固體廢棄物在建筑工業中的資源化利用

周萃文 尚秀麗 索隴寧 田 紅

（蘭州石化職業技術學院 石油化學工程系，甘肅 蘭州 730060）

固體廢棄物是指生產、生活和其他活動中產生的喪失原有利用價值被拋棄的固態、半固態物質，包括生活垃圾、農業廢棄物、冶煉廢渣、各種煤矸石、建筑垃圾等[1]。隨著我國經濟的持續高速增長及城市化進程的加快，固體廢棄物正以驚人的數量增加，據統計，我國每年產生的工業固體廢棄物大約為32億t，城市生活垃圾大約為1.7億t[2]，全國600多座城市，除縣城外，已有三分之二的大中城市陷入垃圾的包圍之中，且有四分之一的城市已沒有合適場所堆放垃圾[3]。這些固體廢棄物的堆積不僅占據著寶貴的土地資源，從垃圾中釋放的氣體還會污染大氣，滲濾液隨雨水滲透到地下污染土壤、地下水源，對人類和自然環境造成嚴重危害。 目前，資源和環境問題已經成為經濟社會發展的瓶頸, 因此，如何有效處置這些固體廢棄物，并將其加以資源化利用，對創建資源節約型和環境友好型社會具有重大意義[4]。近年來，以固體廢棄物為主要原料研制新型建材成為該領域研究的熱點，本文綜述了煤矸石、建筑垃圾、植物秸稈等固體廢棄物在建筑行業中的應用現狀、存在問題，并對其今后的研究方向進行了展望。

1 煤矸石在建筑業的綜合利用

煤矸石是一種與煤伴生含碳量較低的巖石，是煤礦開采和洗煤過程中產生的工業廢渣。隨著煤炭工業的不斷發展, 煤矸石的產量與日俱增。煤矸石的礦物組成、化學成分很復雜，包括的元素達數十種，主要是SiO2：40%～ 65%，Al2O3：16% ～ 36%，Fe2O3：2% ～ 9%，CaO:1%～7%等。由于煤矸石含有可燃物質和一些穩定的無機組分，將煤矸石用作建筑材料，不僅可以廢物利用，達到資源利用最大化，而且解決了廢棄物引起的環境問題，產生良好的社會效益和經濟效益[5]。

以含碳量較低的煤矸石為原料，經過配料、粉碎、成型、干燥和焙燒等工序可燒結煤矸石磚、多孔磚和空心磚等，如圖1所示，其性能和普通粘土磚相同。利用煤矸石作燒磚燃料，其發熱量除滿足自身燒成需要外, 還能利用余熱干燥磚坯及加熱鍋爐等, 比普通磚節約50%～60%的原煤。煤矸石中二氧化硅、氧化鋁及氧化鐵的總含量在80%以上，可代替粘土配料燒制普通硅酸鹽水泥、煤矸石爐渣水泥等。含碳量很少的煤矸石可用于填坑造地、回填露天礦和用作路基材料[6]。

圖1 煤矸石燒結空心磚、煤矸石磚

圖2 復合磚示意圖

2 建筑垃圾的污染及回收再利用

建筑業是典型的資源、能源消耗型工業, 伴隨著我國建筑業的快速發展，建筑廢棄物的產量越來越大、增長速度也越來越快。建筑垃圾大多為固體廢棄物，通常是在建設過程中或舊建筑物改建、擴建、拆除過程中產生的，主要包括建筑渣土、廢磚、廢瓦、廢混凝土、散落的砂漿和混凝土，此外還有少量的鋼材、木材、玻璃、塑料、各種包裝材料等[7]。據統計，我國每年新建建筑產生的建筑固體廢棄物大約l億t以上，而拆除建筑產生的建筑固體廢棄物在3億t以上,這些建筑垃圾已占到城市垃圾總量的30%～40%[8]。目前，我國處理建筑垃圾的主要方式是露天堆放或填埋，這不僅給城市環境帶來巨大壓力，對建筑業的可持續發展也會產生一定的影響。如何利用建筑垃圾，實現固體廢棄物的資源化，已經成為建筑施工企業和環境保護部門面臨的一道難題。馬保國等[9]以建筑垃圾粉料、再生細骨料、電石渣、石灰為基本原料, 采用蒸壓養護工藝制備的承重墻體磚，其性能指標與傳統黏土實心磚接近, 強度優于黏土磚。孫彩霞等[10]以廢混凝土、廢磚和廢瓦等建筑垃圾為骨料, 利用高硫石油焦渣、粉煤灰等工業廢渣制備再生磚，性能指標達到MU25 標準。

3 農村固體廢棄物在建材中的應用

在經濟高速發展的中國，我國農村已成環境污染的重災區，大量的生活垃圾未經處理隨意堆放，有的與工業產品污染物如農用塑料、廢舊家電、爐渣、礦石等相互疊加，美麗的鄉村失去了往日的容顏，酸臭的垃圾污染著土壤和水體。農作物收獲后的廢棄物如稻草、麥秸、玉米秸、樹枝和樹葉等就地焚燒，不僅浪費了資源，還引發了嚴重的空氣污染，甚至導致火災事故的發生。因此，如何利用這些廢棄物制備有利用價值的材料，最大程度地消耗處理它們，達到節約資源和減少環境污染的雙重目標，具有重要的環保意義和經濟效益[11]。史陽光等[12]將廢棄物棉花秸稈自然風干，并控制含水率在15%以下后，利用草磚機將其壓制成草磚，并將其作為墻體材料在農村試點開展“暖圈”建設，與傳統黏土磚相比, 具有保溫、隔熱、造價低廉、透氣性能好等優點。羅利江等[13]以重慶地區常見的稻草為原材料，采用不同濃度的NaOH溶液浸泡稻草，待稻草軟化后將其與混凝土砌塊復合形成兩層復合墻磚，如圖2所示。該復合磚無論是墻體的承重和保溫，還是墻體的穩定性都能適宜重慶農村建筑的要求。秸稈除了制做草磚還可以加工成質輕、堅固耐用的人造板。沈陽農業大學的劉德軍等[14]以水稻秸稈和玉米秸稈為原料，采用9FX-80 田型秸稈粉碎機將自然風干的秸稈揉絲粉碎，去除碎料和較大絲條,加入混合膠黏劑（無機膠凝材料與有機膠凝材料按比例復配）熱壓成型，其工藝流程如圖3 所示。采用該工藝制造的水稻秸稈人造板和玉米秸稈人造板均達到國家中密度纖維板的性能標準。

圖3 秸稈人造板的生產工藝流程

4 結論與展望

以固體廢棄物煤矸石、建筑垃圾、農作物秸稈為原料生產空心磚、草磚、人造板等建筑材料具有廣闊的發展前景，這些固體廢棄物的的科學開發與綜合利用不僅有助于減少我國的環境污染，解決資源短缺問題，還有利于我國高污染企業優化產業結構，促進清潔生產和循環經濟發展。目前對固體廢棄物做建筑材料的研究越來越多，并取得了一系列很好的成果，然而要想真正實現固體廢棄物的再次利用還需從以下幾個方面開展進一步的研究：

1）解決固體廢棄物除了增加垃圾的回收、再利用率，還要在源頭上減少固體廢棄物的產量，真正做到“固體廢棄物防治法”提出的：“減量化、無害化和資源化”的要求。

2）政府財政可通過稅收優惠、財政貼息、貸款擔保等手段，加大對環保企業如空心磚、草磚和人造板制造企業的財政扶持力度，促進企業的技術進步。

3）建立以政府為引導的產、學、研一體化合作機制,以高等學校、科研院所為依托， 以企業為支柱, 利益共享、風險共擔的合作形式， 通過簽訂技術合同保證科技成果轉化的持續性和完整性。

總之，我國在固體廢棄物資源化回收利用方面與發達國家還存在著明顯的差距，還有很多問題亟待解決，煤矸石、建筑垃圾、農作物秸稈的回收利用不僅僅是降低能耗的有效措施，也是我國實現可持續化發展的迫切要求。