煤矿废弃物泡沫隔热陶瓷应用前景

摘要：煤矿的固体废弃物污染巨大，利用其制备的泡沫隔热陶瓷具有保温、隔热、防火、轻质、使用寿命长等独特优点。本文综述了煤矿废弃物的危害及绿色建筑发展对新型保温隔热材料的要求，详尽的讨论了泡沫隔热陶瓷的发展前景及今后的发展方向。

关键词：煤矿废弃物泡沫隔热陶瓷应用

1煤矿固体废弃物对环境的危害

在井巷建设中，将排出煤矸石、页岩、建筑垃圾、煤泥等煤矿的固体废弃物。中国目前共有1600余座矸石山，积存高于45亿吨，工业废物积存量巨大，土地占用量最多。此外，每年还有1.5～2.0亿吨的矸石增加量[]。

1.1对大气环境的污染

露天堆放的煤矸石和页岩产生的粉尘颗粒粉尘中含有如Hg、Cd、Cr、Cu、As、Mn、Zn、Al等多种有害元素。煤炭的固体废弃物含有炭质泥岩、残煤等可燃物，可能发生自燃，释放出如SO2、H2S、CO等有害气体，产生大量烟尘，严重污染生态环境，危害人体健康[]。

1.2对矿区水资源的污染

煤矿固体废弃物会对水体造成物理和化学污染。物理污染是指废弃物直接进入水体，产生如沉淀、粉尘类的污染；而化学污染则是指废弃物中的矿物与空气或水等产生化学反应，形成硫酸盐或其他产物。这些物质会随水溶液流出，进入地表的循环系统中。另外，废弃物中可能含有如铅、汞等有毒重金属元素，随雨水和雪水进入地表或地下水域，造成环境污染，危害人体健康。

1.3对土体的伤害

大量的重金属及其他有害物质囤积在煤矿固体废弃物中，一旦扩散到土壤中，令土体的酸碱性不再平衡，造成环境破坏、大量植物枯死，并很难在短期内恢复。此外，废弃物中的重金属元素较多，在土体内长期积累将破坏其平衡关系，降低土体养分，还可能进入食物链系统，从而危害人体健康。

1.4对自然景观的损坏

由于煤矸石和页岩长期堆放，酸性较高，严重影响了植物的正常生长，因此表面多呈黑灰色或黑褐色。风化后，堆积的煤矸石与页岩产生扬尘现象，附近的建筑物和植被等都蒙上黑尘，空气变得浑浊，周围环境较差。

2 绿色建筑发展对绿色保温隔热材料的需求

资源、能源和环境问题是当今中国所面临的三大考验，制约了经济和社会发展。建筑能耗（包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等） 占全社会总能耗的30%，是我国能源消耗中的重要组成部分，其中采暖和空调能耗占到20%[]。由此可知，建筑节能具有巨大的发展潜力，对实现可持续发展具有非常重要的作用。

墙体作为围护结构使用广泛，将影响建筑节能的实施。一个国家保温节能墙体的发展客观上反映了这个国家建筑节能的情况。近年来，对墙体进行了有效的改革，我国的保温节能墙体有了很大的进步，但发达国家相比，差距依然存在，需继续加强研究。我国的建筑节能的目标为65%，为令该目标尽快实现，应充分利用工业废料，研发出相应的砌块制品；加大力度研发新型的绿色复合墙体材料；提高标准，使节能保温墙体材料质量更好；督促各行各业使用新开明保温节能墙体材料，确保新墙材能更快地投入到实际应用中，相信保温节能墙体在中国建筑行业将有一个广阔的发展前景。

通过以上的方法和手段，发展绿色节能建筑终能实现，但无论采取哪种形式，最重要就是使用和研发绿色保温隔热材料。全球都在采取有力措施发展保温材料，主要生产国生产的材料年增长率在10%左右。生产和使用越多的保温材料，节约的能源也就越多。因此，保温材料的生产即是能源的生产，保温材料的发展即为能源的发展。而与能源的生产和发展相比，保温材料的生产和发展的投资较小、建设时间较短，并且拥有更多的资源和更快的见效[]。

3应用前景

以煤矿固体废弃物（煤矸石、页岩等）为主要原料，加入一定量的熔剂、成孔剂制备泡沫隔热陶瓷，这种新型绿色节能建筑材料可以为建筑物构筑有效的热屏障，不仅自身热阻大，导热系数低，降低被覆表面和内部空间温度，并且可以最大限度的节约能源和减少资源消耗[]。这不仅可以解决传统上工业固体废弃物的污染难题，为其资源化利用开辟了一条新的途径，还能使普通陶瓷功能化，对保护环境、促进循环经济的发展有着重要的意义。

3.1作为墙体材料的应用

泡沫隔热陶瓷导热系数低，具有大量的闭口小气孔，这些气孔降低了材料的放热效率，减少了空气的对流，热传导性较低，在墙体隔热保温和节能上有优异的效果。表观密度小，约为0.3～0.9g/cm3，属于轻质材料，减小墙体重量，应用上更加简便。吸水率低，可用于防水保温材料，避免由于吸收水分影响保温性能；绝缘性能良好，热阻性大，在外墙防火材料中可推广使用；闭口孔隙率大，可用作隔声材料，居住环境优雅；制品的原料来源丰富，利用煤矿废弃物制成，是一种绿色生态建筑材料。

3.2 作为复合型材料的应用

泡沫隔热陶瓷这种新型绿色节能建筑材料有分布均匀的闭口小气孔，气孔率能达到40%～90%，气孔分布均匀，孔径可根据需要进行调节。生产成本低、具有良好的保温隔热性能，在轻质幕墙、板材中可使用，另外，表面装饰如外墙装饰保温材料若使用该材料，可起到保温隔热、减轻结构自重的效果。

3.3作为工业环境的应用

泡沫隔热陶瓷化学稳定性优良，具有耐化学腐蚀性、耐酸性、耐碱性等特点，在恶劣环境下仍能使用。此外，泡沫隔热陶瓷还耐老化，具有不燃性、防火性等特点。这些性能使其能应用在开气孔泡沫陶瓷无法应用的领域，比如建筑外墙、屋面的外保温系统、防火隔离，工业厂房和热工设备的保温隔热等方面。

4 结论

泡沫隔热陶瓷作为一种新型的绿色环保节能建筑材料，与传统的有机保温材料相比，具有保温、隔热、防火、轻质、使用寿命长等独特优点。利用煤矿废弃物煤矸石、页岩等制备的泡沫隔热陶瓷，可以高效利用资源，达到节能环保、降低成本等目的，对于促进我国建筑材料工业生产实现绿色节能和可持续发展，具有深远的社会意义和经济价值。

参考文献

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[3] 张变芳.煤矿矿区环境污染与防治[J].煤炭技术.2004，1：58～61.

[4]李兴武，王艳萍.我国煤矿环境污染及其对策[J].中国矿业.2004，6：42～44.