最新81无机非金属类材料生态化解析课件PPT.ppt

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1、81无机非金属类材料生态化解析本章内容概论无机非金属材料的生态化改造无机非金属材料零排放与零废弃制备科学技术2这一大类材料有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性以及宽广的导电性、铁磁性和压电性。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。水泥(硅酸盐质和铝酸盐质)——一种重要的建筑材料；耐火材料(硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质)——与高温技术，尤其是钢铁工业的发展关系密切；3无机非金属材料环境负荷最大的工艺环节是高温过程和粉碎过程，总体而言，采用以电为热源的连续式加热工艺和闭

2、路粉碎工艺具有较小的能耗和污染。7四、无机非金属类生态环境材料设计思想与金属或高分子材料相比，除工艺、性能上的差异外，无机非金属材料设计思想也有很大不同。研究开发无机非金属生态环境材料，必须充分考虑到这些差异。8对于金属材料与高分子材料，一件产品的最终完成可分为材料制备(以金属材料为例，包括采矿、冶炼、铸造、轧制到型材出厂等环节)和产品制造两个截然分开的阶段，材料工作者仅仅面向材料制备阶段，通常不用为最终用户负责。设计也分为材料设计和产品设计两个独立的阶段，材料工作者负责设计制造出具有各种性能(牌号)的材料，产

3、品制造者负责选材和产品设计、生产，相应地环境协调性评价也分为MLCA和PLCA。9对于无机非金属材料，由于加工的困难性，通常材料和产品是同时完成的，材料即是产品，产品即是材料，二者不可分割。材料设计贯穿于产品的整个生产中，材料工作者直接面向最终产品，对最终用户负责。因此，无机非金属材料的设计、生产模式不同于金属材料或高分子材料，也不能够沿用传统材料与产品相分离的设计思想。10陶瓷材料与产品的设计框图经过数十年的材料强度研究，特别是根据先进陶瓷材料强度与材料设计方面的经验，我们提出了集材料设计与产品设计于一体的新

4、设计思想，并在某些陶瓷材料的设计与应用中取得了成功。该设计思想可以下述框图表示。11这一设计思想的要点在于：首先根据材料的实际服役条件开展失效分析，找出产品早期失效或损伤的主要因素，即材料的主要抗力指标(或性能指标)。然后针对如何提高该性能指标，进行材料工艺设计与材料制备，并进行性能评价。对材料优化并达到性能要求后，再进行产品设计、制造与使用考核。若达不到理想要求，需重复上述过程，直至成功。上述设计思想尽管是从陶瓷材料实践中得出的，但由于无机非金属材料所具有的共性，其基本思路对于大多数无机非金属材料具有普通意义

5、。12无机非金属类生态环境材料的设计，除了要考虑上述设计思想以外，还应将环境协调性评价(LCA)和材料、工艺的生态化设计、优化加入其中，这样就形成一个设计“双环”，见下图。无机非金属生态环境材料和产品的设计框图13无机非金属材料的固有特点，MLCA和PLCA是统一的，并贯穿于材料(产品)的设计、制造、使用等整个寿命周期中。需要注意的是，图中“产品设计、制造与检验”和“产品使用、考核与评价”都应采用包括使用性能评价和LCA的“双指标”评价检测体系。149.2无机非金属材料的生态化改造无机非金属材料品种繁多，用量巨

6、大，在国民经济中占有重要地位。由于长期以来对环境资源问题重视不够，生产工艺落后，导致资源、能源和环境污染问题十分严重。因此，对无机非金属材料的生态化改造具有十分重要的意义。15一、传统无机非金属材料的主要生态环境问题1.使用性能与环境协调性的矛盾突出材料使用性能与环境协调性是一对矛盾，使用性能好的材料环境协调性往往较差，反之亦然。无机非金属材料的原料广泛、工艺多样，微观结构千变万化，上述矛盾更加突出。例如，普通陶瓷以粘土、石英砂等天然矿物为原料，这些原料只需简单处理即可使用，烧结温度也较低，因此环境协调性较好，

7、但其性能差，强度一般不高于100MPa，不能够作为结构材料用于机械工程领域。16相反，先进陶瓷采用超细、高纯的人工合成原料，有时还采用化学合成原料，成型、烧结、加工工艺复杂，排出有害物多，因此，环境协调性较差，但性能优良，强度能够高于1000MPa，可广泛用于机械、化工、冶金等领域。如何兼顾使用性能和环境协调性，是无机非金属材料生态化改造中应首先考虑的问题。172.制备过程中能耗高无机非金属材料生产中都要经过高温煅烧(烧结)过程，能耗高。我国无机非金属材料产业单位能耗一般是发达国家的两倍左右。高的单位能耗不仅消

8、耗能源，而且是污染物高排放的最直接原因。因此，它的生态化改造应该从降低能耗入手。183.很难再循环利用金属材料可以重新回炉熔炼，热塑性树脂可以重塑成型，热固性树脂也可以回收能源(燃烧、炼油)，但是，无机非金属材料却很难再循环利用。由于无机非金属材料的自身特点，其废弃物很难破碎，即使能够粉碎再利用，其能耗也要比直接使用矿物原料高很多，带来更大的二次污染。因此，它的生态化改造考虑的重点应该