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硅酸镁保温材料的由来和发展
汤齐生
一.背景及概况
二十世纪八十年代初,能源短缺已经制约着国民经济的发展,有识之士有非常关注能源问题。1983年3月,国家指定了”开发能源与节约能源并重,当前重点是节约能源”的能源工作方针。从国务院、中央各部、委，到各省、市、自治区至地级市的各级政府，均设置了能源司、局、处，个大中型企业设置了能源办，配备了专职工作人员。从此，节能工作被纳入了议事日程。“节能、降耗、优质”成了评定企、事业单位优劣和考核职工的标准。节约能源并非权宜之计，而是“保护资源，造福子孙”的历史责任。
节约能源有成百上千的课题、项目、技术、工艺、材料和产品。但据西方工业发达国家的资料和数据表明，在热力设备和管道上应用性能优良的保温材料代替传统的保温材料，一般可节能15~20%。因为性能优良的保温材料，是进行综合性热设计，有效地防止热散失，节约能源，保证设计所需的工艺热参数，从而确保产品质量的必要条件和物质基础。
硅酸镁保温材料就是顺应这样的历史条件研究成功的。也是中国人利用自己的本土资源，自行设计，独立研制开发出的一种无机轻质纤维颗粒微孔高效低耗节能材料。根据北京市节能中心监测处1990年12月在北京燕山石化合成橡胶厂对硅酸镁保温性能的《检测报告》：“管径D235mm，工作介质温度290℃，保温层厚度0.04m，保温层表面温度39.63℃，环境温度24.31℃，环境风速0.20m/s，裸管热散失量5548.74Kcal/m2*h，保温后单位面积热散失量122.29 Kcal/m2*h，隔热率97.80%。”使用寿命可参考2003年12月18日对中国铝业广西分公司氧化铝厂的《回访单》，平果一期工程30万吨氧化铝蒸发车间设备及管道保温，由贵阳铝镁设计院设计，选用长城牌硅酸镁保温材料，十一冶施工安装，1995年9月完工，使用至今已9年多了。氧化铝长蒸发车间主任陈中源意见：经过几年来的使用验证，其保温材料保温效果满足生产要求。“该厂总工黄红军签注：“上述结论正确属实。”可谓使用寿命长，且证明拥护对保温效果满意，也证明设计选材正确，可谓优化，并接受了实践和时间的验证。
二.由来和发展
1983年至1993年，我先后创办了民营科技企业—内江市长征节能产品设备厂、内江市长城节能产品厂、成都长城节能研究所，立志研制开发一种无机轻质，导热系数抵，理化性能稳定，使用寿命长的保温（绝热）材料。经过一年多的时间，收集、分析原料，从数十种矿石资源中筛选出了玻缕石、海泡石、蛇纹石、膨润土等几种矿物为研究开发对象。因为，这几种物质都是含水铝镁硅酸盐矿物，属斜方晶系或斜单晶系，质轻、比重小。其中，玻缕石、海泡石干后能浮于水面，湿时柔软而干后又坚韧、不开裂，具有较强的吸附性和分散性。热稳定性极高，在350℃时晶体无任何变化，耐高温性能达1500℃--1800℃，抗碱度高，溶于盐酸。在偏光显微镜下，发现矿物呈细小纤维状、鳞片或针状集合体。用电子显微镜观察，其形态为纤维状、杆状之晶体成束状、交织状集合体。然而，国内外尚无人开采玻缕石，也缺乏地矿资料。于是，我只好聘请地质工程师在云、贵、川、陕等省反复查找。工夫不负有心人，终于找到了蕴藏量数以万吨计的两个地区和7个县。接着又派人前往矿区发动农民开采，现金收购。应该说，是我把生成于地质古生代、中生代，已经沉睡了亿万年的玻缕石从地层唤醒，又满腔热情地把它请出来参加节约能源的工作。
同期，1984年秋天，我又在四川垫江县（今属重庆市辖）创办了民营科技企业—“三峡开发公司”，自任董事长兼总工，下设非独立核算的实验工厂—“垫江县三峡节能材料厂”，同时，在内江和垫江两地对采购到的几种矿石进行处理研究，从用锉刀手工加工，粒度筛人工分选至设计专用破碎机生产；根据矿物的电子结构，试用选择化学试剂，进行疏解、分散；研究生产化学性相同的粘接剂；选择理化性能相近的填充剂等，经200多次调整配方，在1985年3月生产出了第一批小样产品，计1.3m3。形如清玉米糊、芝麻糊状，故俗称“浆料”。我将其命名为“JGC—853保温隔热节能材料”，并以“三峡开发公司”和“内江市长征节能产品厂”名义写了一份《产品说明书》。“JGC”是汉语拼音“节能、隔热、材料”的第一个字母，“853”是为纪念该产品诞生于1985年3月。这批产品分别免费试用于垫江化肥厂和自贡市鸿鹤化工总厂。鸿鹤化工总厂是用于纯碱生产工艺的“猪尾管”，其工作介质温度高达800℃，也是过去没有材料可保温，任其热散失的部位。在不停产高温运行的条件下，我们完成了应用施工。但保温效果和使用寿命如何？需待观察一年，接受生产运行和时间的考验。
1985年，我去自贡市鸿鹤化工总厂回访，同该厂节能办朱工等一道检测。该“猪尾管”工作介质温度800℃，保温层厚度180mm，保温层表面温度46℃，环境温度28℃，无风。且历时一年保温层完好如新，无裂纹，不开裂，更无脱落现象。使我深受激励，倍感欣慰。
而产品质量，只是用标准确定。要制定标准又必须准确测试产品的各项理化性能，以数据为基础。于是，我又在内江市长征节能产品设备厂制作样品，先后送请四川建材科研所、国家技术质量监督局中国测试技术研究院、四川大学、成都科技大学、公安部四川消 2 防科研所等单位反复测试、验证。同时报经内江市标准局同意，又历时一年多，三易其稿，三上两下，于1986年6月审定通过了内江市地方标准QB/NJ714-86《JGC-800保温隔热材料》。这是该产品的第一次更名。因为“853”对我而言，虽有纪念意义，但不符合制标的“三性”（先进性、科学性、适用性）。“800”表示该产品的安全使用温度，既先进又科学。后来，国家颁布的《标准法》规定，只有国标、部标和企业标准，没有地方标准。经内江市标准局同意，原内江市地方标准QB/NJ714-86《JGC-800保温隔热材料》更名为成都长城节能研究所《企业标准》，亦即现在深圳市祝邦实业发展有限公司、惠州大亚湾祝邦科技有限公司的《企业标准》。
同年5月，四川省计划经济委员会将该材料列入了《四川省一九八七年重点新产品开发计划》项目。然而，至此我已耗资人民币30多万元，债台高筑，举步维艰，头发变白了，饱一餐饿一餐，胃从发炎、糜烂、溃疡到穿孔，真是贫困交加，可谓面临破产和“死亡”。“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”，胃部分切除手术治疗拆线后第三天，我就去四川省科委求援。四川省科委远见卓识，果敢决定将科研经费贷款60万元给我，使我及时偿还了债务，购买了设备和原料，建成了年产5000 m3的工业化中间实验生产线。为集中人、财、物力，尽快完成中试，我注销了“三峡开发公司”及其非独立核算的分支机构—“垫江县三峡节能产品厂”。中试产品广泛用于了冶金、电力、石油、华工等工业热力设备及管道的保温，受到了拥护的一致肯定和好评。
1988年元月9日，经四川省计经委批准，在成都通过了《四川省技术开发成果鉴定》。在鉴定会上，鉴定小组组长、四川省副省长、物理学家康振黄教授认为：“JGC-800保温隔热材料”这个名称还不理想，主张启用一个简单、精确、好记的名称。鉴于该材料的主要成分是硅、铝、镁，又因为市场上已经有硅酸铝、硅酸钙了，于是就取了一个“硅酸镁”，该提议被一致通过，从此，该材料便有了硅酸镁保温材料这个名称。
由于该材料含铝成分比镁多，因此，我们将该材料又称为“硅酸铝镁”，既表示含铝，又区别于硅酸铝。
还有一种“复合硅酸盐保温材料”的叫法，所有的矿物质都泛称硅酸盐，如的确是以玻缕石、海泡石等为主要原料，叫“硅酸盐保温材料”又何曾不可；如不用玻缕石、海泡石，而用其他矿物质制造的保温材料，只要是无机的，叫“硅酸盐也未可厚非。如水泥是硅酸盐制品，玻璃也是硅酸盐制品。当然，保温材料也应该有硅酸盐制品。但其理化性能肯定与硅酸镁这种盐酸盐制品有所不同。至于“复合”，是由于1990年联合国教科文组织 3 把“复合材料”列入了高科技范围内。同年，我国也将“复合材料”列入“高新技术”目录。于是，“复合”便时髦了，流行了。而据我所知，“复合材料”一词，是来源于“达希原理”。达希是美国普杜大学教授，国际材料学会测试中心主任。1989年，达希教授在国际材料学会上发表的一篇论文宣称，他在测试中发现，已有人研制出了一种具有纤维、颗粒、微孔复合结构的无机绝热材料。这种具有复合组织结构的绝热材料比单一的纤维状、颗粒状、微孔状结构的绝热材料理化性能优良，扬了单一结构材料之长，避了单一结构材料之短。达希教授认为“复合材料”是未来新材料研制发展的方向。达希教授还主张有机材料也研制结构复合。无机材料与有机材料，无机材料与金属材料也应该研制结构复合。这篇论文被材料科学工作者们推崇为“达希原理”，也称“复合材料论”。而达希教授的论文又是根据测试硅酸镁保温材料的发现撰写的。并用电子显微镜拍摄了硅酸镁复合结构的照片附在论文上。达希教授测试的硅酸镁保温材料，是1988年10月美国IEC公司（加州国际能源公司）董事长迈克尔先生，派人专程来华同我洽谈投资合作时，索要的样品。经达希教授测试后，1989年元月，迈克尔先生即专程来华，到四川内江和我洽谈，第三天即签订了《合作协议》，由迈克尔先生投资2千万美圆，占股55%，我投入硅酸镁绝热材料生产技术，占股45%，在中国四川内江市和美国加州硅谷创建生产硅酸镁材料的公司。但因当年的“6.4事件”影响了中美关系，终止了合作协议。1990年，现任重庆大学热动系主任刘希礼教授，从美国加州大学完成博士后工作回国后，立即到成都长城节能研究所来拜访我，要求兼任我所研究员，祥述了达希教授测试硅酸镁的情况，将被公认为“达希原理”的达希教授的论文的原文送给了我。事实证明，是对硅酸镁材料的测试引出了“复合材料论”的“达希原理”。然而，在达希教授未测试硅酸镁和发表“复合材料论”之前，我也没有认识到材料在结构上的复合性对材料性能的作用。“达希原理”也解答了我和许多材料、热学、热工科技工作者多年来对硅酸镁保温材料热效应原理的疑问。因为硅酸镁保温材料与法国人研制的岩棉的导热系数相差并不大，为什么用硅酸镁做保温层，其厚度比岩棉薄1/2到2/3时，被保温的热力设备及管道的热散失却更少，硅酸镁的隔热率达到95%以上。原因就在于硅酸镁是具有纤维颗粒微孔复合结构的材料，而岩棉是单一纤维状结构的材料。硅酸镁扬了岩棉之长，避了岩棉之短。因此，虽导热系数相近，但热效应原理不同，故做保温层的厚度也不相同，且隔热率也相差较甚大。根据隔热效果与保温材料相关的原理，我又想到保温材料在应用施工安装时，尚有一个结构问题，于是我们又制订了《硅酸镁保温材料施工方案》、《硅酸镁保温材料施工质量管理规范》，使保温层整体完好，且 4 整洁、美观，从而更好地实现保温隔热的本义。此外，还有生产“复合硅酸盐”的厂家说，“把很多原料加在一起搅拌就是复合”，其实那是对“复合”的误解。果真如此，则只能称为“混合”。
1990年，中国科学院编印了《中国高新技术企业与事业单位名录》，研制生产长城牌硅酸镁保温材料的成都长城节能研究所，内江市长征节能产品设备厂被收入了该书。国家高新技术局局长在该书序言中指出：“这是一本代表我国科技先进水平，检索我国高新技术及其企事业单位的工具书”。
硅酸镁保温材料从1985年3月问世至今，已十八年多了。拟人化的说，真是“几多风雨几多愁，酸甜苦乐欲何求“？硅酸镁保温材料在冷酷的市场竞争中经受了磨练，已更加成熟，发展成为管壳、板材、软毡、胶泥料、粘接剂、防水剂等系列产品。已广泛应用于冶金、电力、石油、化工、轻工、建材、医药、食品等工业热力（制冷）设备及管道保温隔热，民用建筑围护（墙体、屋顶）保温隔热，已批量出口创汇。由于其干燥容量小，导热系数低，理化性能稳定，节约效果显著，隔热率高达95%以上，且耐酸耐碱耐油，无毒无尘，无放射性，兼具不燃性；施工简捷，无刺激，一般不需要保温钉钩、网箍等辅助材料，保温工程总造价低；使用寿命长，受到了国内外用户的一致好评。以先后得到国家九个部、委肯定和推荐。1989年，获四川省人民政府“优秀新产品”奖牌和《荣誉证书》；1992年，获“国家新技术新产品”金奖；1997年获“全国新技术新产品博览会”金奖。1995年，经国家科委，外交部报经联合国教科文组织审查同意后，被列为联合国第十五届环抱节约会议向世界各国政府推荐的唯一绝热节能材料。
在此，有必要附带一提的是，字二十世纪九十年代初期开始，在神州大地上如雨后春笋般地涌现出了各种名目的硅酸镁保温材料、复合硅酸盐保温材料、海泡石基保温材料等等，其主要技术参数又与长城牌硅酸镁保温材料相似，甚至雷同。不能不使人又喜又忧，喜的是由此可见我国经济建设在发展，国民节能意识在增强；保温材料需求量大，有需求才会有供应；品种和生产厂家多了，更便于选择；同时也说明了研制开发生产保温材料并非“无事找事干”，患了“精神分裂症”，而是“有利可图”，可以发家致富。忧的是泥沙俱下，鱼目混珠，优劣难分，甚至酿成市场混乱。我也多次遭遇尴尬，被弄得啼笑皆非。现仅就我经历的二、三事简介如下，仅供选材时参考。1992年9月，我突然收到台湾新生建材公司张英峰先生特快专递的致函，向我索赔1m3的硅酸镁保温材料的货款。张先生在函中称：“见到硅酸镁保温材料的《产品说明书》十分高兴。本欲为你们在意大利、法国 5 拓展市场，我才托大陆的朋友用300美圆买了1m3的硅酸镁保温材料样品。但是运到意大利后，形如豆渣，这是什么绝热材料？我和朋友都十分气愤！你必须退还货款，赔偿损失”。经查，张先生根本没有向我们购买过产品。虽然张先生在函中还宣称：“我再也不想和你们做生意了！”但我却认为张先生是一位对硅酸镁保温材料感兴趣、值得结交的朋友。于是，我函覆张英峰先生：“惠书欣悉，深感遗憾。由于长城牌硅酸镁保温材料给先生造成的损失我可以加倍赔偿。但请先生在方便之时来成都面商。并盼提前电告，以便恭迎！”一个多月后，张英峰先生真的来了成都。我热情地接待了他，并亲自陪同他参观了我们的生产过程，随机抽样送国家技术监督局中国测试技术研究院检测，又走访用户四川化工总厂，听取了该厂生产技术处主管保温的工程师和生产一线员工的反馈意见。最后，我对他说：张先生，真的深感遗憾，我俩相识恨犹晚，而你又没有买到我研制生产的硅酸镁。现在您已经有经济损失了，我又表示过可以加倍赔偿您的损失，但办法只有一个，就是您买我101m3长城牌硅酸镁保温材料，无论您需要板材、管壳、胶泥料，我都以优惠价格300美圆/1m3给您。而且作为FOB（离岸交货）报价，即包括运费在内。您如果买得越多，我补偿您的损失也就越多。至于您上次购买的不是我研制生产的硅酸镁，那就与我无关了。最后，张先生一再表示感谢，随即签订了购买601m3硅酸镁保温材料（一火车皮）的供销合同，第二天付货款1.8万美圆。这批货按时运到了意大利。又过了一个多月，张先生又飞来成都。一见面就说：太棒了！您的硅酸镁在意大利、法国，我销售均价为800美圆1m3。我还要买。我说：按原价，要多少给多少，任然保质保量，按时供货。他满意地获得了利润，我感谢他热情而不辞劳苦地把中国制造的硅酸镁绝热材料销往了西欧市场，他理所当然应该获得高利润、高报酬。1993年6月，我受新疆自治区建筑设计院邀请，去乌鲁木齐探讨民用建筑围护（墙体、屋顶）保温隔热问题。设计院的朋友们说：劳驾您来新疆，是因为我们从国家建设部的文件上知道，您承担了《建设部七.五重点科研调整计划》中“硅酸镁在建筑上应用开发”这个科研课题项目，您在“乌鲁木齐市新型保温材料厂”担任总工生产的硅酸镁保温材料，在工业设备及管道上应用的情况，我们不好评论，但用于建筑墙体就有一些问题，目前发现的主要是粘附力差，开裂，还有脱落。是工程队施工方法不正确，还是您老没有把建筑用的配方告诉这个厂？新疆冬季气温低，取暖时间长，建筑围护保温势在必行。您承担了建设部科研计划的这个课题，我们都很敬重您。现在我们遇到了困难，只好请教您了。并将“乌鲁木齐新型保温材料厂”硅酸镁保温材料《产品说明书》翻着给我看。其封底用黑体字醒目地印着“总工程师汤齐生”。再翻开一看，其主要技术 6 数据，甚至文字组词造句都与我的“产品简介”相同。但我根本就不知道新疆乌市有这样一个硅酸镁生产厂，我又啼笑皆非了。我只好说：建设部的科研项目，是我申请批准立项的，我绝对负责，而且已经取得了肯定性的可喜进展。我既来了，就表示我有诚意同诸工共同探讨，共同为建筑节能作出贡献。但是，我主张我们一道先去乌市的这个厂考察一下。因为，我这个汤齐生并不知道有这个厂，而这个厂的总工也叫汤齐生，我如果不去拜访结识，就太遗憾了。于是，设计院的三位主任工程师同我一道前往。与该厂厂长见面之后，设计院刘工首先说：区设计院正在考虑用硅酸镁作墙体、屋面保温，解决建筑节能，上次我们来取过样品，但在设计中还有些事弄不明白，我们特地从四川请来一位研究保温材料的专家，我们想找您厂的总工一道探讨。把有关问题弄清楚了，我们把硅酸镁纳入建筑设计，用量就太大了。我还没有发言，该厂厂长就接着说：汤所长，您老可能把我忘记了，但我永远记得您！我1990年到成都来拜访您，我邀请您到乌鲁木齐来我们联办一个生产硅酸镁的厂，您出技术，我出钱，各占一半股。您说您时间人力都安排不过来，以后再谈。我要求您技术转让，您又不卖。而新疆又需要，市场又大。我没有征得您的同意，就用您的名义和资料办了厂。请您原谅！我用了您的名义和资料，我付钱给您。我先付10万元，如果您同意，明天一早我就取现金，以后再付，但要请您老收我做学生，在技术上教我。我保证按您的指示生产，给您争光。我说：“这些以后再谈。我问您一件事：新疆的玻缕石多少钱一吨？”他说：什么玻缕石？没有听说过。拿来做什么用？显然，该厂生产的硅酸镁同长城牌硅酸镁所用的主要原料不同，当然质量、性能、效果也就不会一样。我没有时间精力同他探讨，也不想收他的钱。便问刘工，您们还有什么需要了解的吗？没有什么了我们就告辞吧。我又对该厂厂长说：现在我很忙，您我之间的事以后再谈。但请你从现在起停止使用我的名义和数据。我要给您指出，您这样做叫“侵权”，是要承担法律责任的。2002年7月，我去河南内乡县考察海泡石矿质量，发现小小一个内乡县就有5个硅酸镁保温材料厂。我选了一个号称年产1万m3的大厂拜访。该厂厂长热情接待了我，我说，我对硅酸镁保温材料很感兴趣，听说贵厂能批量生产。我想考察了解一下，然后再考虑购买或生产。于是，他陪同我观看了他的生产过程。我从他的样品柜里，随手取一块出来称后一量，干燥容重为320kg/m3。我说，你这种材料是不是重了点？他说，重点结实嘛。如果你想要轻的，我也生产。刚才你不是看见了还在装炉烘干吗？我说：看见了。但那是泡沫石棉毡嘛，我是说硅酸镁。他说：这你就不懂了。我在里面加点硅酸镁原料，所以就叫硅酸镁。我接着问：那么硅酸镁原料又是什么呢？他说：这个我就不好告诉你了。如果你 7 要买硅酸镁保温材料生产技术，我当然要详细告诉你。我说：那么硅酸镁生产技术，是你自己研发的，还是引进的？他说：不瞒您说，我是从夏邑保温材料公司购买的。我把技术买回来后，又进行了改进。现在夏邑保温材料公司在河北、河南转让的几十家，数我的技术最先进，质量也最好，销量也最大。你知不知道，夏邑保温材料公司的总工程师是汤齐生。我说：听说过。但很遗憾，我至今还没有去过夏邑市，也不认识夏邑市的任何一个人。他说：不要紧。你找到我算找对了人。如果你要买技术，我就优惠卖给你，5万元钱一次付清。以后，我保证长期供应你的原料海泡石绒。我接着问：海泡石绒你卖多少钱一吨？他说：卖价2600元/吨就行了，不含运费。我说：我刚丛矿区回来，怎么原矿还卖2800元—3000元/吨呢？你加工成绒，既要耗电，还有人工费，短途运输费，你不亏损吗？你不会今天讲2600元/吨，过几天又说原矿涨价了又要3200元/吨才卖。他说2800元--3000元/吨是纤维状的，如果全部是软质纤维的还要卖到4000元/吨呢。我买的是能用的就行了。稍好一点的矿石，还可以加些粘土一起破碎，我保证你一样使用。您就放心好了。我说：感谢你的坦诚，这回我明白了，原来在硅酸镁材料的原料中还可以掺泥巴、石头。是不是这样成本就可以降低了，价格也就可以低点，就好卖了。他说：对了，这就叫薄利多销。对此，我欲哭无泪，想笑又不能。回到公司以后，我在《硅酸镁保温材料质量规范》中，增加了“必须采购原矿”，“破碎前，手选择除拌生矿、石块、泥土、杂质，并分袋定量包装，填写《不合格品退料单》，退回库房，经总工审核，厂长批准，统一作销毁处理”，“择出的原矿，必须经质检员确认后，才能破碎”。
长城牌硅酸镁保温材料是以科技为基础，以质量求生存，以信誉谋发展。已建立健全了全面质量管理体系，通过了ISO9001—2000质量体系认证。但任何产品都没有最好，只有更好。我们正继续努力，使长城牌硅酸镁保温材料更好地满足设计和用户的要求。
撰写本文的目的，是为了让热爱和从事节能工作、关注硅酸没保温材料的志士仁人，更多地了解硅酸镁，认识硅酸镁，从而与我们携手合作，帮助硅酸镁的应用和发展，共同为节约能源做出应有的贡献，为振兴中华添砖加瓦，共创辉煌。
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