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        行業新聞

        “碳達峰,碳減排”道阻且長,這4類非金屬礦大

         

         碳達峰“針政”發力

         
         
        碳達峰是二氧化碳的排放不再增長達到峰值,而這個過程需要不斷碳減排,而促進碳減排最直接的驅動是立法。目前,碳達峰相關政策逐步下沉,各地、各行業都給出諸多針對性措施和意見,碳減排路徑越來越具體且行之有效。
         
        工信部聯合多部門發文,有序推進建材業碳達峰。11月2日,工信部等四部聯合印發《建材行業碳達峰實施方案》,明確提出:“十四五”期間,建材產業結構調整取得明顯進展,行業節能低碳技術持續推廣,水泥、玻璃、陶瓷等重點產品單位能耗、碳排放強度不斷下降,水泥熟料單位產品綜合能耗水平降低3%以上。
         
        碳減排之外,節能標準再升級。11月23日,國家發改委、市場監管總局發布《關于進一步加強節能標準更新升級和應用實施的通知(征求意見稿)》,其中指出,在工業領域,加快修訂石化、化工、鋼鐵、有色金屬、建材、機械等行業強制性能耗限額標準。
         
        有觀點指出,實現碳達峰道阻且長,碳減排必須采納新路徑。
         
        延續現有減排路徑,石化行業實現碳達峰的時間節點將出現在2035年。若要在2030年前實現碳達峰,必須采納新路徑,調整產業結構,并實施多種減排措施。11月24日,北京大學能源研究院組織發布的《中國石化行業碳達峰碳減排路徑研究報告》披露上述觀點。

         

         

        非金屬礦物材料“節能降碳”新路徑

         
         

         

        非金屬礦有近百種,用途多樣,在新一輪科技革命及國際競爭中發揮著愈來愈重要的作用,擔當著我國經濟與社會發展的重任。按照非金屬礦物材料在保溫絕熱、助溶劑、凝膠熟料替代、催化劑等方面的應用表現,其在節能降耗,助力碳減排方面也有很大貢獻和應用前景。
         
        (1)保溫絕熱屬性與節能降碳
         
        保溫材料具有導熱率低(導熱系數小于0.1163W·m-1·K-1)、容重小、常疏松多孔及吸濕性差等共性。非金屬礦物材料的熱傳導機制與金屬材料不同。金屬材料主要靠電子運動傳遞熱量,而非金屬礦物材料通常為電介質,其熱能的傳輸主要靠晶格振動。
         
        多孔玄武巖、硅藻巖、纖蛇紋石、膨潤土、滑石、浮石、珍珠巖、石膏、石墨、蛭石、蛋白土、石棉、海泡石、坡縷石等用作保溫材料的非金屬礦物材料及(纖維)制品,通常具有熱導率低與多孔特征,因而常具有輕質、隔音吸音和阻燃防火功能等。
         
        如膨脹蛭石(導熱系數≤0.062~0.095W·m-1·K-1)、膨脹珍珠巖(導熱系數≤0.047~0.072W·m-1·K-1)等所具有的細小隔層空間或空洞使其導熱系數和松散密度均大大減小,并具有良好的保溫、隔熱、絕緣、阻燃等性能,同時化學性質穩定,并具有抗菌和耐候性能等。因此,膨脹蛭石和膨脹珍珠巖制品可廣泛用作工業和民用保溫絕熱材料等,并滿足工業工程保溫節能中耐較高溫度使用場景的要求,以及幾乎所有民用建筑供暖設施的保溫和耐久性要求等。
         
        此外,非金屬礦物保溫材料與制品的生產溫度多為常溫,即使蛭石或珍珠巖膨脹加工的溫度也低于或遠低于1200℃。而常用的其他無機非金屬纖維材料,如礦棉、玻璃纖維、泡沫玻璃等,生產溫度高達1200~1450℃。因此,非金屬礦物材料的保溫絕熱屬性與其他無機非金屬保溫材料相比,不僅在生產加工過程中具有突出的節能降耗作用,而且其保溫制品在工業和民用建筑中的廣泛使用可大大減少工業和民用設施的能量耗散,進而達到節能和降碳的目的。
         
        (2)助熔屬性與節能降碳
         
        在工業熱加工過程中助熔劑可降低物質的軟化、熔化或液化溫度點,具有加快反應過程并提高產出效率等作用,實現節能降耗。包括以氧化鈣、氧化鎂為主要組分的堿性助熔劑,如玻璃陶瓷等用石灰巖,冶金用白云巖、蛇紋巖等;以二氧化硅為主要組分的酸性助熔劑,如冶金用石英巖、玻璃和陶瓷用長石、霞石等;以鹵化物、氧化鋁為主要組分的中性助熔劑,如冶金、化工用螢石、石鹽等。它們分別適用于不同的熱加工組分體系,加入這些非金屬礦物材料對體系具有助熔的作用,可降低生產溫度并節能降耗。
         
        此外,用作助熔劑的非金屬礦還有硅灰石、透輝石、透閃石、芒硝、玄武巖、堿性花崗巖、珍珠巖等。
         
        (3)膠凝屬性與節能降碳
         
        水泥是我國經濟建設中使用量最大的膠凝材料,其生產溫度高達1450℃,所使用的石灰原料在生產中分解釋放CO2氣體,是建材行業主要的能耗和排碳大戶。目前,水泥減碳措施有,采用原料替代技術,發展低碳水泥品種或部分水泥替代產品,在水泥生產過程中使用替代燃料等。
         
        原料替代,常見的有熟石膏、石灰、菱苦土、電石渣、煅燒高嶺土等,都等部分替代石灰石用于熟料生產。如采用工業副產石膏立式烘干脫水裝置、預熱器、回轉窯、冷卻機等水泥技術裝備,形成工業副產石膏制硫酸聯產水泥新工藝,大幅降低燒成系統熱耗,CO?排放量降低約50%,也能大幅提高磷石膏利用再形成節能減排效應。
         
        低碳水泥產品,如LC3低碳水泥是一種基于煅燒活性高嶺土和石灰石耦合替代水泥中部分熟料的石灰石煅燒粘土水泥,其技術關鍵是高嶺土的煅燒活化,采用懸浮煅燒技術、回轉煅燒技術或類似低溫改性工藝進行高嶺石粘土脫水得到活性高嶺土,在保證水泥性能的同時降低熟料摻量。據預計,低碳水泥中熟料摻量可降低至50%,與傳統硅酸鹽水泥相比,CO?排放量降低約30%以上。
         
        (4)催化和載體屬性與節能降碳
         
        非金屬礦物材料因具有陽離子交換性、多孔性、表面積大和表面化學斷鍵不飽和等屬性而在工業生產過程中被用作催化材料,包括化學催化和光化學催化劑或載體,以加快反應過程、提高產品的純度或產出效率等,并達到節能降耗和降碳的目的。如高嶺土、沸石、活性白土、銳鈦礦、金紅石、蒙脫石、硅藻土、凹凸棒石、云母粉、天然浮石、膨脹珍珠巖、地開石等。
         
        其實催化和節能息息相關,一個生產物質的反應,添加合適的催化劑之后,能夠尋找更加便捷的反應途徑,從而大大降低反應所需要的能量。這部分節省的能量是客觀的,從而能夠大大降低反應所消耗的能量,使得反應條件更加溫和,容易達到,減少了不必要的升溫過程與降溫過程甚至是設備,節約了電能,水能、物資等。此外,催化劑在生物合成、綠色氫能制造等方面有重要價值,對傳統制造業技術改革意義重大,是最終實現碳減排或工業化生產綠色清潔能源的關鍵之一。
         
        如凱立新材在研項目就涉及氫燃料電池、新型有機液體儲氫體系、高效清潔催化氧化技術等所需的催化劑,企業通過產品創新在石油化工等行業實現節能降耗,未來這類企業有望在前沿顛覆性低碳技術上取得突破,進入更大的市場,形成更大的力量。

         

         

        結語

         
        “雙碳”目標下我國非金屬礦物材料的研究開發和生產應用,要建立起自身的理論和技術原理體系,瞄準顯著的節能降碳理化屬性,爭取為實現“雙碳”目標作出不可替代的貢獻。
         

         

        參考文獻:
        彭同江,等:非金屬礦產與非金屬礦物材料在雙碳戰略中的作用,西南科技大學
        粉體網、中國經濟新聞網、北京大學能源研究所、中國建材雜質等。
         

        碳達峰“針政”發力

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