破解固廢難題 助推能源革命

第7期專家與媒體面對面活動現(xiàn)場

固廢處置與資源化利用

1 同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二級教授、博士生導(dǎo)師趙由才：危險廢物減容和熔融及? ? ? ? ? ??

趙由才：同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二級教授、博士生導(dǎo)師

“超高靜壓壓制鋼渣”的立項背景是因中國工業(yè)固體廢物產(chǎn)量巨大、利用率低，以及路基建材以應(yīng)用為主，產(chǎn)品性能較差。將鋼渣粉磨后通過高靜壓壓制成型，破壞了鋼渣的孔隙結(jié)構(gòu)，減少鋼渣架橋空隙。高靜壓增強了鋼渣粉料顆粒之間的粘結(jié)作用，改善了鋼渣與常規(guī)膠凝材料的相容性，提高鋼渣建材利用質(zhì)量水平。通過高壓壓制和碳酸氫鈣緩慢反應(yīng)，可消除氧化鈣活性。在200噸壓機壓塊條件下，100目鋼渣粉末經(jīng)高壓作用，顆粒間間隙被壓縮、架橋孔破碎，體積相對于自然堆積密度減容50%，相對于松散密度減容35%，壓制過程經(jīng)濟壓強為100～200MPa。壓制壓強的上升，成型產(chǎn)品的無側(cè)限抗壓強度近似線性增加，在高壓作用下，物料的徑距與孔隙被破壞，成型產(chǎn)品的抗壓強度趨近于單一均相材料。粉磨鋼渣壓塊90℃浸泡尺寸變化，膨脹率<3%～4%，熱水浸泡后1天，膨脹率基本穩(wěn)定。

“生活垃圾焚燒飛灰高靜壓減容穩(wěn)定化技術(shù)”的立項背景是現(xiàn)有技術(shù)飛灰體積大，填埋壓實度低，填埋作業(yè)方式粗放，作業(yè)過程產(chǎn)生大量的飛灰揚塵。團隊改進原有技術(shù)，減少飛灰進入大氣的量，延長填埋場使用壽命。總體而言，高靜壓技術(shù)可以減少50%～80%飛灰的體積，減少飛灰進入大氣量99%以上，延長填埋場1倍以上的使用壽命。靜壓壓制大比重飛灰模塊工藝具有很高的經(jīng)濟效益，可以節(jié)省50%以上的固化劑，運行成本可以節(jié)省200元/噸以上飛灰。

生活垃圾焚燒飛灰產(chǎn)量是焚燒垃圾量的3%，全國2010年飛灰產(chǎn)量約為82萬噸。生活垃圾焚燒飛灰產(chǎn)生的超標(biāo)重金屬和二噁英均是危險廢物，生活垃圾飛灰處理與無害化責(zé)任分擔(dān)趨勢應(yīng)是產(chǎn)生者負責(zé)無害化處理，環(huán)保部門負責(zé)最終衛(wèi)生填埋。全中國的飛灰，可分離得到5噸二噁英，價值50億元以上。超標(biāo)重金屬的萃取技術(shù)與設(shè)備可得到飛灰量50t/d，實際容積為40 立方米，萃取二噁英后的飛灰，再進行超標(biāo)重金屬萃取分離，可同時萃取Zn、Pb、Cd、Hg，萃取后的飛灰尾渣，其浸出毒性不再超標(biāo)，從而轉(zhuǎn)化為一般廢物飽和萃取劑，采用鹽酸反萃重金屬，以混合物形式回收重金屬40t，價值30萬元。

2? 山西大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師廖洪強：煤基固廢特性及其資源化利用新技術(shù)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

廖洪強：山西大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師

山西大學(xué)在煤基固廢資源化高效利用方面可產(chǎn)業(yè)化科研成果主要有以下幾個：第一是冶煉渣高溫余熱回收及尾渣資源化全利用。中國冶煉高溫渣年產(chǎn)生總量約5.5億噸，蘊藏余熱資源噸渣約50～60kg標(biāo)煤，折合3025萬噸標(biāo)煤/年，其價值約242億元;濕法熄耗水0.8～1.2立方米/噸渣，造成水資源浪費;水冷卻高溫冶煉渣排放粉塵、助長霧霾、污染環(huán)境。鋼渣尾渣利用率低，急需資源化高效利用。因此，冶煉渣高溫余熱回收及尾渣資源化全利用工藝應(yīng)運而生，其具有高溫連續(xù)全干法換熱、回收余熱產(chǎn)生過熱蒸汽、動態(tài)?；瘬Q熱、過熱蒸汽超音速粉碎尾渣、制備尾渣超微等特點。第二是超音速蒸汽超微粉碎新技術(shù)。超音速蒸汽粉碎機的粉碎原理是以過熱蒸汽為主要動力源，過熱蒸汽通過粉碎腔中同一水平面圓周對稱均布的蒸汽噴嘴，以300～500m/s的速度同時向圓平面中心點噴射，高速射流的蒸汽卷帶物料顆粒，物料顆粒在中心點高速對撞，瞬間完成物料的粉碎。第三是固廢顆粒制備人造彩砂新技術(shù)。該技術(shù)成果已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，在山西太原建成年產(chǎn)5萬噸固廢基人造彩砂新技術(shù)示范工程。第四是多固廢超微粉復(fù)配替代水泥制備“固廢基免燒生態(tài)水泥”。該項技術(shù)成果已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，在山西太原建成年產(chǎn)5萬噸固廢基免燒生態(tài)水泥新技術(shù)示范工程。第五是固廢超微粉用于海綿城市建設(shè)。海綿城市建設(shè)需要大量無機透蓄水材料，煤基固廢是無機透蓄水材料的主要原料。全國無機透蓄水材料需求約53億立方米，山西無機透蓄水材料需求約1.2億立方米，折合煤基固廢需求約1億噸。目前，該技術(shù)已在太鋼建成工程示范。第六是固廢超微粉制備無機多孔材料。其產(chǎn)品已成功應(yīng)用于長治市襄垣縣山西大學(xué)固廢研發(fā)基地。第七是電石渣替代生石灰制備粉煤灰加氣塊及蒸壓磚技術(shù)。粉煤灰蒸壓磚和加氣塊以生石灰為主要原料，也是主要原料成本;利用電石渣替代生石灰用于粉煤灰蒸壓磚和加氣塊可大幅度降低生產(chǎn)成本，增強產(chǎn)品市場競爭能力。第八是固廢微粉制備建筑裝飾復(fù)合材料新技術(shù)裝備。其已應(yīng)用于山西大學(xué)長治市襄垣縣鑫瑞達復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化示范基地。

3 太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士、教授高峰：煤矸石高值化利用路徑淺析? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

高峰：太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士、教授

山西煤炭資源分布廣泛，含煤面積6.2萬平方千米， 占全省土地面積（15.6萬平方千米）的40.4%。截至2015年底，查明的保有儲量為2709億噸，占全國的17.3%，原煤產(chǎn)量占全國的三分之一左右。全省2000米以淺含氣面積35796.86平方千米，煤層氣資源總量83097.86億立方米，約占全國煤層氣資源總量的1/3。2018年山西省煤炭產(chǎn)量約為8.93億噸。

山西省煤矸石數(shù)量巨大，分布廣且成分復(fù)雜。山西省目前煤矸石積存量已達11億噸以上，占全國累計存量的1/3，全省大小煤矸石山堆積數(shù)千座。2013年全省煤矸石產(chǎn)生量1.23億噸，綜合利用2755萬噸。煤矸石給全省造成的直接經(jīng)濟損失高達5.6億元。2017年，全省產(chǎn)出煤矸石1.3億噸，綜合利用8800萬噸。全省118個縣級行政區(qū)中94個縣地下有煤，91個縣有煤礦。煤礦的開采必然會導(dǎo)致煤矸石的生成。

煤矸石可根據(jù)其礦物學(xué)特征分為以下幾類：粘土礦型，其礦物組成有高嶺石、蒙脫石、炭質(zhì)頁巖、石英、長石、云母及大量硫鐵礦等。砂巖型，主要成分為石英、長石、云母等。碳酸巖型，主要成分有方解石、白云石、鐵白云石、磷鐵礦、硫鐵礦、有機硫等。鋁質(zhì)巖型，主要成分有三水鋁礦、一水軟鋁礦、一水硬鋁礦、石英、褐鐵礦、白云母、方解石等。當(dāng)煤矸石進行大宗利用時，主要應(yīng)用在生產(chǎn)建材、礦井充填、路基材料、發(fā)電、土地復(fù)墾和土壤改良等領(lǐng)域。

當(dāng)對煤矸石進行高值化利用時，主要表現(xiàn)為四個方面的應(yīng)用：其一，煅燒高嶺土。煅燒高嶺土是對高嶺土礦物原料經(jīng)過煅燒處理，獲得的一種功能型白色顏料。山西晉北煤矸石生產(chǎn)的煅燒高嶺土具有白度高的特點，聞名國內(nèi)外。其二，制備壓裂支撐劑。水力壓裂開采的天然氣油氣井可增產(chǎn)30%～50%，效益/投入比為 3～7。利用優(yōu)質(zhì)煤矸石可制備出超低密高強壓裂支撐劑。其三，制備莫來石晶須，它是一種高性能增強填料。其四，合成沸石?？傊?，煤矸石綜合利用路徑的思路就是成分替代、特性找尋和回歸故里。

對煤矸石進行科學(xué)分類、精細選別且特性清晰、目標(biāo)或等效替代目標(biāo)明確后，才能對煤矸石進行高值化利用。當(dāng)前，煤矸石高值化利用瓶頸主要為兩大方面：在基礎(chǔ)研究方面，煤矸石成分波動的適應(yīng)性和晶體結(jié)構(gòu)與晶體化學(xué)的再認識還有待研究。在技術(shù)創(chuàng)新方面，粉碎技術(shù)及設(shè)備的突破、精細選別技術(shù)的突破以及熱加工工藝和設(shè)備的開發(fā)都需要進一步的創(chuàng)新。

4? 山西大地環(huán)境投資控股有限公司科技創(chuàng)新中心主任、高級工程師楊成立：山西省固廢循環(huán)利用和礦山生態(tài)修復(fù)突破路徑的思考? ? ??

楊成立：山西大地環(huán)境投資控股有限公司科技創(chuàng)新中心主任、高級工程師

為解決山西省面臨的垃圾圍城難題，大地控股組建了山西大地華基建材科技有限公司。2019年9月，獲工業(yè)和信息化部批復(fù)建設(shè)臨汾市大宗固體廢棄物綜合利用基地，同時成功上馬了大地華基建筑垃圾循環(huán)利用項目。一期工程年處理建筑垃圾和工業(yè)尾礦資源化100萬噸;年產(chǎn)綠色混凝土100萬立方米;年產(chǎn)海綿建材產(chǎn)品15萬立方米;年產(chǎn)預(yù)拌干混砂漿30萬噸。針對城鎮(zhèn)建設(shè)建筑垃圾，公司研發(fā)了建筑垃圾人工智能分選技術(shù)與成套裝備、建筑垃圾定向分類預(yù)處理技術(shù)、建筑垃圾升級利用技術(shù)與產(chǎn)品和城鎮(zhèn)建設(shè)建筑垃圾回收利用技術(shù)，走出了一條建筑垃圾精細化分類及裝配式預(yù)制件制備技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化推廣的新路徑。

在危險固廢再生處置方面，大地旗下的太原固體廢物處置中心結(jié)合實際情況，依據(jù)國家危險廢物名錄中的豁免條件，將焚燒后的廢金屬交由金屬冶煉企業(yè)進行利用，即可減少直接填埋占用大量填埋場的庫容，也可使廢物得到充分利用，滿足綠色循環(huán)的可持續(xù)性發(fā)展。經(jīng)過近年來快速發(fā)展，形成了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的危險廢物固化填埋、物化、熱解焚燒處置技術(shù)，能夠處置危險廢物名錄46大類中的44大類，研究人員20余名。針對金屬冶金等重污染，公司研發(fā)了固廢源頭減量與資源化利用技術(shù)、冶金渣深度提取—低價組份協(xié)同利用技術(shù)以及有毒有害組分穩(wěn)定化及安全處置技術(shù)。針對高濃度有機危廢，公司開展高附加值產(chǎn)品提取技術(shù)研究，開展工程示范并進行產(chǎn)業(yè)化推廣。

在大宗固廢綜合利用上，山西大地環(huán)境投資控股有限公司成功布局了太原、朔州、晉城三大資源循環(huán)利用基地建設(shè)，目前各基地建設(shè)進展順利。其中，晉城市大宗固體廢棄物綜合利用基地項目，于2019年4月獲批國家發(fā)改委推廣試點。公司研究尾礦/廢石、煤矸石、煤灰、鋼渣、脫硫灰等冶金、能源行業(yè)大宗工業(yè)固廢精細化預(yù)處理技術(shù);研制固廢粉體活化改性制備預(yù)制構(gòu)件專用摻合料技術(shù);研究摻合料—骨料協(xié)同制備裝配式預(yù)制構(gòu)件技術(shù)，開展工程示范，并進行產(chǎn)業(yè)化推廣，同時還開展煤基固廢多孔生態(tài)修復(fù)材料制備技術(shù)研究，走出了一條大宗固廢綜合利用應(yīng)用技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化推廣的路徑。