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沈建军:无碳排放节能矿物—天然硅灰石

2009年12月8日在丹麦召开的哥本哈根气候变化会议领导人会议上,温家宝总理发表了题为〈〈凝聚共识、加强合作、推进应对气候变化历史进程〉〉的重要讲话。温家宝总理表示于1990年至2005年,我国单位国内生产总值CO2排放强度下降46℅。同时又指出,在此基础上到2020年单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降40℅至45℅的目标。这对于我们一个正在发展的国家,如此长时间内这样大规模地降低CO2排放,需要我们付出艰苦卓绝的努力。

为了完成及超额完成减少CO2排放的目标,就迫使我们把三新(新能源、析材料、新资源)两低(低排放、低能耗)的经济发展概念贯彻到各行业发展中,就迫使我们对原有的生产工艺路线、原材料的应用以及每个管理的细节都要进行适应的调整,要优先选用C排放的原材料。

对于发现和选用以及开发应用低排放原材料这将是我们今后工作的重要课题。

一、(CaO SiO2)的形成,决定其为低C排放节能材料

中国硅灰石矿床主要类型为接触变质矿床,矽卡岩矿床和区域变质矿床,与世界硅灰石矿床一致。接触变质矿床主要颁布于古生代富含硅质灰岩与各类侵入岩体接触带附近,多为层控矿床,矿体成层状或似层状,矿石成分简单,矿床规模巨大,此类矿床为我国主要矿床;矽卡岩矿床主要产于中酸性侵入体与硅质灰岩接触带中,矿床呈似层状、透镜状、脉状、矿石成分复杂,此类矿床规模较小的居多,发球次要类型矿床;区域变质矿床,主要产于太古代,古生代区域变质地层中,矿床成层状或似层状,主要含硅质大理石岩层中,矿石成分简单,矿床类型大中小型均有,此类矿床所占比例较小。

无论哪种矿床,均遵循一个成矿规律,即:

CaCO3+SiO2高温CaO SiO2[CaSiO3]+CO2

(地壳运动提供)

这就是说,有石灰岩(石灰石或方解石等)与硅灰质岩石,有大量不同时代、不同时期地壳运动提供的高浊国热量进行化学反应,把反应生成的CO2排放掉,才生成天然硅灰石。也就是说:

1、"天老爷"在天然硅灰石生成时,就把CO2排放掉,因此天然硅灰石不含CO2,不含结晶水;

2、生成矿物就是CaO SiO2的化合物,偏硅酸钙,节能材料。如果较纯天然硅灰石,颜色洁白,325目白度大于90度。C/S 0.93接近中性,性质呈惰性,一般不可逆反应,耐摩擦,耐候性强等特性,决定其可应用于多种工业领域。

3、由于硅灰石是天然化合而成,,现在此般工业领域使用时,就不需要煅烧,不需要熔融,也不存在CO2气体。只要根据天然硅灰石的化学、物理特性进行大量使用,即可替代一些高排放高消耗的材料。

目前,我国是世界硅灰石储量第一大国(查明资源储量全国18个省区98个矿区,15955.71万吨),生产量第一大国(各种品级近75万吨),出口量第一大国(近28万吨)。

二、从现代就用领域看将来应用前景

中国硅灰石从1975年起被发现到1980年被开始推广使用,填补出口空白,得到了国家、各行业主管部门领导、大专院校及科研单位的专家等重视与关怀,特别是原中国非金属矿工业总公司的领导的关心与重视,无论是政策支持与资金投放方面,都做出了很大的努力。早在1986年就将江西省新余市南方硅灰石有限公司等单位做为全国十二个生产、科研、出口基地,使中国硅灰石从无到有,从小到大,现将1933年就开始开采应用的美国NYCO公司(当时国际市场份额占有90℅以上)赶超(现在国际份额中国占约70℅以上)。应用的领域也在不断地扩大。以下将节能减排方面的应用简介如下:

1、钢铁行业

钢铁行业是全国CO2的大户,占我国总排放量的大约11℅左右。到目前生产每吨大约要排放2.25吨CO2气体,在炼铁、炼钢过程中所中间包保温剂、贯串器保护渣、在没有使用硅灰石之前使用是水泥熟料(硅酸二钙),而水泥熟料的原料来源主要是石灰石(大家知道每吨石灰石分解后排放的CO2气体是0.44吨),使用硅灰石做钢水净化剂、无C保温剂都取得了良好效果,既减排又节能。

2、陶瓷行业

陶瓷行业是使用硅灰石的大行业务,主要用于釉料及坯体中。

传统的陶瓷番料中,用方解石(石灰石)及硅石粉在制釉过程中化合熔融使用,而现在用硅灰石粉后就可以直接使用,既不排放CO2又节省了能源。特别是陶瓷坯体中,原国家计委、经委早在1980年开始,就立项研发硅灰石质釉面砖,第一条10万M2试验线在唐山建筑陶瓷厂问世,以后逐步将传统的隧道窑烧成釉面砖改造成辊道窑,烧成时间由58小时缩短至2小时,烧成温度由1240℃-1280℃降到1020℃-1060℃,大量地节约了能源,减少了排放。到目前,大约每年有近50万吨的低档硅灰石用于陶瓷坯体,而且随着社会主义新农村的建设,陶瓷用量逐年增加,硅灰石的用量也在不断地增长。

3、玻璃行业(玻璃纤维-硅钙纤维)

玻璃行业每年要使用大量的方解石(石灰石)、白云石。而使用石灰石、白云石每吨矿石要排放0.4吨左右的CO2气体。硅灰石用于玻璃行业(包括硅钙纤维),既没有排放又节省材料。现在国外以及我国有的企业已开始使用,如果能够大量使用,将是大的应用行业,既减排又节能。

4、塑胶行业

大家知道塑胶行业原料主要是由石油而来,是消耗能源的大户。硅灰石粉做为功能填料,特别是针状硅灰石粉做为塑胶的功能材料应用到电脑壳体,电冰箱、电视机等家用电器壳体中,能够补强,改善制品的性能,特别是用于汽车保险杠、仪表盘等配件中,大量减少树脂的用量,替代玻璃纤维及轻钙、降低成本。特别是当这些配件在报废时,可以直接加工再利用,而且生产轻钙也是CO2气体的大户。

5、白色体质颜料

高档天然硅灰石的高白度,较好的耐候性,耐摩擦性,一定的抗酸碱性早已被一些行业专家确认为白色体质颜料。

超细硅灰石粉用水溶性涂料,用于塑料、橡胶行业替代30-50℅锐钛型钛白粉已经得到成功的应用。而锐钛型钛白粉,在生产过程中,需要长工艺流程,排放大量的酸水及需要大量的水资源。而硅灰石粉只需要不复杂的加工,成本是生产锐钛型钛白粉的20-30℅,使用硅灰石代替部分钛白粉既将低成本又可以减少排放。此项工作如果广泛地推广使用,将会取得巨大的社会效益及经济效益。

随着科技的发展,对硅灰石的物化性质及结构地深入认识,必将研究出更新更有价值的应用领域。

三、保护、应用好资源,不断发现新资源

硅灰石在我国是一个小矿种,刚刚有三十多年的历史,也是一个新矿种。虽然多处发现,但是储量有限,特别是优质资源很少(不到10℅),现在的优质资源没有得到优质利用(体质颜料级硅灰石做了冶金保护渣),国家应该保护利用,特别是体质颜料级别的硅灰石。但是,由于国外硅灰石资源更少,外商多年来想抢占好的资源,而且正在行动中,请有关主管部门的领导经予关注。同时,应该加大找矿力度,特别是优质硅灰石。

硅灰石,CaO SiO2的矿物,天然无CO2,天然的合成化合物,如果利用得好,必将在今后的国民经济建设中做出应有的贡献。

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