建筑垃圾在吸附材料制備中的資源化利用研究

摘要：鑒于現(xiàn)有垃圾處理技術(shù)及產(chǎn)品的局限性，對建筑垃圾在吸附材料制備中的資源化利用展開了詳細的思路探究，這涉及原材料選擇與處理、材料配比與成型、燒制工藝以及對制備的吸附性陶粒進行全面的性能評估等方面。通過這些步驟的實施，可將建筑廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝У奈讲牧?，從而使其附加價值得到提升，進而為環(huán)境保護事業(yè)做出貢獻。

關(guān)鍵詞：建筑垃圾;資源化利用;吸附材料;燒制工藝在21世紀的今天，我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加速，使得城市建設(shè)項目數(shù)量激增。相應(yīng)地，建筑垃圾的產(chǎn)量也急劇攀升。近年來，我國相關(guān)部門對建筑垃圾的處理問題給予了高度重視。2018年3月，住房建設(shè)部發(fā)出通知，選擇北京等35個城市作為建筑垃圾治理的試點城市，同年12月，《“無廢城市”建設(shè)試點工作方案》的發(fā)布，將建筑垃圾管理提升至國家層面的戰(zhàn)略高度。2020年9月，新修訂的《固體廢棄物污染環(huán)境防治法》進一步對建筑垃圾這一類廢棄物的管理策略做出了指導。這些措施的推行昭示著我國在處理建筑垃圾方面，已逐步摒棄傳統(tǒng)的簡單堆放與填埋，開始采納更加科學專業(yè)的手段。因此，本文將對建筑垃圾的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析，并提出建筑垃圾在吸附材料制備中的資源化利用思路，進而為建筑廢料轉(zhuǎn)化為高價值材料提供一種新的視角。

1建筑垃圾的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

在研究如何將建筑垃圾轉(zhuǎn)化為資源的途徑時，必須正視當前這些廢物被利用的現(xiàn)狀。我國處理建筑廢棄物的手段大致有堆放填埋、回收再利用以及資源化處理，其中資源化處理還處在初步發(fā)展階段，遇到了諸多技術(shù)性與實際應(yīng)用方面的難題。

1.1建筑垃圾的再生利用

在我國，對于建筑垃圾的處置主要采用物理方法進行回收再利用，將其加工成再生骨料。這種材料被廣泛運用在鋪設(shè)公路基層、城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)及相關(guān)附屬設(shè)施的生產(chǎn)過程中。盡管這種處理建筑垃圾的方法能在一定程度上減少廢棄物的整體數(shù)量，但在提升價值、滿足技術(shù)要求和減輕環(huán)境負擔方面，仍顯得力不從心。

1.2傳統(tǒng)再生產(chǎn)品的局限性

諸如再生磚、再生混凝土砌塊以及輕質(zhì)隔墻板等傳統(tǒng)的再生產(chǎn)品，雖然為處理建筑廢料提供了一種解決方案，但其在市場上的普及和應(yīng)用仍受制于其自身性能。這類產(chǎn)品往往在強度和耐久性上不及原始物料，同時技術(shù)規(guī)范的不一致限制了它們在市場上的接受度和應(yīng)用范圍［1］。

1.3技術(shù)標準的不統(tǒng)一

在我國，對于建筑廢料的再加工及使用規(guī)范，尚存在較多分歧。各地區(qū)對建筑廢棄物的管理和再利用的標準存在差異，由此產(chǎn)生的再生產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，標準的不一致不但降低了建筑垃圾的資源化效率，還增加了企業(yè)在處理和利用建筑垃圾方面的經(jīng)濟成本。

1.4再生利用的經(jīng)濟與環(huán)境效益

盡管使用再生骨料和傳統(tǒng)再生產(chǎn)品能夠在一定程度上減輕建筑廢料對環(huán)境的壓力，但它們所帶來的經(jīng)濟收益并不突出。由于在再生產(chǎn)品的制造過程中的成本投入，尤其是技術(shù)研發(fā)方面投入往往較大，這導致市場中的再生產(chǎn)品價格普遍高于原材料，進而對其廣泛普及造成了阻礙。

2建筑垃圾在吸附材料制備中的資源化利用思路將建筑行業(yè)的垃圾變廢為寶，可通過技術(shù)處理將其轉(zhuǎn)化為可供使用的新型材料，如吸附材料。這樣做既能減少垃圾，又能實現(xiàn)廢料的無害化和資源再生化，進而減輕對自然資源的過度利用壓力，減少環(huán)境污染，推動綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的進一步發(fā)展。

利用建筑垃圾制備吸附材料（如陶粒）的具體思路可以概括為以下幾個方面。

2.1原材料選擇與處理

選用適宜的原材料并對其進行恰當?shù)奶幚恚潜Ｕ献罱K產(chǎn)品品質(zhì)與功能不可或缺的環(huán)節(jié)。在挑選原材料時，應(yīng)優(yōu)先考慮那些化學性質(zhì)穩(wěn)定、雜質(zhì)含量低的廢棄建筑物品。廢混凝土、廢陶瓷磚以及廢砂漿等可被納入原材料范疇中。這類物質(zhì)的主要成分為硅酸鹽和鋁酸鹽，可作為制作吸附性陶粒的原始材料。

原料加工涉及若干階段，一是物理加工，包括粉碎與篩選。該過程是為了去除過大的塊狀物并提煉出適宜燒制的粒度。挑選合適的破碎機并優(yōu)化破碎流程是提升這一作業(yè)效率的核心，一般需要經(jīng)過多級破碎處理來實現(xiàn)理想的粒度分布。二是利用振動篩對材料進行篩選，以分離出滿足不同用途要求的粒徑規(guī)格材料。三是化學加工，此環(huán)節(jié)致力于優(yōu)化原材料的化學成分，從而增強其在燒制過程中的熔化性能，提高陶粒產(chǎn)品的穩(wěn)固性。比如，通過摻入少量的石灰石或石英砂來調(diào)整物料的熔點，使其適應(yīng)高溫燒制［2］。

在整個原材料加工流程中，實施嚴格的質(zhì)量控制是必不可少的。因此，需要定期對原材料的化學成分進行分析，以保證添加劑含量的精確度，同時對粉碎和篩選過程中粒度的大小、分布進行跟蹤。另外，需對處理完畢的材料進行濕度管理，因為濕度的控制不當會對成型和燒制效果產(chǎn)生影響。

2.2材料配比與成型

在建筑垃圾轉(zhuǎn)化為吸附性陶粒的過程中，材料的配比與成型會對產(chǎn)品性能造成一定的影響。配比的核心在于實現(xiàn)原材料性能的最優(yōu)組合，而成型則關(guān)系到陶粒的實用形態(tài)和尺寸。

材料配比的設(shè)計應(yīng)基于對原材料性質(zhì)的深入理解及其對成品性能的影響。通常，在進行配比設(shè)計時，需綜合考量原材料的化學性質(zhì)、熱穩(wěn)定性及其粒度大小分布等關(guān)鍵因素。在實驗室環(huán)境中，可通過小型試驗來調(diào)整各種材料的配比，以獲得最理想的混合比例。例如，提高廢混凝土在陶粒制作中的比重，能夠增強陶粒的壓縮強度;提高廢陶瓷的比重，則能增強陶粒的耐高溫性能。

將預(yù)先調(diào)配好的材料加工成特定的所需形狀被稱為成型。常用的成型方法有擠出成型和滾筒造粒。擠出成型可以生產(chǎn)出較為規(guī)整的物體形狀，這種方法非常適合生產(chǎn)那些需要標準形狀產(chǎn)品的場景，比如填料和過濾材料。而滾筒造粒的方法，在大規(guī)模生產(chǎn)中更為適用，因為它能快速產(chǎn)出大量陶粒。在材料成型的過程中，需嚴格把控水分含量和壓力設(shè)置，以保障制品的均勻性和致密性。同時，陶粒在成型后需經(jīng)過干燥與預(yù)燒，以排除多余水分及部分固化形態(tài)，這樣便能在高溫燒制過程中降低形變與開裂的風險。干燥環(huán)節(jié)應(yīng)均勻且溫和，以避免造成成型體快速干縮和開裂的情況［3］。

2.3燒制工藝

在吸附性陶粒材料的制備過程中，燒制工藝是至關(guān)重要的，它旨在將原材料轉(zhuǎn)變成具有特定物理及化學特性的成品。在進行此項工藝時，必須嚴格控制溫度和時間，同時依據(jù)不同材料的特性，細致調(diào)整燒制曲線和溫度，以保證成品的性能滿足既定標準。

（1） 溫度控制與燒制曲線。陶粒的制作質(zhì)量在很大程度上取決于其燒制的溫度和時間，利用廢棄建筑材料生產(chǎn)的陶粒，其燒結(jié)溫度通常介于950～1 200 ℃之間。溫度不夠高，會導致陶粒無法燒結(jié)徹底，從而強度不夠;而溫度過高，陶?？赡軙l(fā)生熔融現(xiàn)象。燒制曲線通常包括慢速升溫、恒溫燒結(jié)和緩慢冷卻3個階段。這樣的流程有助于減少因溫度突變導致材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力，進而有效預(yù)防裂紋的出現(xiàn)。

（2） 氣氛控制。在燒制過程中，調(diào)節(jié)爐內(nèi)環(huán)境是提升產(chǎn)品品質(zhì)的決定性要素。制作陶粒通常需要在氧化環(huán)境下，以保證材料內(nèi)的有機物質(zhì)徹底燃燒，同時避免還原環(huán)境所導致的顏色轉(zhuǎn)變或性能降低。在一定的條件下，通過調(diào)控氧氣與其他氣體的比例，能夠更好地改善陶粒的表面特性以及其微觀構(gòu)造。

（3） 燒制設(shè)備選擇。依據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品需求，選擇合適的燒制設(shè)備，一般可選的有隧道窯、回轉(zhuǎn)窯和輥道窯。隧道窯因其適用于大規(guī)模生產(chǎn)而著稱，它能夠提供穩(wěn)定的燒制環(huán)境和較長的熱處理周期，因此特別適合那些對物理及化學屬性有嚴格要求的場合。而回轉(zhuǎn)窯由于其混合和熱交換性能，在物料的化學和物理性質(zhì)較為復(fù)雜時尤為合適。

2.4性能評估

對陶粒材料的性能進行檢測，是為了確認其是否能滿足特定的環(huán)境與工業(yè)領(lǐng)域的使用要求。評估主要集中在其吸附性能、物理穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性等方面。陶粒的吸附性能是衡量其在環(huán)保領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)劣的重要標準。首先，必須開展吸附動力學測試，該測試的目的在于確定陶粒對某種特定污染物（例如重金屬、有機污染物等）的吸附速度及達到吸附平衡時的吸附量。此類測試通常包括批量吸附實驗，樣品在已知濃度的污染物溶液中浸泡一段時間后，分析溶液中污染物的剩余濃度。

物理穩(wěn)定性涉及對陶粒抗壓強度、耐磨損性和總體耐久性進行評估。采用標準化的壓縮測試對陶粒進行實驗，以評估其在受力下的抗壓強度。而通過圓筒內(nèi)陶粒間的相互摩擦可測試材料的耐磨損性，從而評估其在實際運用中的磨損表現(xiàn)。

陶粒在不同的化學條件下所展現(xiàn)的穩(wěn)定性能，對其在環(huán)保領(lǐng)域的運用至關(guān)重要。通過把陶粒置于不同pH的溶液中浸泡，能評價它在酸性或堿性條件下性質(zhì)的改變，以此來確定它的化學抗腐蝕性。另外，檢測陶粒在特定環(huán)境下是否會產(chǎn)生有害物質(zhì)，也是化學穩(wěn)定性能測試的一個環(huán)節(jié)［4］。

性能評估的實施應(yīng)按照嚴格的科研標準進行，所有實驗必須在可控環(huán)境下進行，以保證所獲取數(shù)據(jù)的準確性與可復(fù)制性。在數(shù)據(jù)收集完畢后，運用統(tǒng)計學方法對所獲結(jié)果進行深入分析，判斷其是否具有統(tǒng)計學上的顯著性，并將其與市場上同類的產(chǎn)品進行對比分析，以突顯其獨到之處或存在的不足。

3結(jié)語

詳細闡述了從原材料的選擇與處理到最終的吸附性能評估的全過程。經(jīng)過科學處理，原本被視為廢物的建筑垃圾能轉(zhuǎn)變成性能良好的吸附性陶粒材料，這不但可以減輕對自然資源的依賴，還能夠降低環(huán)境污染。但是在建筑廢棄物轉(zhuǎn)化為資源的進程中，眾多難題與考驗亟待克服。目前技術(shù)在能源轉(zhuǎn)換的效率和經(jīng)費預(yù)算控制上仍有提升空間，并且市場對新材料的認可尚顯不足，亟需借助政策的指導和市場教育來提升其商業(yè)化潛力。希望通過這些努力，在不久的將來，建筑垃圾資源化利用能夠再上一個臺階，為打造“無廢城市”的愿景做出貢獻。

參考文獻：

［1］饒榮，羅超，劉青.生活垃圾焚燒飛灰無害化及資源化研究進展［J］.有色冶金設(shè)計與研究，2018，39（5）：2934，38.

［2］蔡名旋，朱小平，黑亮，等.利用廢棄物制備生物炭資源化研究與應(yīng)用進展［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學，2019，46（3）：8592.

［3］雷金明，趙悅，楊禹，等.石化固廢資源化制備吸附材料研究進展［J］.環(huán)境工程，2023，41（增刊）：435443.

［4］張建輝，陳娟，竇穎慧.城市建筑垃圾資源化利用研究［J］.再生資源與循環(huán)經(jīng)濟，2023，16（2）：1720.

基金項目：甘肅省2023年高校教師創(chuàng)新項目：建筑垃圾在吸附材料制備中的資源化利用研究（2023B334）

作者簡介：張宏，男，甘肅禮縣人，副教授，研究生，研究方向：垃圾資源化利用，應(yīng)用化工技術(shù)。