工業固體廢棄物資源綜合利用技術現狀解析

趙 娜，趙柯蘅

（1.內蒙古準格爾經濟開發區環境保護局，內蒙古 鄂爾多斯 010400；2.內蒙古國土資源勘查開發院，呼和浩特 010020）

改革開放以后，我國社會經濟得到了前所未有的發展，各個領域都取得了驕人的成績。然而，在快速發展的經濟環境下，資源的合理利用率無法與之相匹配，這也給我國的生態環境帶來了巨大的壓力。誠然，這也是新的機遇和挑戰。

1 工業固體廢棄物概述

工業固體廢棄物主要是指在日常的工業生產過程中所殘留下來的各種廢棄物，如采礦作業遺留的廢石、燃燒鍛造后剩余的殘渣、劣質原料的尾礦等。這些廢棄物對生態環境的污染和破壞極其嚴重。

最新的統計數據表明，我國工業生產中所遺留的工業固體廢棄物呈現出逐年上升的趨勢，尤其是近幾年來，經濟技術的飛速發展和城市工業化的進程不斷加快，工業固體廢棄物的增長率甚至達到了可怕的10%。其中，產生工業固體廢棄物最多的5個行業分別是：電力電氣行業、熱力行業、黑色金屬加工冶煉行業、有色金屬采集行業和黑色有色金屬礦采行業。這五個行業所產生的工業固體廢棄物占據所有行業工業固體廢棄物產量的80%。同時，由于處理方式不當，資源浪費嚴重。

2 工業固體廢棄物的現狀

2.1 工業固體廢棄物總量與堆放情況分析

我國工業固體廢棄物總量呈逐年上升的趨勢，從1985年的6億t到2009年超過了20億t，這其中的增長可以說是井噴式的爆發。如此龐大的數據，充分顯示了我國在經濟飛速發展的過程中對工業固體廢棄物的忽視[1]。

除此之外，雖然我國工業固體廢棄物的總量逐年上升，但工業廢棄物的利用率較低，目前我國工業固體廢棄物的利用率僅為55%左右。而剩下的工業固體廢棄物每年都會大量堆積，如今我國的堆積總量已經超過100億t。這就導致大量資源被白白浪費，生態環境也不可避免地遭受破壞。總體上來看，我國對工業固體廢棄物資源的利用率較之西方發達國家來說，仍有較大的差距。

2.2 工業固體廢棄物的分類

近幾年的國家大數據統計顯示，我國的工業固體廢棄物主要來源于5大重工業作業，采礦業的廢棄石料、冶煉金屬的燃燒殘留等都是目前我國工業固體廢棄物的重要組成部分。我國地大物博，有著豐富的礦產資源，所以工業固體廢棄物的來源相對穩定。由于我國有著豐富的礦產資源作為后盾，所以我國的工業開采量也逐年增加。而作為產生工業固體廢棄物主要來源的5大企業，所使用的礦產資源都可以回收再利用。如果能對其在生產過程中產生的工業固體廢棄物進行合理的回收利用，一方面可以改善生態環境，建立可持續發展的生態系統；另一方面可以使得我國的礦產資源利用率得到充分的發揮，進一步有效解決工業固體廢棄物浪費的問題。

2.3 工業固體廢棄物的分布

我國的工業固體廢棄物分布有著極強的規律性。工業固體廢棄物最主要的產地集中在我國的中部和西部。其中，東北三省加上山西、山東、河南、河北等共10余省份，占全國工業固體廢棄物總產量的五分之三以上。主要原因是這些省份的經濟結構不合理，重工業集中，這也就使得這些地區的工業固體廢棄物產量非常之大。同時，這些地區經濟基礎較為落后，導致其對工業固體廢棄物的資源利用率較低低，造成大量資源的浪費。而我國經濟較為發達的沿海地區，工業固體廢棄物的利用率較高，部分地區甚至可以達到95%左右。目前，我國各地區對工業固體廢棄物的利用率明顯失衡，長此以往，勢必會造成兩極分化，不利于我國經濟的進一步發展。

3 工業固體廢棄物資源綜合利用技術

3.1 工業固體廢棄物在微晶玻璃制造中的應用

微晶玻璃是一種由玻璃顆粒經煅燒結晶化，從而制造出來的一種微晶體和玻璃的混合體。它具有質地堅硬、材料緊實均勻、耐高溫腐蝕、絕緣等特點，并且在生產的過程中絲毫沒有污染，屬于一種新型的綠色環保材料。由于微晶玻璃的各項性能卓越，所以它被稱為跨世紀的科學材料，同時被廣泛地應用在機械制造、生物醫學、電子與微電子、航空航天等領域。而將工業固體廢棄物用于制造微晶玻璃，不僅解決了工業固體廢棄物對生態環境的破壞問題，也實現了資源的再生利用，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原材料，從而制造微晶玻璃。所以，使用磷渣來鍛造微晶玻璃，不僅可以降低磷渣對生態環境的破壞，達到保護環境的目的，也能降低微晶玻璃的生產和制造成本，符合可持續發展的要求[2]。

3.1.2 鉻渣

鉻渣是生產金屬鉻和鉻鹽過程中產生的工業廢渣，對人體有一定的危害。我國目前有20余省份都排放這種工業廢渣，所以實現鉻渣的資源回收也就愈發重要。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，會易引起人身中毒。在回收利用鉻渣的過程中，人們可以通過特殊的處理方法將其中的有毒物質進行轉化，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

鈦渣含有多種化學成分，其內在組成結構遠比磷渣和鉻渣復雜，如氧化鎂（MgO）、氧化鈣（CaO）、氧化鋁（Al2O3）等，具體表現為灰棕色。鈦渣組分較為復雜，微晶玻璃制造會直接使用。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，所以使用氧化鈦時需要與其他晶合劑相結合。同時，鈦渣和其他化學元素所組成的晶體還有極強的化學穩定性，這也是其優勢所在。

3.2 工業固體廢棄物在干混砂漿中的應用

干混砂漿（干粉砂漿），也叫做水硬性水泥混合砂漿，是建材領域新興的干混材料之一。它具有使用簡單、性能卓越的優勢，因此在城市建設中得到廣泛應用。它主要由干燥篩分處理的骨料、無機膠凝材料、化學添加劑和各種顏料等組成，在建筑領域通常起到黏結、襯墊、防護和裝飾等作用。另外，部分工業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，從而實現回收利用。

3.2.1 粉煤灰

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中掉落下來的細灰，是燒煤發電廠排出的主要工業固體廢棄物。粉煤灰是我國固體廢棄物排放量較大的工業廢渣之一。隨著電力工業的快速發展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，如果粉煤灰不進行及時處理，會引發揚塵現象，污染大氣環境；如果粉煤灰排入水中，會導致河流淤塞，，影響水體質量。因此，要大力建設資源節約型、環境友好型社會，加強粉煤灰的處理，減少污染物的排放量。同時，粉煤灰也是干混砂漿的主要膠凝材料，顆粒較細、質地較輕、吸水性極強。通常，凝膠材料可以顯著提升干混砂漿的強度和流動性，實際使用效果良好。原因是粉煤灰含有獨特的化學元素，其可以與干混砂漿中的其他化學元素產生反應，進而提高干混砂漿的流動性。除此之外，粉煤灰含有的獨特物質和強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，使得干混砂漿應用效果更好。

3.2.2 礦渣

礦渣是在高爐煉鐵過程中產生的副產品。在煉鐵的過程中，氧化鐵在高溫反應下還原成金屬鐵，鐵礦石中的二氧化硅、氧化鋁等雜質與石灰等反應生成以硅酸鹽和硅鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經過淬冷，成為質地疏松、多孔的粒狀物，即為高爐礦渣，簡稱礦渣。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性，所以礦渣通常會和粉煤灰結合使用，以達到更好的使用效果[3]。此外，復合礦渣、尾礦尾砂也能用于制作微晶玻璃，可以降低環境危害，實現資源的循環利用，推動社會可持續發展。

3.2.3 煤矸石

煤矸石是采煤和洗煤過程中排出的一種工業固體廢棄物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的含碳量較低、比煤更加堅硬的黑灰色巖石。它包括手選矸石、洗選矸石和巷道掘進矸石等，煤矸石可以占原煤總產量的10%左右。而能否對煤矸石中各種化學成分進行合理分析，是實現煤矸石綜合利用的關鍵。因此，人們可以根據碳元素含量，對煤矸石進行分類。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，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。

通常，含碳量是開發利用煤矸石的主要參考依據。含碳量偏低的煤矸石發熱量較低，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，要提前進行化學處理，如果煤矸石中的硫元素符合使用標準，也可將其回收利用。煤矸石的資源化利用途徑包括發電、作為燃料供熱或者是充當填充物、建材等。近幾年，用煤矸石生產的混凝土不僅能夠提升水泥性能，還能夠節約生產成本，提高經濟效益，促進企業發展。

市場上使用煤矸石二次加工生產的產品良莠不齊，這大多是煤矸石含碳量不同造成的。所以，人們無法用統一的標準去衡量這些產品，這就阻礙了煤矸石的大量使用和推廣。所以，未來應當逐漸開發其共性，制定出適合煤矸石的資源化利用標準，規范煤矸石市場，促進工業固體廢棄物實現回收再利用，促進工業和生態實現協調發展。

4 結論

我國是世界上排放工業固體廢棄物最多的國家之一。但相較發達國家，我國工業固體廢棄物的資源化利用效率較低，仍有許多不足之處。針對這種情況，我國需要切實建立再生資源利用體系，不斷優化產業結構，以便實現工業固體廢棄物的資源化利用。