第七章無(wú)機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料ppt課件

1、第七章 無(wú)機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境資料內(nèi) 容7.1 概述7.2 無(wú)機(jī)非金屬資料的生態(tài)化改造7.3 無(wú)機(jī)非金屬資料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)7.4 生態(tài)建材7.1 概論一、 無(wú)機(jī)非金屬資料的分類、特點(diǎn)及其生態(tài)化改造的重點(diǎn)及難點(diǎn) 無(wú)機(jī)非金屬資料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的資料，是除高分子資料和金屬資料以外的一切資料的統(tǒng)稱。 材 料 品種示例 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料 水泥和其他膠凝材料 硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等 陶 瓷 粘土質(zhì)、長(zhǎng)石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等 耐火材料 硅質(zhì)、硅酸鹽質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)等 玻 璃 硅酸鹽、硼

2、酸鹽、氧化物、硫化物和鹵素化合物玻璃等 搪 瓷 鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等 鑄 石 輝綠石、玄武巖、鑄石等 研磨材料 氧化硅、氧化鋁、碳化硅等 多孔材料 硅藻土、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等 碳素材料 石墨、焦炭和各種碳素制品等 非金屬礦 粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石等 新型無(wú)機(jī)非金屬材料 高頻絕緣材料 氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等 鐵電和壓電材料 鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等 磁性材料 錳-鋅、鎳-鋅、錳-鎂、鋰-錳等鐵氧體、磁記錄和磁泡材料等 導(dǎo)體陶瓷 鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等 半導(dǎo)體陶瓷 鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過(guò)渡金屬元

3、素氧化物系材料等 光學(xué)材料 釔鋁石榴石激光材料，氧化鋁、氧化釔透明材料和石英系或多組分玻璃的光導(dǎo)纖維等 高溫結(jié)構(gòu)陶瓷 高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等難熔化合物 超硬材料 碳化鈦、人造金剛石和立方氮化硼等 人工晶體 鈮酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、氟金云母等 生物陶瓷 長(zhǎng)石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材和酶的載體等 無(wú)機(jī)復(fù)合材料 陶瓷基、金屬基、碳素基的復(fù)合材料 無(wú)機(jī)非金屬資料的分類二、 制備無(wú)機(jī)非金屬資料的原料及其生態(tài)化改造對(duì)策 地殼中硅酸鹽和鋁硅酸鹽占明顯優(yōu)勢(shì)，它們和其他一些氧化物礦物是制備無(wú)機(jī)非金屬資料的最主要原料。 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬資料原料大多直接取自天然礦物，就原料而言環(huán)境負(fù)荷低。 采用地殼中

4、含量最為豐富的氧化鋁、氧化硅和生物圈、大氣圈中含量豐富并可以再循環(huán)的碳、氮為主要原料，應(yīng)是無(wú)機(jī)非金屬資料原料生態(tài)化的首選。 三、 無(wú)機(jī)非金屬資料的消費(fèi)工藝及其生態(tài)化改造對(duì)策 普通無(wú)機(jī)非金屬資料的消費(fèi)工藝通常都要經(jīng)過(guò)以下工序：粉料制備、成型、高溫?zé)珊秃筇幹谩?對(duì)一切的原料，作為共同的特點(diǎn)，高溫?zé)赡耸亲钪匾墓ば颉?無(wú)機(jī)非金屬資料環(huán)境負(fù)荷最大的工藝環(huán)節(jié)是高溫過(guò)程和粉碎過(guò)程，總體而言，采用以電為熱源的延續(xù)式加熱工藝和閉路粉碎工藝具有較小的能耗和污染。 1 水泥 2 耐火資料 1原料煅燒 2原料加工 3燒成 玻璃 硅酸鹽玻璃是以石英砂、石灰石、純堿等為主要原料，經(jīng)高溫熔制、成型、熱處置、冷加工等工

5、序制成。 4 陶瓷傳統(tǒng)陶瓷與先進(jìn)陶瓷 1粉體制備 2陶瓷成型 3陶瓷燒結(jié) 4陶瓷加工 5 碳素資料 1碳碳復(fù)合資料的浸漬碳化法 2碳碳復(fù)合資料的氣相滲積法6 無(wú)機(jī)涂層 經(jīng)過(guò)特定工藝將無(wú)機(jī)非金屬資料附著于基體資料外表制成膜狀資料，起到維護(hù)、裝飾和特殊功能的作用，可以充分發(fā)揚(yáng)膜與基體資料各自的優(yōu)勢(shì)。涂層工藝按涂層組元被涂到基體外表以前的形狀分為氣相法、液相法和固相法三種。 四、 無(wú)機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境資料設(shè)計(jì)思想 對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬資料，由于加工的困難性，通常資料和產(chǎn)品是同時(shí)完成的，資料即是產(chǎn)品，產(chǎn)品即是資料，二者不可分割。 由于無(wú)機(jī)非金屬資料的固有特點(diǎn)，MLCA和PLCA是一致的，并貫穿于資料產(chǎn)品的設(shè)

6、計(jì)、制造、運(yùn)用等整個(gè)壽命周期中。 7.2 無(wú)機(jī)非金屬資料的生態(tài)化改造 一、 傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬資料面臨的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題 1運(yùn)用性能與環(huán)境協(xié)調(diào)性的矛盾突出 2制備過(guò)程中能耗高 3很難再循環(huán)利用 4固體廢棄物難處置 5有毒有害添加劑和排放物問(wèn)題 6土地資源占用和耗費(fèi)量大、破壞嚴(yán)重二、 無(wú)機(jī)非金屬資料原料的生態(tài)化設(shè)計(jì) 1高純化與復(fù)合化2天然原料與合成原料三、 無(wú)機(jī)非金屬資料的構(gòu)造、性能設(shè)計(jì)和長(zhǎng)壽命化改造1 性能設(shè)計(jì)1長(zhǎng)壽命化性能設(shè)計(jì)的原那么 1以服役條件、失效分析為根據(jù)。 2將成分設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)相結(jié)合。 2高溫性能設(shè)計(jì) 1高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能設(shè)計(jì) 2熱震抗力設(shè)計(jì) 3抗氧化設(shè)計(jì) 3強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性能

7、設(shè)計(jì)外加應(yīng)力 資料斷裂強(qiáng)度 外加應(yīng)力強(qiáng)度因子 資料斷裂韌性 應(yīng)力腐蝕指數(shù)疲勞指數(shù)4耐腐蝕、磨損性能設(shè)計(jì)2構(gòu)造設(shè)計(jì) 1晶粒設(shè)計(jì) 1晶粒尺寸 2晶粒外形 2晶界設(shè)計(jì) 3多相復(fù)合設(shè)計(jì) 1原位自生復(fù)相構(gòu)造 2納米復(fù)合構(gòu)造 3纖維、晶須復(fù)合構(gòu)造 4智能自修復(fù)構(gòu)造 3無(wú)機(jī)非金屬資料長(zhǎng)壽命化的典型設(shè)計(jì)陶瓷涂層 在一種資料外表構(gòu)成另一種資料的涂層 1鍋爐傳熱管陶瓷涂層 2飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷絕熱涂層四、 與運(yùn)用有關(guān)的無(wú)機(jī)非金屬資料生態(tài)化改造和宏觀構(gòu)造設(shè)計(jì)陶瓷的切斷抗力 陶瓷的正斷抗力金屬的正斷抗力 金屬的切斷抗力軟性系數(shù) 對(duì)陶瓷資料進(jìn)展強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留意以下兩點(diǎn)：1陶瓷資料該當(dāng)盡能夠防止用于較硬的應(yīng)力形狀單向拉伸、

8、多向拉伸或缺口拉伸等。 2采用組合式構(gòu)造，將拉應(yīng)力形狀盡能夠地轉(zhuǎn)化為較軟的應(yīng)力形狀。 五、無(wú)機(jī)非金屬資料生態(tài)化改造實(shí)例1成分設(shè)計(jì)實(shí)例新型粘土質(zhì)復(fù)相陶瓷 粘土的主要成分是SiO2和Al2O3，假定的化學(xué)通式為Al2O32SiO22H2O，此外還含有Fe、Ti、Mg、Ca等氧化物。 3CSiO2SiC2CO 煅燒在氮?dú)饩S護(hù)下進(jìn)展，那么最終制成Si3N4和Al2O3。 作為碳源，也可以在粘土中直接混入廢木屑、廢紙漿、植物秸稈等，這樣制成的資料那么具有類似晶須的強(qiáng)韌化作用，并可以實(shí)現(xiàn)廢物利用。 2構(gòu)造設(shè)計(jì)實(shí)例功能型多孔過(guò)濾器資料 將延續(xù)的多孔管道設(shè)計(jì)、延續(xù)的導(dǎo)電相設(shè)計(jì)、不延續(xù)加強(qiáng)相設(shè)計(jì)等三個(gè)相互矛盾的

9、要素結(jié)合于一體。 3 性能設(shè)計(jì)實(shí)例高性能碳化硅資料 1增韌碳化硅窯具 熱應(yīng)力作用下的損壞主要分兩類：熱震破壞和熱震損傷。 21600C級(jí)碳化硅發(fā)熱體 1氧化膜改性。 2復(fù)合涂層 3顯微構(gòu)造設(shè)計(jì) 7.3 無(wú)機(jī)非金屬資料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù) 對(duì)無(wú)機(jī)非金屬資料排放和廢棄的控制以及以此為目的的零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)，是無(wú)機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境資料研討的重要內(nèi)容。 一、無(wú)機(jī)非金屬資料的低能耗、少污染制備技術(shù)1免燒和低溫固結(jié)技術(shù)1水熱熱壓 2反響硬化型免燒陶瓷和電堆積陶瓷膜1反響硬化型陶瓷磷灰石水泥 2電堆積陶瓷膜 2 快速燒結(jié)技術(shù)1微波燒結(jié)2爆炸燒結(jié)3 反響燒結(jié)技術(shù)1反響燒結(jié) 2自蔓延燒結(jié)3Lan

10、xideTM方法4 近凈尺寸成型和可切削技術(shù) 1近凈尺寸成型技術(shù)direct coagulation casting，DCC 2可切削技術(shù)二、無(wú)機(jī)非金屬固體廢棄物的再循環(huán)與再利用 無(wú)機(jī)非金屬固體廢棄物的高附加值利用方法有：分別法，可提取其他元素或化合物；合成法，再添加其他原料，可制備新資料；完全利用法，即完全利用廢料制成新資料。 1 粉煤灰、煤矸石1粉煤灰制取沸石2粉煤灰、煤矸石制備高性能陶瓷2建筑廢料、廢混凝土、廢陶瓷3高爐渣、鋼渣7.4 生態(tài)建材 水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑裝飾裝修資料等 一、建筑資料與環(huán)境1建筑資料對(duì)地球環(huán)境的影響2地球環(huán)境對(duì)建筑資料的影響 3建筑資料對(duì)人類居住環(huán)境的影

11、響二、生態(tài)建材根本概念 生態(tài)建材就是賦予優(yōu)良環(huán)境協(xié)調(diào)性的建筑資料，故又稱環(huán)境協(xié)調(diào)建材，這一類資料環(huán)境協(xié)調(diào)性好，既具有優(yōu)良性能，又有益于人體安康。1具有優(yōu)良的運(yùn)用性能：2消費(fèi)時(shí)少用或不用天然資源，大量運(yùn)用廢棄物作為再生資源；3采用清潔的消費(fèi)技術(shù)，廢氣、廢渣和廢水的排放量相對(duì)較少；4運(yùn)用過(guò)程中有益于人體安康、有利于生態(tài)環(huán)境改善及與環(huán)境相調(diào)和；5廢棄后使之作為再生資源或能源加以利用，或能作凈化處置。生態(tài)建材有如下主要特點(diǎn)：三、生態(tài)建材的研討內(nèi)容目的是經(jīng)過(guò)對(duì)資料環(huán)境問(wèn)題的研討，尋覓在消費(fèi)、運(yùn)用和再生過(guò)程中具有最低環(huán)境負(fù)荷的性能優(yōu)良的建筑資料，以滿足人類社會(huì)開(kāi)展的需求。 傳統(tǒng)建材的生態(tài)化改造 開(kāi)展新型生

12、態(tài)建材的研討 將環(huán)境認(rèn)識(shí)引入建筑資料 四、 生態(tài)建材的研討開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀1 水泥1低環(huán)境負(fù)荷水泥添加料 2生態(tài)水泥3降低能耗的新工藝4廢棄物再生利用技術(shù)2混凝土1環(huán)境負(fù)荷降低型生態(tài)混凝土1降低制造時(shí)的環(huán)境負(fù)荷 2降低運(yùn)用時(shí)的環(huán)境負(fù)荷 3利用混凝土降低環(huán)境負(fù)荷 2生物對(duì)應(yīng)型生態(tài)混凝土3平板玻璃 1熱反射玻璃2高性能隔熱玻璃3自動(dòng)調(diào)光玻璃4隔音隔熱玻璃5電磁屏蔽玻璃6抗菌自潔玻璃 4建筑裝飾裝修資料1建筑涂料2壁紙墻布3建筑膠粘劑4建筑衛(wèi)生陶瓷 鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。特別可貴的是鈦白無(wú)毒。它的熔點(diǎn)很高，被用來(lái)制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗(yàn)器皿等。 二氧化鈦是世界上最白的東西， 1