燃煤固廢在建筑行業中的利用現狀及建議

崔茂林 張 強 張元偉 李映潭 中建八局第四建設有限公司

1 前言

我國經濟的長期飛速發展是以大量的化石能源為基礎，隨著經濟總量的增大，對化石能源的依賴性也變高。目前我國一直在促進能源結構的改革，清潔能源和可再生能源在能源結構中所占比重逐漸上升，但我國煤炭資源豐富，煤炭在能源結構中的主導地位仍然難以撼動，從而導致火電在我國電力結構中仍占主導地位。

火力發電以燃煤發電為主，燃煤發電會產生大量的脫硫石膏、煤渣和粉煤灰等固體廢棄產物，這些固體廢棄物對環境的污染以及所造成的資源浪費是當今世界環境保護和資源保護面臨的主要問題[1]。燃煤固廢的低效化處理，將會對環境造成嚴重的污染。將燃煤固廢回收利用于建筑行業能夠有效降低成本，并解決燃煤固廢的環境污染問題。因此本文闡明了燃煤固廢在建筑行業的利用現狀，并對其利用與發展問題提出了參考性建議。

2 建筑行業固廢利用現狀

2.1 粉煤灰利用現狀

粉煤灰是燃煤固廢中的主要廢棄物，隨意排放將會對水資源、土地和大氣造成污染，我國燃煤發電每年會產生超過6億噸的粉煤灰[2-3]，對粉煤灰進行回收利用符合目前國家節能減排和可持續性發展的戰略，我國對粉煤灰的綜合利用最早主要就是在建筑材料行業，主要表現在以下幾個方面。

①充當水泥混合原料，將粉煤灰混合于水泥中，能夠一定程度上提升其性能，降低水泥水化熱反應的負面影響，同時增加水泥的產量，降低成本。

②改善混凝土性質，粉煤灰作為鋼筋混凝土的混合原料，可以有效改良混凝土的后期強度、干燥收縮性和硬化水平等性質，增強混凝土表面的順滑性，提高泵送高度，同時提高混凝土轉化率。

③生產建筑原料，粉煤灰可以取代黏土制作實心磚和空心砌等建筑原料，可以解決黏土消耗帶來的環境問題，同時具有質量輕、強度高、隔音效果好、保溫且環保等優點。

④用作筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基層材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面，同時粉煤灰可用于護坡、護堤工程和修筑水庫大壩等，具有能避免路基下沉，施工簡單，成本低等優點[4-6]。

2.2 煤渣利用現狀

煤渣又稱爐渣，燃煤電廠燃燒煤炭后排出的另一種固體廢棄物，其主要建筑行業利用有。

①作為墻體和砌筑砂漿的原材料，將煤渣與粉煤灰、水泥和石膏等混合后拌合可制成砌筑砂漿，采用這種砂漿制成的磚塊和砌體等通常具有較好的性能，同時還可以制成各種墻體材料，其各項性能均能達到要求，并顯著降低成本。

②作為水泥混合材料，煤渣通過加工具有水硬膠凝性能，將其與水泥、石灰或石膏等混合，可配制加工成少熟料或無熟料的水泥，其強度可達225～325號。

③作為混凝土骨料，煤渣在破碎之后，調整級配可作輕混凝土，也可以替代瀝青混合料中細骨料。

④用作保溫防火材料的制作，將煤渣和石灰按一定比例混合，可作為屋面保溫或室內地基材料，同時可作為建筑行業防火材料的原材料。

⑤作為筑路材料，加入煤渣的路面混合料馬歇爾穩定度、抗拉強度和彈性模量會降低，低彈性模量表明其混合料具有高彈性變形，會增加其抗車轍性。

⑥用與制作隔音墻，使用粗粒煤渣制備的墻體具有良好的吸聲性能，是良好的減少交通噪聲污染的經濟建筑結構。

⑦沸石混合材料。

2.3 脫硫石膏利用現狀

脫硫石膏是燃煤電廠的脫硫裝置產生的副產品，其目的是為了減少二氧化硫排放，我國作為世界上石膏消耗量最大的國家，對脫硫石膏的開發起步較晚，回收利用率較低，目前國內脫硫石膏年產量八千萬噸，利用率僅80%，日本和歐洲等國其利用率已達100%，距其仍有一定差距。

脫硫石膏在建筑行業的利用主要有以下幾個方面。

①替代天然石膏用作建筑材料，脫硫石膏與天然石膏成分較為相似，基本上可以取代天然石膏作為生產原料；

②生產石膏砌塊、石膏板和石膏砂漿等建筑原料，脫硫石膏生產的建筑材料具有質量輕、強度高和抗開裂等諸多優點，同時能夠減少對不可再生資源的消耗，并降低生產成本；

③用作水泥緩凝劑，添加脫硫石膏的水泥能夠有效調節凝結時間，并具有高強度、低干縮率的優點，以及較好的抗凍性和安定性[7-9]。

3 存在問題

3.1 區域發展不平衡

我國燃煤固廢利用起步晚，發展速度快。但各地資源分布不均衡，產業結構存在差異，火電發展與建筑行業發展不匹配，造成了固廢利用的區域發展不平衡。在東部沿海例如上海等發達地區，固廢產量不高，且建筑行業飛速發展，建筑材料緊俏，燃煤固廢回收利用率高，近幾年基本能達到100%[10]；而在偏遠地區尤其是西北地區，當地建筑行業發展較為緩慢，燃煤發電廠集中，燃煤固廢產量高，由于資金和人力不足，管理人員不重視，技術水平有所欠缺等因素，導致燃煤固廢產出速度遠遠大于利用速度，往往將高品質的燃煤固廢直接用于道路回填或原地堆置，雖對燃煤固廢進行了回收利用，但效率不高，反而造成資源浪費，增加了環境壓力，同時加大了用地壓力。

3.2 分類分級體系不完備

我國現在由于固廢利用起步較晚，燃煤固廢分級分類體系尚不完備。對燃煤固廢進行分類分級和梯級利用，是解決燃煤固廢綜合利用率低下的關鍵。我國大部分燃煤電廠都是采用直接掩埋、堆置和外銷的固廢處理方式，雖然降低了處理固廢的人力資源壓力，但固廢處理不及時同時也會增加環境壓力和用地壓力。

大多數燃煤電廠僅對燃煤固廢進行簡單的粉煤灰、煤渣和脫硫石膏的分類，回收利用的大多仍屬于是大宗燃煤固廢，部分燃煤固廢分類僅針對建筑行業等低附加值領域，根據煤的來源、成分、燃煤裝置對燃煤固廢進行分類[11-13]，缺少對燃煤固廢的精細化分級分類利用，燃煤固廢的高附加值利用短缺。

3.3 回收利用方式及渠道不完善

目前我國回收利用燃煤固廢渠道不完善，且區域發展不平衡。發達地區信息傳播迅速，銷售渠道多樣；偏遠地區信息滯塞，且銷售渠道單一，低附加值燃煤固廢外運成本高，因此多是直接用作當地的道路回填以及建筑材料制作，銷售渠道的單一導致燃煤固廢利用極易飽和，大量的燃煤固廢難以得到充分的回收利用，最終還是堆置掩埋，低效處理，長期掩埋燃煤固廢會造成嚴重的地下水污染。

3.4 利用水平不均衡

“綠水青山就是金山銀山。”現階段，我國對資源利用、環境保護等方面提出了具有建設性的意見和建議，并且環保部門非常重視自然資源開采與環境的利用工作。然而，一部分企業在進行生產加工的過程中，一味追求豐厚的經濟效益，忽視了對環境和資源的保護工作。其中一些工業企業不完全符合優惠政策的申報標準，難以享受固體廢棄物處理的優惠政策，導致其在生產加工過程中向自然環境中排放了大量的固體廢棄物，對區域環境造成了十分深遠的影響。而且，一部分企業即便是已經實施了固體廢棄物處理措施，但是受到客觀因素和自身能力的制約，處理結果并不理想，甚至導致了企業更為龐大的成本資金消耗。

4 利用建議

4.1 學習國內外經驗，拓展利用方式

學習國外先進經驗，提高燃煤固廢綜合回收利用率，不僅要充分利用燃煤固廢的建筑功能，也要增加高附加值的利用途徑。不同地區存在著經濟、地域、資源、技術水平等的差異，導致燃煤固廢的利用存在較大差異。燃煤電廠要根據當地的實際情況，選用恰當的利用方向，減少運輸和堆置造成的環境污染，如在建筑業發達地區，可以保障燃煤固廢向建材方向利用；水泥產區可將燃煤固廢多用于水泥添加劑使用；石膏廠附近可多傾斜脫硫石膏資源。

在發達、較發達的城市對燃煤固廢的利用要向高附加值領域發展，如粉煤灰利用在研發新型建材材料、稀有金屬元素提取、石油催化劑摻料和軍事領域利用等；在偏遠地區，燃煤固廢因附加值低以及污染環境等，運輸成本較高，多是用于當地，所以當地建筑企業要起到帶頭作用，充分利用燃煤固廢的建筑性能，同時也不應全部依賴建筑行業帶動，燃煤電廠要多向高附加值領域發展，例如粉煤灰可用于制備新型玻璃材料以及鎵、鋰、釩和鍺等稀有金屬元素提取；例如煤渣中的硅和鋁是制備沸石的原料，其中的未燃碳是活性炭的來源；脫硫石膏用于硫資源再提取和制備土壤調節劑等[13]，提高燃煤固廢的高附加值利用率。

4.2 實施固廢分類，研發回收方式

燃煤電廠要做好燃煤固廢精細化分類分級回收利用，不能完全依賴外銷，應積極做好燃煤固廢分類分級工作，提高對高附加值領域回收利用分級分類的關注。可對當地實際煤炭中微量元素的賦存特征進行研究，根據煤中關鍵金屬元素的含量進行分級分類，增加燃煤固廢中稀有金屬元素的提取工作；也可根據燃煤固廢的酸堿度和活性，以及其中主要化學物質和礦物成分的含量，對燃煤固廢進行分類。從而提高燃煤固廢回收利用的附加值，提高電廠的經濟效益和社會效益。

同時應注意降低在燃煤固廢回收生產過程中的有害影響，例如石膏建材對脫硫石膏原料中的一些有害元素如氟、氯的含量有嚴格要求，注意當地煤炭所含微量元素情況，著重關注重金屬元素含量是否超標，保證健康安全的同時盡量提高燃煤固廢的品質。

各地應提前調研實際燃煤固廢回收利用情況，掌握各行業對燃煤固廢的需求，通過高低附加值相結合的方式，制定分類分級和生產銷售計劃，尋找效率和利益的平衡點，充分高效綜合回收利用燃煤固廢資源。建立專門的燃煤固廢銷售渠道，利用網上銷售平臺，讓燃煤固廢資源得到充分利用，使得燃煤固廢資源從偏遠地區“走出去”，經濟效益“帶回來”。

4.3 活用處理方式，增強處理效率

在固廢物處理工作中，需要結合固廢物自身的特點，合理運用化學、物理、生物等不同的處理方式。例如，一部分制造業固體廢物可以用來修路；在生產，加工時可以添加部分固體廢物，達到節約原材料的目的；而一些固體廢物能夠用來生產石灰、燒磚等不同的渠道。進行處理過程中需要將傳統的處理方式進一步優化提升，選擇綠色的、現代化的、信息化的處理方式，既能夠增加企業的經濟收益，也能夠降低處理固體廢物的資金消耗。人們需要對化學法處理工業固體廢物進行進一步研究，對于無機固體廢物，可以選擇化學處理方式，例如焚燒、溶液浸出、氧化還原等。對于有機固體廢物，則可以用來填補工業生產道路維修、房屋建設中原材料的空缺。

由于我國工業生產加工中出現的固體廢物種類較多，不同制造業出現的固體廢物也有自身的特點和差異。各個企業在處理固體廢物之前，需要選擇合理的區域，用來存放固體廢物，并且對其進行相應的處理。針對一部分污染性較弱的固體廢物可以選擇物理處理法例，如金屬廢渣、工業粉塵等。有機污染物在處理階段可以通過重選、浮選、揀選等形式對其進行分離，難以在后續生產加工中使用的物質可以進行焚燒和掩埋，能夠用于再生產的固體廢物，則可以直接將其應用于工業生產加工中。

與此同時，生物處理法也是處理工業固體廢物的有效措施。人們可以借助發酵有機物將固體廢棄物轉化為生產有機肥料，能夠在一部分農業種植區域加以利用，還可以結合生物技術修復等形式，對固體廢棄物處理不當而導致的污染問題進行優化和提升。根據文獻研究可知，許多工業固體廢棄物中含有大量的微量元素。將其中含有的微量元素進行甄選和提純，能夠在不同行業中取得相應的應用進展。工業廢物通常種類多、數量大，很難進行針對性處理，難以堆放。更嚴重的是，有些工業固體廢物是有毒物質，處理不好將會對環境造成不可預估的影響。一些企業在處理固體廢棄物的同時缺少環境保護意識，將其隨意焚燒和掩埋，對區域自然環境、土壤、水資源的影響十分嚴重。基于這種情況，對現有的工業生產方法進行改造，將固體廢物有效地再利用是保護環境、節約資源非常有效的方法，同時有利于推進循環經濟的建設步伐。生物處理法在現階段與我國的環境政策和資源政策不謀而合，并且在未來一段時間也能夠取得良好的效果。