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“碳达峰,碳减排”道阻且长,这4类非金属矿大

 

 碳达峰“针政”发力

 
 
碳达峰是二氧化碳的排放不再增长达到峰值,而这个过程需要不断碳减排,而促进碳减排最直接的驱动是立法。目前,碳达峰相关政策逐步下沉,各地、各行业都给出诸多针对性措施和意见,碳减排路径越来越具体且行之有效。
 
工信部联合多部门发文,有序推进建材业碳达峰。11月2日,工信部等四部联合印发《建材行业碳达峰实施方案》,明确提出:“十四五”期间,建材产业结构调整取得明显进展,行业节能低碳技术持续推广,水泥、玻璃、陶瓷等重点产品单位能耗、碳排放强度不断下降,水泥熟料单位产品综合能耗水平降低3%以上。
 
碳减排之外,节能标准再升级。11月23日,国家发改委、市场监管总局发布《关于进一步加强节能标准更新升级和应用实施的通知(征求意见稿)》,其中指出,在工业领域,加快修订石化、化工、钢铁、有色金属、建材、机械等行业强制性能耗限额标准。
 
有观点指出,实现碳达峰道阻且长,碳减排必须采纳新路径。
 
延续现有减排路径,石化行业实现碳达峰的时间节点将出现在2035年。若要在2030年前实现碳达峰,必须采纳新路径,调整产业结构,并实施多种减排措施。11月24日,北京大学能源研究院组织发布的《中国石化行业碳达峰碳减排路径研究报告》披露上述观点。

 

 

非金属矿物材料“节能降碳”新路径

 
 

 

非金属矿有近百种,用途多样,在新一轮科技革命及国际竞争中发挥着愈来愈重要的作用,担当着我国经济与社会发展的重任。按照非金属矿物材料在保温绝热、助溶剂、凝胶熟料替代、催化剂等方面的应用表现,其在节能降耗,助力碳减排方面也有很大贡献和应用前景。
 
(1)保温绝热属性与节能降碳
 
保温材料具有导热率低(导热系数小于0.1163W·m-1·K-1)、容重小、常疏松多孔及吸湿性差等共性。非金属矿物材料的热传导机制与金属材料不同。金属材料主要靠电子运动传递热量,而非金属矿物材料通常为电介质,其热能的传输主要靠晶格振动。
 
多孔玄武岩、硅藻岩、纤蛇纹石、膨润土、滑石、浮石、珍珠岩、石膏、石墨、蛭石、蛋白土、石棉、海泡石、坡缕石等用作保温材料的非金属矿物材料及(纤维)制品,通常具有热导率低与多孔特征,因而常具有轻质、隔音吸音和阻燃防火功能等。
 
如膨胀蛭石(导热系数≤0.062~0.095W·m-1·K-1)、膨胀珍珠岩(导热系数≤0.047~0.072W·m-1·K-1)等所具有的细小隔层空间或空洞使其导热系数和松散密度均大大减小,并具有良好的保温、隔热、绝缘、阻燃等性能,同时化学性质稳定,并具有抗菌和耐候性能等。因此,膨胀蛭石和膨胀珍珠岩制品可广泛用作工业和民用保温绝热材料等,并满足工业工程保温节能中耐较高温度使用场景的要求,以及几乎所有民用建筑供暖设施的保温和耐久性要求等。
 
此外,非金属矿物保温材料与制品的生产温度多为常温,即使蛭石或珍珠岩膨胀加工的温度也低于或远低于1200℃。而常用的其他无机非金属纤维材料,如矿棉、玻璃纤维、泡沫玻璃等,生产温度高达1200~1450℃。因此,非金属矿物材料的保温绝热属性与其他无机非金属保温材料相比,不仅在生产加工过程中具有突出的节能降耗作用,而且其保温制品在工业和民用建筑中的广泛使用可大大减少工业和民用设施的能量耗散,进而达到节能和降碳的目的。
 
(2)助熔属性与节能降碳
 
在工业热加工过程中助熔剂可降低物质的软化、熔化或液化温度点,具有加快反应过程并提高产出效率等作用,实现节能降耗。包括以氧化钙、氧化镁为主要组分的碱性助熔剂,如玻璃陶瓷等用石灰岩,冶金用白云岩、蛇纹岩等;以二氧化硅为主要组分的酸性助熔剂,如冶金用石英岩、玻璃和陶瓷用长石、霞石等;以卤化物、氧化铝为主要组分的中性助熔剂,如冶金、化工用萤石、石盐等。它们分别适用于不同的热加工组分体系,加入这些非金属矿物材料对体系具有助熔的作用,可降低生产温度并节能降耗。
 
此外,用作助熔剂的非金属矿还有硅灰石、透辉石、透闪石、芒硝、玄武岩、碱性花岗岩、珍珠岩等。
 
(3)胶凝属性与节能降碳
 
水泥是我国经济建设中使用量最大的胶凝材料,其生产温度高达1450℃,所使用的石灰原料在生产中分解释放CO2气体,是建材行业主要的能耗和排碳大户。目前,水泥减碳措施有,采用原料替代技术,发展低碳水泥品种或部分水泥替代产品,在水泥生产过程中使用替代燃料等。
 
原料替代,常见的有熟石膏、石灰、菱苦土、电石渣、煅烧高岭土等,都等部分替代石灰石用于熟料生产。如采用工业副产石膏立式烘干脱水装置、预热器、回转窑、冷却机等水泥技术装备,形成工业副产石膏制硫酸联产水泥新工艺,大幅降低烧成系统热耗,CO排放量降低约50%,也能大幅提高磷石膏利用再形成节能减排效应。
 
低碳水泥产品,如LC3低碳水泥是一种基于煅烧活性高岭土和石灰石耦合替代水泥中部分熟料的石灰石煅烧粘土水泥,其技术关键是高岭土的煅烧活化,采用悬浮煅烧技术、回转煅烧技术或类似低温改性工艺进行高岭石粘土脱水得到活性高岭土,在保证水泥性能的同时降低熟料掺量。据预计,低碳水泥中熟料掺量可降低至50%,与传统硅酸盐水泥相比,CO排放量降低约30%以上。
 
(4)催化和载体属性与节能降碳
 
非金属矿物材料因具有阳离子交换性、多孔性、表面积大和表面化学断键不饱和等属性而在工业生产过程中被用作催化材料,包括化学催化和光化学催化剂或载体,以加快反应过程、提高产品的纯度或产出效率等,并达到节能降耗和降碳的目的。如高岭土、沸石、活性白土、锐钛矿、金红石、蒙脱石、硅藻土、凹凸棒石、云母粉、天然浮石、膨胀珍珠岩、地开石等。
 
其实催化和节能息息相关,一个生产物质的反应,添加合适的催化剂之后,能够寻找更加便捷的反应途径,从而大大降低反应所需要的能量。这部分节省的能量是客观的,从而能够大大降低反应所消耗的能量,使得反应条件更加温和,容易达到,减少了不必要的升温过程与降温过程甚至是设备,节约了电能,水能、物资等。此外,催化剂在生物合成、绿色氢能制造等方面有重要价值,对传统制造业技术改革意义重大,是最终实现碳减排或工业化生产绿色清洁能源的关键之一。
 
如凯立新材在研项目就涉及氢燃料电池、新型有机液体储氢体系、高效清洁催化氧化技术等所需的催化剂,企业通过产品创新在石油化工等行业实现节能降耗,未来这类企业有望在前沿颠覆性低碳技术上取得突破,进入更大的市场,形成更大的力量。

 

 

结语

 
“双碳”目标下我国非金属矿物材料的研究开发和生产应用,要建立起自身的理论和技术原理体系,瞄准显著的节能降碳理化属性,争取为实现“双碳”目标作出不可替代的贡献。
 

 

参考文献:
彭同江,等:非金属矿产与非金属矿物材料在双碳战略中的作用,西南科技大学
粉体网、中国经济新闻网、北京大学能源研究所、中国建材杂质等。
 

碳达峰“针政”发力

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