非金屬產業循環經濟發展進程述評

[摘 要] 本文從能耗減量化、副產品和廢棄物綜合利用、生態產業鏈三個方面詳細綜述非金屬產業循環經濟的發展進程，得出非金屬產業需要從產業高度構建生態產業鏈，加強產業內行業耦合性。通過對非金屬發展進程的述評，旨在探索非金屬產業發展循環經濟的經驗與不足，為我國非金屬產業的可持續發展提供參考。

[關鍵詞] 非金屬產業 循環經濟 發展進程

非金屬產業是以非金屬礦為開采、加工對象的產業，主要包括非金屬原料類和燃料類產業。其中煤炭業、磷化工業、水泥業是具有代表性的行業。非金屬產業作為社會經濟體系中的重要組成部分，支撐著我國國民經濟發展。然而，非金屬產業屬于高耗能、高污染、高排放產業。因此，非金屬產業循環經濟的發展影響著我國循環經濟的整體發展水平。研究非金屬產業循環經濟發展進程，探索非金屬產業發展循環經濟的可供借鑒的經驗，思考今后非金屬產業的可持續發展方向和趨勢，對非金屬產業甚至國民經濟的發展意義重大。

一、降低能耗方面的進程

降低非金屬產業加工、生產過程中的能源消耗量，不僅符合循環經濟3R原則中的“減量化”原則，而且對于建設節約型社會、維護我國能源安全意義重大。在循環經濟理念的指導下，我國非金屬產業節能工作取得重大進步。

1.煤炭行業降低能耗方面的進程

煤炭是一種自然資源，同時也是我國的支柱能源。煤炭行業最初以煤炭資源作為唯一的消耗性能源，在循環經濟的實踐中，煤炭企業積極探索使用新能源，如水力發電、煤層氣與焦爐煤氣發電、沼氣發電、生物質能發電等。據統計，2006年納入中國煉焦行業協會重點統計的焦化企業，焦化工序能耗比上年同期下降15千克標準煤/噸，同比下降10.64%;

煤炭行業還從改進生產技術、優化產品結構等方面著手，降低煤炭業能耗，取得了一定的成果。其主要成果如下:

(1)大力發展節能技術，減少煤炭消耗。推廣高效燃燒設備、先進的燃燒技術和系統;更新改造工業窯爐、鍋爐及其他燃煤設備(如采取分層加煤、燃燒型煤、加裝煙氣凈化裝置等);開發、生產先進的中小型燃煤鍋爐換代產品，逐步淘汰現有技術及落后裝備;減少技術落后的中小型鍋爐數量、變分散供熱為集中供熱。節能技術的推廣使用實現物料循環利用，減少了進入生產環節的物質、能量消耗。

(2)通過產品深加工，提高能源利用邊際效益，減少一次性煤炭、原煤的燃燒利用。原煤的燃燒利用率低，但其在一次能源生產和消費結構中均占70%以上。針對這種能源浪費現象，煤炭行業積極開展原煤深加工，通過煤炭的氣化與液化，開發使用二次高效能源。

(3)能源梯級利用。能源梯級利用是能源合理利用的一種方式，它要求不管是一次能源還是余能資源，均按其品位逐級加以利用，可以提高整個系統的能源利用效率，是節能的重要措施。能量梯級利用技術和熱電聯產、熱電煤氣聯供的推廣，大大提高了供熱系統的效率。

2.水泥行業降低能耗方面的進程

以“礦業+窯業”為特征的水泥業屬資源、能源消耗型行業。水泥行業主要以石灰石、黏土、硅巖以及氧化鐵為主要原料，以天然化石燃料(煤、油、天然氣)作為主要燃料[1]。按照我國現有的水泥生產工藝水平計算，每生產一噸水泥，平均綜合能耗約120千克標準煤，高于世界先進水平50%。其每年總能耗已超過l億噸標準煤。行業的特殊性使得水泥行業在原料替代、燃料替代、余熱發電、廢棄物處理等方面節能減排潛力巨大。目前在循環經濟理論的指導下，水泥業不斷開展創新，在其降低能耗方面取得了如下進步:

(1)大力開發利用各種替代燃料。水泥廠將廢塑料、廢木材、污泥等廢棄物作為熱能源加以利用，不但節約了煤炭使用量，還消減了溫室氣體的產生量。目前水泥行業消納的廢棄物在全國固體廢棄物利用總量中超過80%。

(2)水泥生產工藝的不斷創新大大減少了能量消耗。水泥生產的過程實際上就是“二磨一燒”，也就是生料磨，水泥磨，熟料燒成。在生料磨方面，使用粉磨效率高、耗電少的立式磨逐漸取代粉磨效率低、耗電量大的球磨機，可節能減排5%至7%。而在水泥磨方面，加裝一個輥壓機可較單獨的球磨機系統節約能耗6%至10%;水泥企業紛紛上馬新型干法旋窯，用國際先進的技術水平來促進水泥工業節約能源和資源。到2010年，新型干法水泥比重達到70%以上，日產4000噸以上大型新型干法水泥生產線技術經濟指標，達到噸水泥綜合電耗小于95KWH、熟料熱耗小于740千卡/千克;采用供熱機組集中供熱，不僅可減少向大氣排放煙塵，并且集中供熱可節約大量燃料。

(3)余熱發電技術已成為水泥業降低能耗的一大亮點。余熱發電技術可以實現水泥企業對外界電能的零消耗。熟料燒成會產生大量余熱，建設余熱發電系統，即可節能30%至45%。國務院在發展循環經濟電視電話會議明確提出，水泥行業現有日產2000噸以上和新建的新型干法水泥生產線，要安裝或建設低溫余熱發電設備。

3. 磷化工行業降低能耗方面的進程

化工行業的耗能大約占全國能源消耗的10%左右，每年電耗約占全國用電的17%左右。磷化工業作為一種重要的化工行業，其產品能耗相當高，例如每噸黃磷電耗在13500～15000 kW#8226;h，消耗焦炭(或白煤) 1.8～2.0t。以循環經濟模式發展磷化工業，不但改善環境，而且回收大量能量，相應降低了磷化工總能耗。

主要成果有:(1)磷化工行業通過“拆小改大”，淘汰落后的、能耗高的小黃磷電爐;(2)采用三相七極等爐型以及數字化專家智能控制系統等技術、黃磷電爐智能化節電技術，對黃磷生產全方位實行計算機控制;(3)開發磷酸余熱回收裝置，利用磷酸生產的余熱替代燃煤鍋爐向生產裝置供汽等一系列措施，使其生產過程中能耗大大降低。

二、副產品綜合利用、三廢處理進程

副產品是指在主要產品的生產過程中附帶生產出來的非主要產品，即制造某種物品時附帶產生的物品，也叫副產物。三廢指廢水、廢氣、廢渣。廢水包括生活污水、工業廢水和初雨徑流入排水管渠等其它無用水，一般指沒有利用或沒利用價值的水。廢氣包括粉塵、煙、霧、蒸氣等，主要有工業廢氣、有機廢氣等。廢渣指人類生產和生活過程中排出或投棄的固體、液體廢棄物，按其來源可以分為工業廢渣、農業廢渣和城市生活垃圾等。

隨著循環經濟理論和實踐的發展，非金屬產業副產品、三廢的利用經歷了末端治理階段、清潔生產階段、零排放生產階段三個不同階段。末端治理階段強調在生產過程的末端采取措施治理污染，其具體做法是“先污染，后治理”。對生產過程，清潔生產要求從生產的源頭和全過程充分利用資源，節約原材料和能源，淘汰有毒原材料，削減所有廢物的數量和毒性，使每個生產企業在生產過程中廢物最小化、資源化、無害化;對產品，清潔生產要求減少從原材料提煉到產品最終處置的全生命周期的不利影響。零排放則意味著在企業清潔生產的基礎上，使上游企業的廢物成為下游企業的原料，不斷延長生產鏈條，實現區域或企業群的資源最有效利用，廢物產生量最小，甚至零排放。

1. 煤炭行業副產品綜合利用、三廢處理進程

煤炭開采過程會產生大量的煤炭伴生礦產資源如高嶺土(巖)、膨潤土、油母頁巖、蒙脫石、石膏、硫鐵礦、硅藻土、耐火粘土等。

煤炭行業生產中排放大量的廢水、廢氣和廢渣。煤礦每年排放的大量廢氣多為煙塵、瓦斯、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、一氧化碳和氨氣等，他們嚴重危害著礦區的大氣環境。礦井廢渣主要是矸石、粉煤灰，另外還有少量的一些爐渣和生活垃圾。礦井廢水主要是礦井生產所排廢水，一般呈酸性。目前我國煤礦開采積存的煤矸石超過30億t，我國每年因礦山生產而產生的廢水、廢液總量約占全國工業廢水排放總量的10%以上，處理率僅為4. 23%。在廢氣排放方面，僅煤炭工業廢氣排放量每年達4000億m3。

最初的末端治理階段，煤炭企業不夠重視對副產品的綜合利用，不能將其資源優勢轉化為經濟優勢。生產排出的廢水、廢氣只是得到簡單的處理，高昂的治理成本和高難度的治理使得煤炭業三廢的處理收效甚微。

清潔生產階段，煤炭企業為了更有效的利用資源、減少環境污染，積極探索推行清潔生產的主要途徑。如根據資源賦存條件選擇合理的開采方法和生產工藝，提高煤炭資源的采出率和產品的質量，減少煤炭資源的浪費;減少井下巖石巷道的掘進量，采用煤巷布置，減少矸石的產生量;推廣采用成熟可靠的特采工藝，減輕延緩地表塌陷技術;推行空氣污染防治工程等。

在清潔生產的基礎上，我國煤炭企業積極尋找廢棄物的再利用途徑，努力做到廢棄物的零排放。煤泥、煤矸石的最好利用途徑是用來發電，還可以通過回填和發展建材等途徑利用煤泥、煤矸石。粉煤灰可以用來改良土壤、淤地造田、填坑造地，用作混凝土的摻合料制空心燒結磚、水泥等。SO2 可以作為硫酸工業的原料。新型脫硫技術既可以減少煙氣中SO2污染，同時將脫硫過程實現為硫酸生產的原料準備過程。國務院在發展循環經濟電視電話會議明確提出所有新建燃煤發電機組同步安裝并運行脫硫設施，已建燃煤發電機組在2015年以前全部完成脫硫改造。煤炭加工中產生的高純度煤氣的主要成分是CO 和H2 ，不但可以作為能源，用作城市生活煤氣的供應、發電，也可以作為化工原料來合成氨、制備甲醇等。瓦斯資源可以用來發電或作民用燃料。經過簡單處理，礦井水就可用于煤礦生產用水，主要包括礦井開采及原煤洗選用水。

2. 水泥行業副產品綜合利用、三廢處理進程

水泥工業是污染大戶。據資料顯示，全國2003年排放粉塵557萬噸，二氧化硫108萬噸，氮氧化物88萬噸，二氧化碳4.49億噸，水泥生產中還會產生大量的廢水。

目前水泥廠清潔生產的重點是水泥窯清潔煅燒。要做到清潔生產，首先，要采用易燃原料。用易燒的工業廢渣和巖礦代替黏土做水泥原料，根據物料易燒程度配煤，以能夠燒到高溫形成結構理想的硅酸鹽礦物為佳。第二，改進煅燒方法，關鍵是供氧充分、里外燒透。在立窯上燒水泥則要成小料球;料球小，動態時不易破碎、熱態時不易破裂，入窯后通風順暢、阻力小;從邊部燒到球心的時間，與物料通過高溫帶的時間相配，從外到里的煅燒時間縮短、容易燒透，減少過燒、實現快速燒成。第三，高效利用窯灰，重視環保。窯的收塵是個重點，收塵系統應是立窯的輔助設備，不僅要收塵和消煙，還要有輔助立窯發揮煅燒能力的作用。

水泥工業“四零一負”戰略中提到水泥企業可以完全實現廢料、廢渣、廢水的零排放，實現水泥工業和生態環境和諧共存以及水泥企業對其周圍生態環境零污染。該戰略已成為水泥工業的發展方向。

3.磷化工行業副產品綜合利用、三廢處理進程

我國磷礦資源特點是中低品位磷礦較多，因此合理利用中低品位磷礦對我國磷化工可持續發展意義重大。而中低品位磷礦品位低，伴生雜質高。因此需要合理高效利用磷礦伴生物。磷礦伴生資源主要有氟資源、稀土氧化物、碘資源、砷資源等。

磷礦中含有3%的氟元素，在濕法磷酸、過磷酸鈣的生產過程中，氟將會以HF和SiF 的形式逸出。目前，磷化工行業對氟元素僅進行簡單的加工處理，水洗生產氟硅酸進而加工價值極低的氟硅酸鹽。應加大對磷化工生產中氟資源回收和利用技術的研究，如可以采用濕法磷酸氟回收制氟化鋁，制無水氟化氫進而發展制氟烴。磷礦中伴生的稀土氧化物，是今后一個重要的稀土資源。結合磷礦的浮選、濕法磷酸的生產綜合開發磷礦中稀土資源回收是延長我國稀土資源使用年限的重要出路之一。碘資源回收技術對加強磷礦中伴生碘資源的綜合利用至關重要。例如，宏福公司與貴州大學合作開發磷礦石伴生碘資源回收技術，并成立聯合研發中心，已建成年產5噸的碘回收中試裝置并生產出合格產品，現正在建設的年產100噸碘回收工業化裝置，將以碘為基礎，開發眾多的系列產品，可創產值10億元。為我國開發利用碘資源提供了借鑒。

磷化工在生產過程中產生的廢氣主要有一氧化碳、二氧化硫、二氧化碳、氟化氫、四氟化硅、磷化氫、硫化氫等，還會產生一些粉塵。磷化工企業中的工業鍋爐燃煤和制造磷肥所用原料硫酸的生產是產生SO2的主要來源。磷化工在加工生產中都要產生大量的含有磷、氟、硫、氯、砷、堿、鈾等有毒有害物質的廢水。每采選1t磷礦要排放含有磷、氟等物質的廢水2t左右。磷化工生產中產生的固體廢物主要有礦山尾礦、廢石;黃磷生產排出的磷渣、碎礦、粉礦、磷泥、磷鐵;濕法磷酸生產中產生的磷石膏;硫酸生產中排出的硫鐵礦渣、鈣鎂磷肥高爐灰渣等。其中，每生產1t黃磷副產磷渣10t左右。

黃磷尾氣中有熱源和一氧化碳等，其中含量約占90%的一氧化碳是極好的燃料，而且是重要的合成氣和有機化工原料，可以用來生產目前國內外市場需求量較大的甲酸鈉、甲酸、草酸、甲醇、聚甲醛、醋酸、乙酸、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等高附加值的化學品，從而拓展產品鏈;而CO燃燒所產生的熱能也可以作為磷化工生產中的熱源。此外還可以利用黃磷尾氣聯合發電。目前國內外對于磷石膏的利用途徑主要有:作為石膏粉體材料和建筑材料等;作為造紙和油氈生產的填充劑;制硫酸聯產水泥(如中國山東魯北化工集團等);回收硫并聯產筑路材料;制硫酸銨和碳酸鈣;制硫酸鉀;作為土壤改良劑;深加工回收鈣、磷等。

總而言之，磷化工作為高能耗、高資源消耗、重污染的行業，其生產中的環境保護和三廢處理利用對磷化工的可持續發展至關重要。歐洲、美國通過關停部分磷化工的生產裝置，使其磷肥和黃磷的生產能力顯著下降，大大減輕了其對環境污染的壓力。我國目前主要是從規范行業發展，并采取邊生產邊治理的方法來逐步解決磷化工生產中的環境保護和三廢處理利用問題。

三、生態產業鏈建設進程

生態產業鏈是指某一區域范圍內的企業模仿自然生態系統中的生產者、消費者和分解者，以資源(原料、副產品、信息、資金、人才)為紐帶形成的具有產業銜接關系的企業聯盟，實現資源在區域范圍內的循環流動。研究非金屬生態產業鏈的發展進程，不僅符合循環經濟3R原則中的“RECYCLE”原則，還對非金屬產業整體的發展產生了變革式的影響。非金屬生態產業鏈的規劃需要遵循生態學規律，符合可持續發展思想。一方面隨著產業鏈的延伸，不斷提高資源深加工程度，產品價值不斷提高。另一方面要綜合利用資源，尋找廢棄物、伴生物的再利用途徑，構建其再利用鏈條，從而減少廢棄物的排放。隨著非金屬生態產業鏈理論研究和實踐的深入，非金屬生態產業鏈由單一、簡單轉向復雜，演化成產品價值增值鏈。非金屬不同行業之間生態產業鏈開始出現交叉與偶合。

1.煤炭行業生態產業鏈

煤炭行業生態產業鏈主要有煤→電產業鏈、煤→化工產業鏈以及煤→矸石→建材產業鏈。具體來講，以煤炭資源為基礎的價值縱向延伸方式有:①原煤→洗選→中煤→中煤發電;②原煤→洗精煤→配比(汽煤、肥煤、焦煤配比) →焦化→焦炭、焦油、粗苯、煤氣→煤化工;③ 原煤→煤炭液化→煤化工;④ 原煤→煤炭氣化→煤氣→煤化工;⑤ 原煤→發電→高能耗產業;⑥ 原煤→發電;⑦ 煤炭物流;⑧煤→矸石→建材一體化產業。

煤炭企業可根據實際情況，進行科學預測和充分論證，在實施過程中，可結合礦區特點進行生態產業鏈的有機組合，最終確定具有經營特色和市場競爭力的產業鏈延伸方式。

2.水泥行業生態產業鏈

(1)煤→電→焦化→水泥建材循環經濟產業鏈

整個產業鏈以煤礦建設為基礎，原煤經洗選加工后，精煤用于煉焦，中煤、矸石用于發電。焦爐煤氣轉化為合成氨，作為生產化肥、鉀鹽產品所需的上游原料。電廠產生的爐渣、粉煤灰與石灰石資源結合，生產高標號的優質低堿水泥。電廠為整個項目生產提供電能，產生的余熱除滿足生產系統需求外，還可解決當地集中供熱問題。

(2)煤→電→冶煉礦渣水泥聯產。

水泥廠可消納電廠的粉煤灰用作混合材以及冶煉廠的廢渣(赤泥)用作原料。

(3)硫酸→磷肥→水泥聯產。

水泥窯將磷石膏分解成S02和CaO，前者送到硫酸廠制成了硫酸，后者則燒成水泥熟料，實現硫元素的循環利用。

3.磷化工行業生態產業鏈

在循環經濟理論的指導下，我國磷化工行業生態產業鏈已由最初的“礦一肥”結合路線延伸為“礦一肥+鹽”的模式，逐漸形成以肥為基礎，以精細磷化工發展方向的發展趨勢。目前其主要生態產業鏈如下:

(1)產品生產鏈:

①黃磷(黃磷尾氣為燃料)→五鈉、六偏、次磷酸鈉;六偏→三偏磷酸鈉、偏磷酸鉀、牙膏級磷酸氫鈣等精細磷產品;

②礦石加工→磷酸→磷復肥，磷酸精制→磷酸鹽，黃磷→磷酸→磷酸鹽→精細磷酸鹽→專用磷酸鹽

該產業鏈可以同時與氯堿、其他一些有機和無機化工產業綜合配套，形成產業鏈的有效和有序的延伸、交錯和擴張，從而組成綜合性的化工產業鏈。

(2)廢棄物利用產業鏈:

①磷石膏→硫酸→水泥

磷石膏聯產水泥和硫酸的技術是將磷石膏高溫分解，所得二氧化硫用于生產硫酸，CaO用于生產水泥。山東魯北集團總公司建成了世界上最大的磷石膏一硫酸一水泥聯產裝置，即150 kt/a磷酸銨，200 kt/a磷石膏制硫酸聯產300 kt/a水泥的生產線。整個生產過程無三廢排出，資源得到高效循環利用，形成一個功能完善的生態產業鏈。

②磷渣→水泥;磷泥→黃磷、次磷酸鈉→殘渣、磷化氫→亞磷酸、磷阻燃劑→亞磷酸酯增塑劑;氫氣(燒堿裝置副產)→過氧化氫;氯化鈉(草甘膦生產中的副產品)→氯堿→燒堿→甲酸→氯氣→三氯化磷和鹽酸→草甘膦。

四、評述

雖然非金屬產業循環經濟的發展取得了很大成就，能耗初步實現了減量化、副產品以及廢棄物也得到了一定程度的綜合利用、基本形成了一定規模的生態產業鏈。但非金屬產業內行業耦合性能差。今后需要從產業的高度來規劃發展循環經濟，把非金屬產業打造成資源再利用產業，加強煤炭、水泥、磷化工不同行業的關聯度和行業耦合性，打造產業內不同行業產業鏈?？偠灾墙饘佼a業要依據循環經濟理論來指導其發展，加快非金屬產品深加工進程，提高資源利用效率，積極探索非金屬產業循環經濟的發展模式，走可持續發展道路。

參考文獻

[1]江農基等.循環經濟與建材資源再利用[C].中國科協年會，2006

[2]解宏緒.煤炭循環經濟刻不容緩[J].財經界，2004，(12):66-68

[3]高長明.循環經濟與我國水泥工業[J].再生資源與循環經濟，2008，(10):3-6

[4]楊曉航.貴州磷及磷化工發展循環經濟模式探討[J].貴州信息與未來，2009，(3):7-13

[5]鄭季良，陳衛萍.我國生態工業園生態產業鏈構建模式分析[J].科技管理研究，2007，(9):131-133

[6]陸剛，孫宇博，丁兆國等.煤炭產業鏈模式構建及應用研究[J].煤炭經濟研究，2005，(7):23-25