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助推低碳经济的石膏产业
发布时间:2018.09.08 13:26  浏览次数:  作者:yobo体育全站app下载

文章来源:助推低碳经济的石膏产业 冯菊莲陈红霞 北新集团建材股份有限公司技术中心,北京,100096

 

前言

在当今世界如何实现能源与环境的可持续发展已成为热门话题。各国都在制定今后20年的经济发展规划,选择可持续发展的机遇和方案。中国作为最大的发展中国家,随着经济增长和城市化的进程,能源的需求逐年增长、温室气体的排放不断地增多、水和耕地等各种资源越来越恶化,更迫切需要寻找可持续发展的方向和具体措施。有关专家根据中国以往工业化发展速度和城市化进程,并考虑到中国政府在能源节约和温室气体排放的目标,提出了与中国国情相适宜的可持续发展的涵盖内容:加强能源安全;减少温室气体(GHG)排放;遏制环境污染;保护陆地生态系统。这四项内容的实现最终还是为了推动国家经济快速发展,改善人们的生活质量,并与大自然更和谐。

石膏产业在建材行业内虽是个较小的分支,但它与人们的生活息息相关。它显著的绿色建材特征,将会给未来的绿色建筑带来福音,能极大地推动建筑业走向绿色革命之路。下面就石膏的绿色特征、节能减排以及可持续发展的机遇和条件作简单论述。 


中国的能效水平及温室气体排放现状和目标

在讲石膏行业可持续发展之前,先给大家提供一些有关专家测算的数据,仅供参考。

1.1中国与各国排放比较

中国人口占世界总人口的1/5,其能耗及温室气体排放量已取代美国成为世界第一。如图1和图2所示。 

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1.2 2005年和2030年中国各行业的基准情景排放量

表1所示的是2005年和2030年中国各大行业的基准情景排放量的情况。从表1的测算可知,随着中国经济的发展,到2030年中国温室气体排放量总体将达到150亿吨CO2e。(未进行技术改进的情况)


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1.3采用挖潜技术后的排放量——2030年

图3所示的是科技进步后各行业2030年的排放量情况预测。从图3可知,若中国各行业加大科研力度,挖掘最大技术潜力之后,不仅能改善中国能源的安全形势(利用清洁能源和加大节能减排),同时可以将能预测的2030年温室气体排放量控制在80亿吨CO2e,比基准情景(表1)减少了近一半。


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1.4基准情景、技术冻结情景和减排情景的定义


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图4所示的是基准情景、技术冻结情景和减排情景的定义。此图为估算各种减排技术在减少温室气体排放方面的潜力和成本而假设的三种情景(2005年-2030年);技术冻结即假设在2005-2030年不采取任何新的温室减排技术。从上图2030年温室气体排放数字可揭示出采取各项技术和举措的巨大成效。 


石膏 —— 一种可持续发展的建筑材料

2.1石膏产业是推动实现“绿色建筑”发展的排头兵

根据专家分析,改善中国可持续发展机遇的领域包括建筑和家电使用、道路运输、高排放工业、电力和农林五大经济部门。它们的减排总潜能可达67亿吨CO2e。其中建筑和家电使用约为11亿吨CO2e,占总潜能的16.4%,列第三位。由此可见,“建筑节能”和“绿色建筑”在国家可持续发展中的地位和重要性。建筑材料与建筑密不可分,石膏建材优异的环保、节能和应用性能是绿色建筑的“催化剂”。

近几年随着经济发展和城市化进程,建筑面积迅速增长,建筑业已成为我国拉动经济发展的支柱行业。随之而来的是公用和民用建筑的能源消耗在总能耗中的比重也逐步提高。专家预测建筑能耗将在未来20年内从2005年的17%跃升至25%,同时所排放的温室气体将从每年8000万吨增加到32亿吨。因此,尽快改变人们的生活消费观念,推行新型建筑设计理念和技术,推动建筑“绿色革命”势在必行。

2.2石膏——一种可持续发展的建筑材料

2.2.1丰富的石膏资源

任何一个行业要持续发展必须要有一个完善的“产业链”。这就是说既要有“上游”供货渠道,又要有“下游”市场,同时还要有好产品,这样才能形成一个完美优质的“产业链”。石膏行业就具备了这样一个条件。石膏产品的主要原料是石膏,包括天然石膏(二水石膏和硬石膏)和工业副产石膏。

我国石膏资源极其丰富,而且矿床自然类型多、分布范围广。据不完全统计,我国天然石膏的开采量已达到690万吨(USGS“矿物年鉴”,但中国有关部门统计为2099万吨),位居世界第四位。天然硬石膏资源也很丰富,但由于其胶凝性差,凝结硬化时间长,目前利用率不高。随着对天然硬石膏活性激发的研究工作的进展,使其充分发展胶凝性能,可用作更多石膏制品的原料。

工业副产石膏主要指某些工业生产产出的副产品,如火电厂湿法脱硫而获得的脱硫石膏;化工厂产生的磷石膏、氟石膏、钛石膏等。这些副产品经过一定处理加工后可用于生产石膏建筑材料。

脱硫石膏是当前我国利用量最大、利用范围最广的工业副产石膏。在未来二十年里尽管国家大力推行清洁能源,但由于成本和技术的局限、人才的缺乏以及老电厂的更新期限等原因,火电厂产能仍将增加2倍多,保障烟气排放达标的环保处理措施——脱硫技术仍要继续推行发展,也就是说脱硫石膏的产量较当前产量会成倍增长,为石膏行业提供了足够的资源。磷石膏在我国产量也很大,只要对其做好前期的预处理,也能成为制造石膏产品的丰富资源。至于氟石膏、钛石膏,我国每年也将有100万吨的产量。目前许多科技人员正在对其进行研发以便更好地进行利用。

2.2.2广阔的市场——建筑业的发展

石膏产品的下游产业是建筑业。建筑业的发展直接推动建筑材料产业的发展,而建筑材料的品质和应用特性又保证了建筑的功能和质量。二者相辅相成,缺一不可。

无论是天然石膏还是副产石膏,除了用于水泥工业外,约有45%被加工成熟石膏;而其中的80%的熟石膏被加工成建筑墙板,20%被用来生产石膏抹灰料或其它产品。这些产品可用作各类建筑的内隔墙、吊顶以及抹灰料等。

随着城市建设的进展,近十年我国建筑业发展很快。今年国家又提出“建材下乡”政策,这将会大大促进农村的住宅建设。随之也为各种建材拓宽了市场,尤其是石膏制品如石膏板、石膏砌块、条板等。从未来20年看,商业建筑面积预计从50亿平方米扩大到240亿平方米,民用住宅建筑面积预计将会从370亿平方米扩大到660亿平方米。假设公共建筑使用石膏产品以50%计,民用建筑市场用量以10%计,未来20年的石膏制品需求量为285亿平方米,平均年用量为14亿平方米。这是一个比较保守的数据,因为住宅使用量仅仅按10%进行计算,实际上在今后的新建筑中必须要大力实施建筑节能标准。采用被动设计新技术,可以通过改善建筑围护结构来实现更高的节能标准。石膏板轻钢龙骨内墙体系是新建筑的最佳选择方案,石膏板的用量可能增加到15%-20%;再加上老旧房屋的围护墙改造,石膏制品的需求量将会更大。另外,目前住宅所用的抹灰材料基本上是水泥砂浆,而水泥不仅是能耗大户也是温室气体排放大户,用石膏来替代水泥生产“砂浆”作为住宅室内抹灰材料是完全可行的。这样建筑石膏粉的需求量也会大大增加。总之,无论是石膏板材还是石膏粉料,市场还是比较广阔的。

2.2.3石膏自身的节能环保特性

石膏作为一种建筑材料使用,其历史最早可追溯到公元前9000年。石膏制品不仅具有优良的使用性能,而且与其他建筑材料相比,不仅能耗低而且对环境污染较小(如表2所示),是名副其实的绿色建材。石膏制品有如下的一些优点:

(1)硬化时体积膨胀小。β半水石膏的硬化膨胀率为0.1%~0.2%,因此石膏在用作自流平地面材料、墙面抹灰材料方面有明显优势。

(2) 轻质。以纸面石膏板为例,用作隔墙时,其重量仅为同等厚度砖墙的1/15,有利于结构抗震,并可有效减少基础及结构主体造价,这对于高层建筑尤为重要。

(3)良好的保温隔热性能。石膏制品为多孔结构,表观密度较小。以纸面石膏板为例,密度仅为900kg/m3,其导热系数为0.16W/(M·K),与普通混凝土(密度为2400kg/m3,导热系数为2.10W/(M·K))相比,其隔热性能具有显著优势。

(4)良好的耐火性能。石膏水化产物主要成分是含有两个结晶水的二水石膏,当遇火时它逐渐脱去结晶水,同时此过程中会吸收大量的热,延迟周围环境温度的升高。因此,石膏建材具有良好的防火阻燃性能

(5)良好的装饰功能。石膏制品尺寸稳定性好,在四季气候变化过程中不会发生影响外观的缩胀变形。以用于住宅内隔墙的纸面石膏板为例,其表面平整,板与板之间通过接缝处理形成无缝表面,表面可直接进行装饰。

(6)舒适的居住功能。石膏制品中存在着大量的微孔,因而具有独特的“呼吸”性能,即在温度高、湿度小时,逐渐释放出微孔中的水分;当温度低、湿度大时,能吸收空气中的水分。这种作用可在一定范围内调节室内湿度,使居住环境更舒适。

2.2.4多方位的应用特性

无论是石膏板材还是石膏粉料,在房屋建筑中应用广泛。如石膏板材可用作房屋的内隔墙、吊顶、浴室的衬板以及地板;建筑石膏粉料可根据用途掺入不同的外加剂用作抹面材料,又可作粘结剂、嵌缝剂。而且施工也极其方便,可拆可卸可贴,还可做成各种造型,在危旧房改造中能显示出其优异的灵活性和方便性。


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建议

石膏制品是节能环保型的建筑材料,有着强大生命力。我们作为石膏行业的从业者,更加责无旁贷地做好、用好石膏建材;并能从各个环节做到可持续发展,不但要顺应我国的节能减排新目标,而且要竭尽所能开发石膏产品性能以满足人们日益提高地对建筑美观、舒适的要求。我们建议从以下几个方面入手做好石膏行业的可持续发展。

首先,提高工业副产石膏的使用率。利用工业副产石膏不仅可以减少对石膏矿的开采,保护自然资源;而且能吸纳工业固体废弃物排放,减轻环境的压力。近年来利用工业副产石膏,尤其是脱硫石膏已受到了石膏行业的普遍关注。以石膏板行业为例,通过技术创新和装备改造,完全可以实现以100%脱硫石膏为原料生产纸面石膏板。以脱硫石膏生产砌块、腻子、石膏条板等石膏制品的工艺技术问题也在生产实践中得到解决。目前,国内脱硫石膏原料的品质控制难是其大规模应用中的瓶颈。这个问题的解决需要火电厂和石膏制品企业的共同努力。对于工业副产石膏中的另一大类——磷石膏,近年来也有不断的研究和探索,但是由于磷石膏的前期处理较复杂,因此大规模应用的发展比较迟缓。我们相信随着各方面技术的发展成熟,磷石膏在石膏行业的广泛应用也将指日可待。

其次,加强石膏矿开采时的环境保护。对于石膏矿产资源丰富的地区,在利用天然石膏生产石膏制品的同时,应加强对石膏矿区的环境保护。石膏矿开采作为高耗能的行业,在北京地区已被列入不允许上新项目的行业;同时开采过程中还产生大量的膏渣,这些膏渣不仅占用大量土地,而且也会污染环境。因此,必须在提高石膏矿回采率的同时加强对膏渣的资源化利用,并对矿区的生态环境进行治理和保护,尽量降低开采对环境的破坏。

第三,降低生产能耗。石膏制品企业应依靠科技创新和进步,降低生产过程的能耗。以纸面石膏板为例进行说明。以脱硫石膏(含水率15%)为原料生产纸面石膏板的能耗比以天然石膏为原料时的能耗大25%左右。但是企业通过进一步优化干燥和煅烧等技术并采用的一些节能措施可以降低生产能耗,如:(1)干燥机废湿气的回收利用;(2)通过优化干燥机保温隔热设计减少热桥,加强门边密封减少系统散热;(3)采用锅炉回水技术使蒸汽系统中高温回水回到锅炉中循环使用。通过对各环节实行节能措施可以使单位产品的能耗低于《纸面石膏板单位产量能源消耗限额》规定值。

第四,实现原料在生产过程中和产品在使用过程中的循环使用。以纸面石膏板为例进行说明。目前,国内大型的纸面石膏板生产企业可实现纸面石膏板生产原料的100%循环利用,但是对于建筑中已使用的废旧纸面石膏板的回收工作还没有开展。在欧洲,自上世纪90年代末随着政府的多项相关立法的制定实行,废旧纸面石膏板回收厂越来越普遍,并已开发出多种回收方式。在我国这项工作的推进同样离不开国家的政策法规,也是我们石膏行业从业者的责任。

第五、开发新产品以满足人们对美观舒适性日益增高的需求。随着人们生活水平的不断提高,对建筑美观性和舒适性也有越来越高的要求。将石膏制品的优点和其他材料的优点相结合,开发出更多的不同功能性产品。以纸面石膏板为例,近年来出现了能将室内环境控制在较小波动范围内、增加居室舒适度的相变蓄能功能纸面石膏板;能吸附分解甲醛及其他有害成分、具有净化空气作用的纸面石膏板;具有防高频辐射功能的纸面石膏板;具有减低噪音功能的纸面石膏板,等等。开发各种用途的建筑室内用石膏抹灰材料以替代现有的水泥砂浆也大有前途。这些新产品的出现使人们对石膏产品的节能环保、舒适性的认识更加清晰。因此,只有不断地创新才能提升石膏制品的生命力和活力。

第六、石膏产品的应用研究是可持续发展的重要环节。应用研究和新产品开发同样重要。长期以来,石膏制品在住宅建筑中的应用不但受到现有建筑模数的制约,而且石膏制品的配套不完善以及施工技术不规范也限制了应用的发展。应用研究不仅要靠建筑设计单位和施工企业来进行,石膏制品生产企业也责无旁贷。生产企业只有深入地研究应用技术才能给客户提供更好地技术支持,也能促进产品的销售和生产。

4结束语

通过对我国能效水平、温室气体排放的分析以及结合国家提出的节能减排目标,阐述了石膏作为可持续发展的绿色建材在建筑业发展中的重要性;同时,面对石膏行业发展充满机遇的未来,我们从我国的现状出发提出石膏行业的发展几点建议以供业内同行们参考。


文章来源:2010中国建筑材料联合会石膏建材分会第五届年会暨第九届全国石膏技术交流大会及展览会


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