673.67kg/㎡CO2排放量16.3015.4957.4849.86三、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與推廣價(jià)值硅基固廢輕質(zhì)微晶石項(xiàng)目以固廢綜合利用為導(dǎo)向，以節(jié)能降耗綠色低碳為生產(chǎn)模式，以建筑工業(yè)化為終端市場(chǎng)，充分利用工藝技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)硅基固廢的資源化綜合利用，助力建材行業(yè)電能裝備的應(yīng)用，促進(jìn)傳統(tǒng)建材產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，以新型綜合性能墻材為突破，促進(jìn)裝配式建筑發(fā)展與建筑工業(yè)化實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目主要原料來(lái)自廢玻璃粉、石英尾砂、頁(yè)巖、粉煤灰、花崗巖石粉等，固廢綜合利用率80%以上，綜合利用量總計(jì)49529噸/年（石英砂尾礦8608噸/年，廢陶瓷粉37923噸/年，廢玻璃2998噸/年），項(xiàng)目生產(chǎn)過(guò)程無(wú)廢水、廢氣產(chǎn)生，產(chǎn)品尾料可100%回收利用，無(wú)害化處置率可達(dá)100%。同時(shí)，項(xiàng)目同樣具有較高的環(huán)境效益。輕質(zhì)微晶石工藝采用全電多層+內(nèi)循環(huán)風(fēng)冷退火系統(tǒng)，產(chǎn)品單位生產(chǎn)能耗≤6kgce/m2，CO2排放量降低至14.7kgc