工业领域绿色低碳技术应用案例1 硅基固废轻质微晶石项目

案例1硅基固废轻质微晶石项目主要完成单位：洛阳北玻轻晶石新材料有限公司主要完成人员：高学明、蒋维、冯明松、张海雷、罗会成、叶辉、何骄龙硅基固废作为大宗固废中的主要固废来源，长期以来，其资源化利用总体呈现出利用率低、附加值低以及二次生产污染的现象。但是，硅基固废的元素构成对于制备轻质微晶石（以下简称“轻晶石”）而言非常契合，根据工艺的不同，硅基固废的综合利用率甚至能够达到40%～90%。一、项目背景轻晶石因其独特的“蜂巢+面板”结构构造和表现出的材料特性，使其在建筑墙体和装配式建筑领域都具有极佳的发展潜力且产品附加值极大，单质多功能的材料特性使得装配式建筑墙体得以轻松实现工业化生产，不仅改变了传统的墙体建造方式，并且其本身生产过程中采用纯电加热，无燃烧废气产生，综合能耗降低60%以上，加工过程中产生的废水经渣水分离过滤后，水再次循环利用，分离出的废渣和加工产生的边角余料均可100%回收利用，基本无“废气、废渣和废水”产生，整个生产过程亦是一种全新的绿色化生产过程。因此，以硅基固废来制备轻晶石，不仅能有效地实现大宗固废的高附加值利用，同时其产品本身对于“节能降碳”、装配式建筑和建筑工业化等诸多发展亦有极大的促进作用。图SEQ图\*ARABIC33传统墙体构造与轻晶石材料结构对比洛阳北玻轻晶石新材料有限公司开展硅基固废轻质微晶石项目，以对大宗固体废弃物的综合利用为原则，利用汝阳当地园区内的抛光废料、废陶瓷粉、玻璃厂的废玻璃粉、石英尾砂、页岩、粉煤灰、花岗岩石粉等各类工业固体废弃物为主原料，采用自主创新研发的“装饰一体化功能梯度材料一次成型”绿色化工艺技术，一次作业完成墙体所需的不同功能层构造，配套三层电加热晶化炉，采用干法制粉、干法布料、高温晶化发泡的生产工艺模式实现轻晶石的生产，是一种集陶瓷烧制、玻璃熔炼、石材切磨、微粉调配、高温发泡、晶化等多学科、多工艺的跨界技术产品。图SEQ图\*ARABIC34硅基固废制备轻晶石工艺路线二、创新点及相关技术内容创新点1：产出特性显著的轻晶石传统的硅基固废利用工艺的产物更多地集中在水泥、玻璃、陶瓷等建筑材料或基础工业原料方面，技术附加值较低，且通常会涉及到烧结、熔融等工艺，预计产生一定的污染物排放。针对上述问题，项目研究以硅基固废为主原料，经高温一体烧结形成“轻晶石”这一新型建筑墙体材料。具体而言，轻晶石面层是微晶石，面层以下为蜂巢状，具有轻质高强、保温降噪、防火阻燃、饰材一体、稳定耐候、绿色环保等显著特性。图SEQ图\*ARABIC35轻晶石与玻璃幕墙传热系数对比其中，轻质高强指轻晶石具备建筑外墙的轻质、高强两大重要特性，其比重0.4t/m3，可常年浮在水上，但同时源于微晶石、强度类同石头。保温降噪是由于轻晶石面层以下是高温熔融发泡的蜂巢状发泡层，发泡体的闭孔率高达75%以上，其导热系数为0.076～0.15W/m·k，保温效果优于三玻两腔的Low—E中空玻璃。防火阻燃是指产出轻晶石具备A1级燃烧性能，燃烧蚀度（质量损失率）为国标50倍。饰材一体是由于轻晶石表面为一体化烧熔成型的蜂巢结构基体，具备现代墙体所需的所有主要功能。稳定耐候是由于轻晶石以60%～70%的硅为主体元素，合理搭配铝、钙、硼等其它改善机能的无机元素，提高抗腐蚀度、耐酸碱性。绿色环保是由于产品原料本身为硅基固废、可100%回收，并且其照射指数不到国标限值的1/4，较之常规建材更加环保。表SEQ表\*ARABIC12轻晶石及轻晶石墙体检测结果序号检测项目分项检测结果单位标准要求1强度抗压强度4.6Mpa-劈裂抗拉强度3.97Mpa-2吸水率吸水率(浸泡3h)3.6%-3隔音吸声计权隔声量40dB-降噪系数0.1--4燃烧性能性能等级A1(最高)--炉内温升

(℃)9℃≤30持续燃烧时间

(s)0s0质量损失率

(%)1%≤50.0热值

(MJ/kg)0.3MJ/kg≤2.05耐酸度99.15%-6抗冻性无裂纹或剥落-经100次循环应无裂纹或剥落7抗热震性能(浸没试验)无可见缺陷-经10次循环后无可见缺陷8导热系数0.0756～0.15w/(m·k)-9传热系数(内保温墙体构造)0.33w/(㎡·k)-10装修材料放射性限量A内照射指数IRa0.2-外照射指数Iγ0.2-11抗拉承载力背栓拉拔7.17KN12耐污性(B法，热老化)污染宽度0mm污染深度0mm13气密性GB/T

21086-2007

单元幕墙4级14水密性GB/T

21086-2007

单元幕墙5(△p=2000pa)级15抗风压GB/T

21086-2007

单元幕墙9(5.0kpa)级16耐火极限防火墙构造≥3h创新点2：研发纯电热多层辊道式晶化生产线配套设备由于轻质微晶石属于创新材料，相关生产线及其配套设备较为缺乏。为实现轻晶石的高效、低耗利用，项目根据轻晶石烧成工艺专门研发轻质微晶石新型智能生产线，采用了热效率更高的电加热与三层辊道布置方案，解决了燃气燃烧废气排放问题，热利用率90%以上，温控精度不超过2℃，同比能耗降低30%。同时，三层同腔结构布置让产线占地面积更小，单位产能更高，产线组合配置更加灵活。图SEQ图\*ARABIC36纯电热多层辊道式晶化生产线在生产过程中实现材料100%回收再造技术，通过调整配方和烧成曲线，能够将轻质微晶石的废品、废渣、废料等回收后再次用以生产同等品质的轻质微晶石板材。才外，采用全电工艺，废水废渣回收再利用，生产过程无废气、废水、废渣的排放，高效节能、绿色环保，能耗、碳排放有效降低。此外，案例项目工艺过程中的废水经沉淀池净化后可循环利用，废料废渣均可回收用作原料，电加热过程无烟气产生，实现了无“废水、废渣、废气”排放的绿色化生产模式。表SEQ表\*ARABIC13不同能源的晶化烧成能耗成本对比项目燃气加热梭式窑燃气加热辊道炉电加热辊道炉热源天然气/烧嘴天然气/烧嘴电力/硅碳棒、炉丝热源控制附属设备燃气管道/控制阀/仪表/热电偶燃气管道/控制阀/仪表/热电偶电源控制柜/热电偶受热方式对流+辐射对流+辐射辐射污染物NOx等NOx等无烟气处理需要需要不需要产品加热能耗(含窑具)单位

能耗0.12

m3/kg0.104

m3/kg0.38kWh/kg单位

热耗1008

kCal/kg873.3

kCal/kg327

kCal/kg折算能耗成本0.360.3120.266备注：能耗计算以轻质微晶石为例，发泡体密度400kg/m³左右，毛板厚度110～120mm，饰面层

5mm。能耗成本以能源价格天然气3元/m³，电价0.7元/kWh为测算基准。表SEQ表\*ARABIC14轻质微晶石电&气能耗及CO2排放对比节选数据单位用

电(三层全电热晶化炉)用气(梭式窑)

0.12m³/kg用气(辊道窑)

0.104m³/kg2021/5/10至2021/6/112020/9/15至2020/12/11以2020年产量为参考天数天3287天87天87晶化产能㎡总数15295总数42983㎡42983㎡42983㎡平均478平均494㎡494㎡494晶化用电(纯烧成)kw·h总数813615总数2173021晶化总用气

m³745048晶化总用气

m³646329kw·h平均25425平均24977晶化平均用气

m³/d8564晶化平均用气

m³/d7429单位能耗kw·h/㎡晶化烧成53晶化烧成50.6晶化烧成

m³/㎡17晶化烧成

m³/㎡15折标系数kgce/kw·h0.12290.12291.331.33折标能耗kgce/㎡晶化烧成6.54晶化烧成6.21晶化烧成23.05晶化烧成20.00CO2排放/碳系数0.680.680.680.68/CO2排放系数3.673.673.673.67kg/㎡CO2排放量16.3015.4957.4849.86三、经验总结与推广价值硅基固废轻质微晶石项目以固废综合利用为导向，以节能降耗绿色低碳为生产模式，以建筑工业化为终端市场，充分利用工艺技术特点与优势，促进硅基固废的资源化综合利用，助力建材行业电能装备的应用，促进传统建材产业升级转型，以新型综合性能墙材为突破，促进装配式建筑发展与建筑工业化实现。项目主要原料来自废玻璃粉、石英尾砂、页岩、粉煤灰、花岗岩石粉等，固废综合利用率80%以上，综合利用量总计49529吨/年（石英砂尾矿8608吨/年，废陶瓷粉37923吨/年，废玻璃2998吨/年），项目生产过程无废水、废气产生，产品尾料可100%回收利用，无害化处置率可达100%。同时，项目同样具有较高的环境效益。轻质微晶石工艺采用全电多层+内循环风冷退火系统，产品单位生产能耗≤6kgce/m2，CO2排放量降低至14.7kgc