岩棉保温材料的绿色生产与应用
保温材料按照材质组成来划分，大致可以分为两大类：一是有机聚合物绝缘材料，如发泡聚苯乙烯泡沫板、硬质聚氨酯泡沫板等；二是无机保温材料，如岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃板等。其中，以岩棉、玻璃棉为代表的矿物棉因具有其他保温材料所不具有的优点，在保温材料行业内备受推崇，产量一直呈现逐年上升的态势。其中岩棉以其更高的耐火极限和熔点温度，在建筑保防火保温方面更受青睐，近几年来，产量呈一路增长态势。
岩棉是目前使用量最大、增长最快的无机保温材料。那么究竟什么是岩棉？岩棉是不是一种绿色的保温材料？本文将从岩棉的特点、应用和生产等方面进行阐述。
岩棉的定义
顾名思义，岩棉(rockwool)可以理解成用石头做成的棉织品。岩棉的发现是在夏威夷岛第一次火山喷发之后，岛上的居民在地上发现了一缕一缕融化后质地柔软的岩石，这就是最初人类认知的岩棉纤维。当把这种纤维制作成板状、毡状或者管状材料后，它就被赋予了很好的保温隔热、吸音降噪的性能。
在上世纪初，西方国家就已经实现了岩棉的工业化生产。其大致步骤是，将一定粒径的原材料和焦炭按照设计的配合比送入熔制炉(冲天炉)中熔化成液体，液流经过导液槽流入离心成纤设备上被拉长成短纤维。在成纤过程中将粘结剂、憎(亲)水剂等喷洒在纤维表面。这样，岩棉的每根纤维表面均有粘结剂和憎(亲)水剂，成板后制品无论如何切割，其表面均具有憎(亲)水性。纤维经过集棉装置成为棉片。棉片输送到摆锤机上进行叠棉，棉片在运动中叠加，成为一定厚度的叠加棉层。当对岩矿棉的力学强度有要求的时候，棉层进入打摺机中进一步挤压堆叠，或者再经过纵向压摺，进一步加大棉层的空间交叉绞合。然后进入固化炉中固化，固化作用是将粘结剂在一定温度下固化，使材料定型成为具有一定抗压强度的制品。连续固化得到的制品经过切割裁剪，成为一定规格的板材，最后检验包装，得到最终的岩棉产品。
岩棉VS其他材料
石棉(asbestos)也是一种广为人知的纤维材料。对普通人来说，“岩”和“石”听起来非常接近，把这两种材料混为一谈的大有人在，这种认知偏差可能导致了对岩棉产业的负面影响，甚至会引发一些社会矛盾。近日，南京万科“毒墙门”事件就是一个缩影。
那么，岩棉和石棉有什么区别呢？它们之间最本质的不同是，岩棉一种非晶态的人造纤维，石棉是晶态的天然矿物纤维。石棉具有一些比较好的性能，如耐磨擦、耐高温、绝缘性等，在有些领域还不可替代。但由于石棉的纤维是晶态的，它的纤维尺寸极小，其直径仅有头发丝的百分之一，且稳定性好，能在空气和水中悬浮数周。石棉已经被确认对人体健康是有害的，被国际癌症研究中心肯定为致癌物，在建材领域被明令禁止使用。
说到这里，有些读者可能会想，既然石棉对人体有害，那么岩棉也是矿物纤维，它对人体有没有害处呢？其实对这一点倒不用担心。现在岩棉的单纤维直径普遍在3微米以上，这种尺寸的纤维很难被人体吸入。世界卫生组织已经就岩棉纤维是否致癌进行了大量研究，结果清楚表明：岩棉纤维不是致癌物。另外，欧洲权威机构已经在这个问题上有几十年的研究经历，也没有任何证据说明岩棉具有致癌性。国际癌症研究署的专题项目(MonographsProgramme)专家组得出的结论是，常用的隔热玻璃棉、隔热岩棉与隔热矿渣棉的玻璃纤维棉，不被归类为人类致癌物质。在国内的学术界，也已经有专家在岩棉与人体健康的问题上做出了研究，指出在生产车间工作的工人和办公区工作的员工，他们的肺部情况没有显著的区别。正是出于以上强有力的理论基础和客观事实，岩棉在西方发达国家得到大力推广和应用。
岩棉在绿色环保节能领域起到了重要的作用，因为岩棉具有极好的隔热性能。热导率是衡量材料绝热性能的一项重要参数，热导率越小，其隔热保温性能就越好。从这个角度上来说，岩棉制品的隔热性能是钢筋混凝土的40倍，是砖土结构的20多倍，是水泥砂浆的30倍，是木材的3~5倍。用一种形象比喻就是，如果建筑用了岩棉板做保温，就像大楼穿上了棉衣。
但在所有的保温材料中，岩棉的绝热性能并不是最出色的。比如，岩棉的隔热性能可能要稍逊于聚氨酯发泡材料等。但是为什么岩棉在绿色节能领域如此备受推崇呢？
目前建筑领域采用的有机保温材料主要有模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫材料(XPS)、聚氨酯(PU)和酚醛泡沫(PF)等。它们都是泡沫形态的有机材料，在很多方面都拥有极为优秀的性能，如质量轻、隔热性好、隔声性能优，具有一定的弹性、低吸水性、耐低温性，易加工等。这些材料技术成熟、施工方便、性价比高，是保温节能建筑设计和建筑施工单位常用的隔热体系。但是这类材料有个致命的缺点，那就是防火性能。众所周知，有机材料都非常易燃。在楼房遭遇火灾的时候，它们不仅不能起到防火作用，其本身反而会成为一种燃烧物，加速火势的蔓延，而且在燃烧时会释放大量的热并产生大量有毒烟气，造成被困人员及救援人员伤亡。虽然有研究表明可以通过改性手段对这类有机材料进行处理，提高它们的防火等级，但是由此带来添加阻燃剂的毒性问题仍然不容忽视，因此在高层建筑及防火要求高的公共建筑中，它们都不是很好的选择。
相比这些有机的保温材料，岩棉作为A级不燃防火材料，其防火性能就显得尤其难能可贵。对一幢建筑来说，其防火性能的重要性不言而喻。近年来几次重大火灾安全事故，引起了建材行业的反思，也促使政府对建材行业做出了强制规定。在这种大环境下，岩棉所具有的极为优秀的防火性能就成为了和其他保温材料进行竞争的最大优势。无论是中国还是在欧美国家，岩棉都被视作一种良好的建筑防火安全解决方案，是高层建筑和公共建筑的首选材料，这些都充分反映在欧美国家EN13500与ETAG004标准的规定中。以民族精神最为严谨的德国为例，对22米以上的高层建筑，岩棉在德国外墙外保温系统中的市场份额为100%，可见岩棉对高层建筑防火的重要性。同时，由于岩棉接近中性，且具有极好的化学惰性，不会对与之接触的管道和墙体造成腐蚀。另外，岩棉内部结构疏松多孔，存在大量贯通的微型通道，使其成为一种“会呼吸的材料”。这种独特的性质在维持建筑内外湿度平衡、提高人居舒适度方面也发挥了重要的作用。
岩棉产品的质量情况
什么样的岩棉产品才真正称得上是绿色保温材料？《绿色建材评价技术导则》中已经从节能、减排、安全、便利和可循环等指标上进行了规定，虽然目前还没有专门的评价机构对岩棉企业和产品进行这样的评估，但岩棉产品本身的质量情况也确实是衡量其是否“绿色”的重要因素。
我国自上世纪80年代初从瑞典引入岩棉全套生产技术，岩棉开始在我国大规模产业化生产。当时主要是生产酸度系数在1.1~1.4的矿渣棉，主要用于工业设备和管道的保温，产品质量水平普遍不高，与国外先进水平存在较大差距。进入本世纪，随着人民生活水平的提高，对居住舒适度的追求和国家对建筑节能的要求，岩棉开始在建筑上得到应用，主要用于办公及公共建筑的屋面保温、内墙保温及防火门和彩钢夹芯板等。但由于岩棉价格相对较高，建筑商更愿意使用有机泡沫类的保温材料，岩棉没有得到大规模的推广和应用，产品质量也是参差不齐。但随之而来的几场大火，使人们认识到不燃保温材料的重要性，国家也相继发布了一系列建筑防火安全的法规和文件，规定用于高层建筑和公共建筑的保温材料必须使用A级不燃材料。在这个背景下，南京玻璃纤维研究设计院等单位牵头制定了GB/T25975-2010《建筑外墙外保温用岩棉制品》国家标准，该标准以国际最先进的欧洲建筑外墙外保温用岩棉标准为依据，对我国的建筑外墙外保温用岩棉产品提出了全新的技术要求，要生产出满足该标准要求的产品，必须在原料、生产技术装备、工艺参数控制等方面投入很大的改造。例如：为达到酸度系数大于1.6的要求，必须改变原有配方，增加玄武岩的配比；为满足岩棉板拉伸强度的要求，必须在集棉设备上增加摆锤，以改善岩棉板的平面铺层，形成纤维层之间相互勾连交错的三维结构板状制品，也使制品的密度均匀性大大提高；为降低吸水率和吸湿率、提高憎水率，必须采用具有较强憎水效果的粘结剂；为满足标准中对纤维直径和渣球含量的要求，必须对熔化、成纤设备进行改造升级；为满足对岩棉板尺寸精度的要求，必须采用高精度无尘切割技术。该标准的实施，不仅促进了我国建筑外墙外保温岩棉制品从无到有的发展，为岩棉在建筑外墙外保温系统中的应用提供了依据，同时促进了我国岩棉产业制造技术装备水平的提升，使我国岩棉产品的质量迈上了一个新的台阶，也促进了岩棉产业的发展和岩棉产品的应用。
岩棉品质的提升，使得岩棉在更多的建筑保温领域得到推广，为改善老百姓的居住环境、提升居住的舒适度，贡献了一份力量。为引导岩棉产业健康发展，遏制低水平重复建设和产能盲目扩张，保护生态环境，推进节能减排，提高资源能源利用水平，更好地服务于建筑安全和建筑节能，2012年国家工业和信息化部发布了《岩棉行业准入条件》，条件中明确了岩棉产品的质量要求，岩棉生产企业的工艺和装备水平以及岩棉生产的能耗、环保和综合利用的要求，从国家法规的层面对岩棉产品的品质要求和岩棉产业的健康绿色发展提供了保障。
岩棉的绿色应用
岩棉作为A级防火的绿色建筑材料，在国外，尤其是欧洲建筑市场得到了大量使用，已形成了成熟的产品标准和系统认证指南。北欧人均消耗量在20千克以上，美国人均消耗量为5~10千克。由于防火问题，在美国岩棉、矿渣棉占70%，在德国超过22米的建筑外保温几乎全部采用岩棉。在我国，岩棉作为建筑保温材料的使用率这两年提升得也非常快，特别是在对防火要求很高的公共建筑和高层建筑领域，其在民用建筑领域的使用率也在稳步提高。而根据测算，外墙建筑中每使用一吨岩棉保温产品，一年可节约1.5吨左右的标煤，按岩棉产品25年的生命周期算，共计可节约40吨左右标煤。以每吨岩棉生产能耗约400千克标煤算(3000~4000千瓦时)，能耗之比大约是100倍。这种节能效果是相当可观的。
岩棉在建筑上的应用主要有外墙外保温、防火隔离带、屋面保温3种应用形式。
外墙保温岩棉板具有较高的抗压和抗拉伸强度、较低的吸水和吸湿性、尺寸稳定性良好、不会产生热膨胀或收缩、耐老化等优点，能与外墙系统兼容，对建筑物提供有效的保温节能、防火及极端气候保护等多种性能。岩棉不燃烧，不释放热量和有毒烟气，火灾发生时还可以有效隔断火焰蔓延，防火性能卓越。另外，岩棉对碳钢、铝(合金)、铜等金属材料及建筑物中各种构件均不产生腐蚀，具有高效的吸音降噪和弹性消振的物理特性，不吸湿、耐老化，性能长期稳定。
岩棉带可以作为防火隔离带，与燃烧性能达不到A级的保温材料配套使用，以提高建筑物外墙的消防防火功能。外保温系统中采用岩棉作为防火隔离带能有效地阻止火焰在系统内部的传播。在火灾条件下，防火隔离带既要阻止或减缓火源对直接受火区域内外保温系统的攻击，又要阻止火焰通过外保温系统向外传播。同时，还要能够维持自身阻火构造体的稳定存在及维持系统保护面层的基本稳定。
高强度的防火岩棉板可以作为保温层和承载层，与柔性防水卷材、隔汽层、系统紧固件组合形成的屋面系统，一般应用于工业厂房、机场、商场、体育场馆及仓储设施等钢结构或混凝土平顶屋面。这种系统是一种具有安全防火、高效节能和吸音隔音功能的新型屋面体系，目前在欧美等国家已经得到广泛应用。
当然，岩棉作为一种保温材料，首先是出现在工业领域中。在一些厂房车间中，只要有传热情况的发生，基本上都能看到岩棉的身影，比如在锅炉上使用岩棉，构建成轻质炉墙，在保温的同时，也可以减轻大型火力发电锅炉或快装锅炉整体重量；此外，由于岩棉板可以作30°以内的弯曲，同时具有半硬质和软质的双重特点，可用作大直径的设备管道保温，非常便于施工。
除此之外，岩棉的优异性能也吸引了其他特殊领域的注意，比如造船行业和农业。船只是一类特殊的交通工具，尤其对远洋船只，一旦发生灾难，会出现救援困难、补给困难、人员逃生几率低等困境，为防患于未然，此类行业对材料的选择尤为重视。在国内的造船行业中，到上世纪末，各大造船厂基本完成了复合岩棉板取代硅酸钙板的过程。
在农业领域，无土栽培技术逐渐受到重视。由于岩棉不含化学添加物，本身也体现出极好的化学惰性，质轻、多孔，对化学施肥不产生任何影响，并且作物根部气相比例高，疏水性强，是水培系统中比较理想的基质。我国上世纪90年代引进使用效果良好，受到园艺种植者的青睐。
岩棉的绿色生产
目前，国内现有成熟的矿物棉制品生产线单线产能在2万~3万吨，然而现有技术已满足不了更大产能、更低能耗、更加自动化的绿色生产要求。为改善这种局面，我国岩棉产业已经为此做出了很多努力，如南京玻纤院通过自主研发和部分关键部件的引进实现了对年产5万吨级矿物棉生产线的设计。这类生产线实现了矿物棉规模化生产，同时大大降低了生产能耗；在生产过程中，采用自动化智能化物流系统，提高了生产线自动化程度。正是通过这种变革，改变了传统岩棉产业粗放式的生产模式，进而转向集约化生产管理模式。
节能减排是实现绿色生产不可忽视的环节。然而，依据我国矿物棉发展现状，节能减排的任务依然非常沉重。在国家节能减排的大趋势下，矿物棉生产中产生的废气、废水及废渣(简称“三废”)需要进行综合治理及管理，符合环境管理部门检测，符合国家相关政策要求。
大体上，现代化岩棉生产线若要实现绿色生产目标，往往要着眼于以下几点。一是回收利用一氧化碳。众所周知，一氧化碳有毒，且会造成温室效应。但同时一氧化碳本身又是一种燃料，它是煤气的主要成分。现代化生产线往往设立了废气焚烧装置，充分燃烧废气中的一氧化碳。同时，为了节能，对余热也要加以回收利用，比如可以使用换热系统首先供暖，或加热自来水，实现工厂生活区的日常热水供应，更彻底地实现节能目标。二是废水的回收利用。废水几乎是所有工业生产线都要考虑的问题。废水回收系统或废水净化系统是现代化生产线所必须的。对岩棉产业，污水经过过滤装置处理后，回用至粘结剂配制站，可实现生产废水零排放。三是过滤粉尘。粉尘是悬浮在空气中的细小颗粒，长期吸入会对工人和附近居民的健康造成很大危害。现代化生产线应配备完善的粉尘过滤体系，过滤废气中携带的粉尘，实现废气的达标排放，同时，过滤下来的粉尘应设法回收利用。四是避免二氧化硫的排放。二氧化硫是造成酸雨的主要元凶，同时也危害人类的生命健康。现代化生产线应配备脱硫系统，去除废气中的二氧化硫，实现清洁化生产的目标。五是固体废物的回收。生产线产生的废渣、废棉应该通过回用系统重新用于矿物棉生产，从而实现矿物棉生产线固废的循环使用，降低生产成本。
目前，以南京玻纤院设计出的生产线为代表的一系列现代化生产线，正是通过以上一系列的先进环保处理技术，真正实现了工厂的洁净生产，环境友好。
同时，对企业本身来说，实现绿色生产不仅符合国家政策和人们的愿望，同时对企业本身的盈利，往往也有所裨益。生产废料的乱排放行为不仅损害了环境和人们的利益，即便从企业自身的利益来说，也是一种短视行为。以上文所提到的固废回收来说，工业固体废弃物(简称工业固废)是在工业生产过程中排出的采矿废石、选矿尾矿、燃料废渣、冶炼及化工过程废渣等固体废物。根据《大宗工业固体废物综合利用“十二五”规划》中的相关数据统计，大宗工业固废总堆存量达到270亿吨，堆存将新增占用40万亩。工业固废直接排入环境会造成严重环境污染，而填埋处理需占用大量的土地资源，同时造成资源的浪费。
就矿物棉行业而言，国际上已经有少数发达国家研发出新的矿物棉生产技术，利用工业固废代替天然矿石作为矿物棉生产原料，这种技术可以把90%以上的固废变废为宝。该技术的运用一方面减少了天然矿石的消耗，另一方面能够有效处理工业固废，实现能源优化利用，是一种值得大力提倡的技术。然而国内矿物棉生产使用的原料仍然以天然矿石为主，添加少量的工业矿渣。而工业固废为原料大规模用于矿物棉生产技术在国内仍处于起步阶段，急需通过自主研发实现工业固废回收的综合利用及天然矿石资源的保护。如果采用矿物棉生产新技术，就2014年我国矿物棉总产能215万吨估算，可增加矿物棉行业收入约8.6亿元，经济价值非常可观。
