工業(yè)固體廢棄物資源綜合利用技術(shù)現(xiàn)狀解析

趙 娜，趙柯蘅

（1.內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010400；2.內(nèi)蒙古國(guó)土資源勘查開(kāi)發(fā)院，呼和浩特 010020）

改革開(kāi)放以后，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了前所未有的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都取得了驕人的成績(jī)。然而，在快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，資源的合理利用率無(wú)法與之相匹配，這也給我國(guó)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。誠(chéng)然，這也是新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1 工業(yè)固體廢棄物概述

工業(yè)固體廢棄物主要是指在日常的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所殘留下來(lái)的各種廢棄物，如采礦作業(yè)遺留的廢石、燃燒鍛造后剩余的殘?jiān)?、劣質(zhì)原料的尾礦等。這些廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞極其嚴(yán)重。

最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中所遺留的工業(yè)固體廢棄物呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，尤其是近幾年來(lái)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展和城市工業(yè)化的進(jìn)程不斷加快，工業(yè)固體廢棄物的增長(zhǎng)率甚至達(dá)到了可怕的10%。其中，產(chǎn)生工業(yè)固體廢棄物最多的5個(gè)行業(yè)分別是：電力電氣行業(yè)、熱力行業(yè)、黑色金屬加工冶煉行業(yè)、有色金屬采集行業(yè)和黑色有色金屬礦采行業(yè)。這五個(gè)行業(yè)所產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物占據(jù)所有行業(yè)工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量的80%。同時(shí)，由于處理方式不當(dāng)，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

2 工業(yè)固體廢棄物的現(xiàn)狀

2.1 工業(yè)固體廢棄物總量與堆放情況分析

我國(guó)工業(yè)固體廢棄物總量呈逐年上升的趨勢(shì)，從1985年的6億t到2009年超過(guò)了20億t，這其中的增長(zhǎng)可以說(shuō)是井噴式的爆發(fā)。如此龐大的數(shù)據(jù)，充分顯示了我國(guó)在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過(guò)程中對(duì)工業(yè)固體廢棄物的忽視[1]。

除此之外，雖然我國(guó)工業(yè)固體廢棄物的總量逐年上升，但工業(yè)廢棄物的利用率較低，目前我國(guó)工業(yè)固體廢棄物的利用率僅為55%左右。而剩下的工業(yè)固體廢棄物每年都會(huì)大量堆積，如今我國(guó)的堆積總量已經(jīng)超過(guò)100億t。這就導(dǎo)致大量資源被白白浪費(fèi)，生態(tài)環(huán)境也不可避免地遭受破壞。總體上來(lái)看，我國(guó)對(duì)工業(yè)固體廢棄物資源的利用率較之西方發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)，仍有較大的差距。

2.2 工業(yè)固體廢棄物的分類(lèi)

近幾年的國(guó)家大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)的工業(yè)固體廢棄物主要來(lái)源于5大重工業(yè)作業(yè)，采礦業(yè)的廢棄石料、冶煉金屬的燃燒殘留等都是目前我國(guó)工業(yè)固體廢棄物的重要組成部分。我國(guó)地大物博，有著豐富的礦產(chǎn)資源，所以工業(yè)固體廢棄物的來(lái)源相對(duì)穩(wěn)定。由于我國(guó)有著豐富的礦產(chǎn)資源作為后盾，所以我國(guó)的工業(yè)開(kāi)采量也逐年增加。而作為產(chǎn)生工業(yè)固體廢棄物主要來(lái)源的5大企業(yè)，所使用的礦產(chǎn)資源都可以回收再利用。如果能對(duì)其在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物進(jìn)行合理的回收利用，一方面可以改善生態(tài)環(huán)境，建立可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)；另一方面可以使得我國(guó)的礦產(chǎn)資源利用率得到充分的發(fā)揮，進(jìn)一步有效解決工業(yè)固體廢棄物浪費(fèi)的問(wèn)題。

2.3 工業(yè)固體廢棄物的分布

我國(guó)的工業(yè)固體廢棄物分布有著極強(qiáng)的規(guī)律性。工業(yè)固體廢棄物最主要的產(chǎn)地集中在我國(guó)的中部和西部。其中，東北三省加上山西、山東、河南、河北等共10余省份，占全國(guó)工業(yè)固體廢棄物總產(chǎn)量的五分之三以上。主要原因是這些省份的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，重工業(yè)集中，這也就使得這些地區(qū)的工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量非常之大。同時(shí)，這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為落后，導(dǎo)致其對(duì)工業(yè)固體廢棄物的資源利用率較低低，造成大量資源的浪費(fèi)。而我國(guó)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，工業(yè)固體廢棄物的利用率較高，部分地區(qū)甚至可以達(dá)到95%左右。目前，我國(guó)各地區(qū)對(duì)工業(yè)固體廢棄物的利用率明顯失衡，長(zhǎng)此以往，勢(shì)必會(huì)造成兩極分化，不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 工業(yè)固體廢棄物資源綜合利用技術(shù)

3.1 工業(yè)固體廢棄物在微晶玻璃制造中的應(yīng)用

微晶玻璃是一種由玻璃顆粒經(jīng)煅燒結(jié)晶化，從而制造出來(lái)的一種微晶體和玻璃的混合體。它具有質(zhì)地堅(jiān)硬、材料緊實(shí)均勻、耐高溫腐蝕、絕緣等特點(diǎn)，并且在生產(chǎn)的過(guò)程中絲毫沒(méi)有污染，屬于一種新型的綠色環(huán)保材料。由于微晶玻璃的各項(xiàng)性能卓越，所以它被稱(chēng)為跨世紀(jì)的科學(xué)材料，同時(shí)被廣泛地應(yīng)用在機(jī)械制造、生物醫(yī)學(xué)、電子與微電子、航空航天等領(lǐng)域。而將工業(yè)固體廢棄物用于制造微晶玻璃，不僅解決了工業(yè)固體廢棄物對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了資源的再生利用，一舉多得。

3.1.1 磷渣

磷渣主要由二氧化硅（SiO2）和氧化鈣（CaO）共同組成。而二氧化硅和氧化鈣同樣是微晶玻璃的重要組成部分，它們可以代替石灰石和硅砂作為冶煉微晶玻璃的化學(xué)原材料，從而制造微晶玻璃。所以，使用磷渣來(lái)鍛造微晶玻璃，不僅可以降低磷渣對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，也能降低微晶玻璃的生產(chǎn)和制造成本，符合可持續(xù)發(fā)展的要求[2]。

3.1.2 鉻渣

鉻渣是生產(chǎn)金屬鉻和鉻鹽過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，對(duì)人體有一定的危害。我國(guó)目前有20余省份都排放這種工業(yè)廢渣，所以實(shí)現(xiàn)鉻渣的資源回收也就愈發(fā)重要。它主要由二氧化硅（SiO2）、氧化鎂（MgO）、六氧化二鉻（Cr2O6）等多種元素組成，會(huì)易引起人身中毒。在回收利用鉻渣的過(guò)程中，人們可以通過(guò)特殊的處理方法將其中的有毒物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并將其作為微晶玻璃的成核中心，從而消滅鉻渣中的毒性。

3.1.3 鈦渣

鈦渣含有多種化學(xué)成分，其內(nèi)在組成結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比磷渣和鉻渣復(fù)雜，如氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）、氧化鋁（Al2O3）等，具體表現(xiàn)為灰棕色。鈦渣組分較為復(fù)雜，微晶玻璃制造會(huì)直接使用。鈦渣中的氧化鈦（TiO2）是一種高效的助溶劑，在微晶玻璃的制造過(guò)程中可以起到重要作用。但是，氧化鈦極易從微晶玻璃的表面析出，所以使用氧化鈦時(shí)需要與其他晶合劑相結(jié)合。同時(shí)，鈦渣和其他化學(xué)元素所組成的晶體還有極強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，這也是其優(yōu)勢(shì)所在。

3.2 工業(yè)固體廢棄物在干混砂漿中的應(yīng)用

干混砂漿（干粉砂漿），也叫做水硬性水泥混合砂漿，是建材領(lǐng)域新興的干混材料之一。它具有使用簡(jiǎn)單、性能卓越的優(yōu)勢(shì)，因此在城市建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。它主要由干燥篩分處理的骨料、無(wú)機(jī)膠凝材料、化學(xué)添加劑和各種顏料等組成，在建筑領(lǐng)域通常起到黏結(jié)、襯墊、防護(hù)和裝飾等作用。另外，部分工業(yè)固體廢棄物同樣可以用于制作干混砂漿，如粉煤灰、礦渣、煤矸石等，從而實(shí)現(xiàn)回收利用。

3.2.1 粉煤灰

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中掉落下來(lái)的細(xì)灰，是燒煤發(fā)電廠(chǎng)排出的主要工業(yè)固體廢棄物。粉煤灰是我國(guó)固體廢棄物排放量較大的工業(yè)廢渣之一。隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展，燃煤電廠(chǎng)的粉煤灰排放量逐年增加，如果粉煤灰不進(jìn)行及時(shí)處理，會(huì)引發(fā)揚(yáng)塵現(xiàn)象，污染大氣環(huán)境；如果粉煤灰排入水中，會(huì)導(dǎo)致河流淤塞，，影響水體質(zhì)量。因此，要大力建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，加強(qiáng)粉煤灰的處理，減少污染物的排放量。同時(shí)，粉煤灰也是干混砂漿的主要膠凝材料，顆粒較細(xì)、質(zhì)地較輕、吸水性極強(qiáng)。通常，凝膠材料可以顯著提升干混砂漿的強(qiáng)度和流動(dòng)性，實(shí)際使用效果良好。原因是粉煤灰含有獨(dú)特的化學(xué)元素，其可以與干混砂漿中的其他化學(xué)元素產(chǎn)生反應(yīng)，進(jìn)而提高干混砂漿的流動(dòng)性。除此之外，粉煤灰含有的獨(dú)特物質(zhì)和強(qiáng)大的吸水性可以加快干混砂漿中水分的排出，極大地提高了干混砂漿的黏稠度，使得干混砂漿應(yīng)用效果更好。

3.2.2 礦渣

礦渣是在高爐煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。在煉鐵的過(guò)程中，氧化鐵在高溫反應(yīng)下還原成金屬鐵，鐵礦石中的二氧化硅、氧化鋁等雜質(zhì)與石灰等反應(yīng)生成以硅酸鹽和硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經(jīng)過(guò)淬冷，成為質(zhì)地疏松、多孔的粒狀物，即為高爐礦渣，簡(jiǎn)稱(chēng)礦渣。將礦渣融入干混砂漿中，可以極大地提高干混砂漿的強(qiáng)度和韌性。相比粉煤灰，它同樣有著不足之處，那就是降低了干混砂漿的流動(dòng)性，所以礦渣通常會(huì)和粉煤灰結(jié)合使用，以達(dá)到更好的使用效果[3]。此外，復(fù)合礦渣、尾礦尾砂也能用于制作微晶玻璃，可以降低環(huán)境危害，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

3.2.3 煤矸石

煤矸石是采煤和洗煤過(guò)程中排出的一種工業(yè)固體廢棄物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤更加堅(jiān)硬的黑灰色巖石。它包括手選矸石、洗選矸石和巷道掘進(jìn)矸石等，煤矸石可以占原煤總產(chǎn)量的10%左右。而能否對(duì)煤矸石中各種化學(xué)成分進(jìn)行合理分析，是實(shí)現(xiàn)煤矸石綜合利用的關(guān)鍵。因此，人們可以根據(jù)碳元素含量，對(duì)煤矸石進(jìn)行分類(lèi)。煤矸石沉積巖由多種礦巖組成，和煤系在地層中共存。在利用煤矸石時(shí)，人們需要充分考慮氧化鋁含量和氧化鋁與二氧化硅的比值等參數(shù)。

通常，含碳量是開(kāi)發(fā)利用煤矸石的主要參考依據(jù)。含碳量偏低的煤矸石發(fā)熱量較低，可以用作混凝土的骨料或水泥混合材料；而含碳量較高的煤矸石發(fā)熱量較高，一般用作冶煉燃料。如果煤矸石含硫量較高，要提前進(jìn)行化學(xué)處理，如果煤矸石中的硫元素符合使用標(biāo)準(zhǔn)，也可將其回收利用。煤矸石的資源化利用途徑包括發(fā)電、作為燃料供熱或者是充當(dāng)填充物、建材等。近幾年，用煤矸石生產(chǎn)的混凝土不僅能夠提升水泥性能，還能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

市場(chǎng)上使用煤矸石二次加工生產(chǎn)的產(chǎn)品良莠不齊，這大多是煤矸石含碳量不同造成的。所以，人們無(wú)法用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去衡量這些產(chǎn)品，這就阻礙了煤矸石的大量使用和推廣。所以，未來(lái)應(yīng)當(dāng)逐漸開(kāi)發(fā)其共性，制定出適合煤矸石的資源化利用標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范煤矸石市場(chǎng)，促進(jìn)工業(yè)固體廢棄物實(shí)現(xiàn)回收再利用，促進(jìn)工業(yè)和生態(tài)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論

我國(guó)是世界上排放工業(yè)固體廢棄物最多的國(guó)家之一。但相較發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)工業(yè)固體廢棄物的資源化利用效率較低，仍有許多不足之處。針對(duì)這種情況，我國(guó)需要切實(shí)建立再生資源利用體系，不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)工業(yè)固體廢棄物的資源化利用。