我国工业固废的产业规模和处理技术现状*

罗 顺，游玉萍，林义民，岳 伟

广东省工业分析检测中心，广东 广州 510650

近年，随着我国经济高速增长，产生的大量工业固废不仅侵占了宝贵的土地资源，而且给土壤、水体和大气带来了不同程度的污染.未经处理的工业固废对生态环境构成了巨大威胁，同时作为“放错了地方的资源”，对其简单处置也是一种资源浪费.如何提高工业固废的处置水平、利用能力，将关系到我国经济的高质量发展.

1 工业固废的产生状况

根据国家统计局的统计年鉴数据，表1列出了2011～2016年我国工业固废产生的情况，图1为固体废物的种类占比.2016年我国工业固废总产生量已经超过30亿t.虽然近六年工业固废的总产生量维持在32亿t左右，但在经济发展整体不减速的前提下，工业固废的总产生量稳步降低，固废的综合利用率维持在61%左右，平均每年的固废贮存量超过5.4亿t.对照欧美发达国家的工业固废高效利用水平，我国工业固废资源化利用还有很大的提升空间[1].

表1 2011～2016年我国工业固废的产生情况

图1 一般固体废物产生量种类占比Fig.1 General solid waste generation ratio

2 几种典型的大宗工业固废综合利用技术现状

2.1 尾 矿

尾矿是指矿企在选矿过程中产生的有用成分含量低，在当前的技术经济条件下不宜进一步分选的固体废物.2016年重点工业企业尾矿产生量为8.3亿t，综合利用量为2.2亿t，综合利用率为26.2%.尾矿产生量最大的两个行业是黑色金属矿采选业和有色金属矿采选业，其产生量分别为3.8亿t和3.3亿t[40].

因受选矿技术水平、生产设备、经济成本的制约，我国矿业产生的尾矿量巨大，且利用率不高.尾矿不仅占用大量的土地，而且也给生态环境带来了严重的污染和危害.尾矿综合利用的主要方式有再选与回收有价元素及作为建筑材料(建筑用砖或水泥等)、矿山采空区的充填材料[2-3]、土壤改良剂和微量元素化肥[4]等.随着选矿技术的发展，从尾矿中综合回收有价元素，使资源得到了综合利用，也节省了开采、破碎及磨矿的成本.国内多个研究院和高校对用尾矿制砖工艺进行了探索和研究[5-6]，尾矿后续产业也形成了一定产品标准，如GB/T 31288-2014铁尾矿砂、YB/T 4561-2016用于水泥和混凝土中的铁尾矿粉、GB/T 33600-2017金属尾矿多孔混凝土夹芯系统复合墙板等.

2.2 粉煤灰

粉煤灰是煤炭中的灰分经分解、烧结、熔融及冷却等过程而形成的固体颗粒，主要由SiO2，Al2O3，FeO，Fe2O3等氧化物组成，此外还含有钼、银、铬等稀有金属.粉煤灰表面呈球形，具有粒细、质轻、比表面积大、吸水性强等优点[1].

2016年全国重点工业企业的粉煤灰产量约4.5亿t，综合利用量约3.8亿t，综合利用率约为83.3%.粉煤灰产生量最大的行业是电力、热力生产和供应业，在粉煤灰总产量的占比达到82.6%，其次为非金属矿物制品业、化学原料和化学制品制造业、有色金属冶炼和压延加工业、黑色金属冶炼和压延加工业.

粉煤灰的研究重点主要集中在农业、建材和建筑、化工、环保等方面.利用粉煤灰有巨大比表面积，及富含多种植物生长必要的Mg,N,B,Fe,Ca等元素的特点，可以改良土壤的物化性质[7-8].粉煤灰掺入混泥土中能提高混泥土的抗渗性、抗冲磨性和抗腐蚀性，并能减少水泥的用量[9-11]，具有较广泛的应用.粉煤灰砖具有成本低、强度高、质量轻等特点，已形成规模化生产[12]，并建有相应的产品标准(JC/T 239-2014蒸压粉煤灰砖).粉煤灰含有活性的SiO2，Al2O3和CaO等成分，可以替代部分黏土制备水泥[13]、砂浆[14].利用粉煤灰通过烧结或蒸压制造陶粒，具有良好的经济效益和社会效益[15].通过硫酸浸取法和烧结法可以从粉煤灰中提取大量的氧化铝[16].利用粉煤灰制备其他高附加价值产品如合成分子筛[17]、复合材料[18]等均有一定研究.在环保方面，利用粉煤灰的研究也有报道，例如污水处理[19]、烟气净化[20]等.

2.3 煤矸石

煤矸石属沉积岩，是一种与煤炭伴生的坚硬岩石，包括煤矿的手选矸石、巷道掘进矸石和洗煤厂的洗选矸石等，煤矸石产量约占原煤产量的10%～15%[1].2016年煤炭行业中主要企业的煤矸石产生量为3.4亿t，综合利用量为2.2亿t，综合利用率为64.4%.煤矸石作为固、液、气三害俱全的“工业废料”，其长期堆放不仅会占据大量土地，而且有毒物质的浸出会污染水源和土壤，严重影响生态环境.

目前，我国对煤矸石综合利用的途径主要有：煤矸石发电或供热[21]；煤矸石制建材，如制砖、水泥、轻骨料、砌块等[22]；用作路基填筑物；回填矿井采空区[23]等.煤矸石还可以在高附加值行业加以利用[24]，如用煤矸石制造陶瓷微珠、无机纤维保温材料及防火纸等.此外，由于煤矸石含有大量的Al，Si元素，可以用于生产硫酸铝铁[25]和白炭黑[26].基于目前煤矸石高附加值利用的发展现状，构建了“(高碳w(C)≥15%)煤矸石发电-(灰渣)多元素梯级提取/生产保温材料/陶瓷、沸石系列-(废渣)制建材”以及“(低碳w(C)<15%)煤矸石生产高岭土/肥料/保温材料/陶瓷、沸石系列/多元素梯级提取-(废渣)制建材”的循环经济路线[24].相关标准有DB13/T 1382-2011公路路基煤矸石填筑应用技术指南、GB/T 29163-2012煤矸石利用技术导则.

2.4 冶炼废渣

冶炼过程中产生的砷、镉、锌、铜、铅、铋等重金属废渣属于危险废弃物，处理不当就会引发相当严重的重金属污染.2016年全国调查重点企业的冶炼废渣达到3.3亿t，综合利用量为3.0亿t，综合利用率为92.1%.冶炼废渣产生最大的行业是黑色金属冶炼和压延加工业，产生量为2.9亿t；其次是有色金属冶炼和压延加工业，产生量为2174万t.

目前，我国对钢铁、有色金属、稀土等行业产生的冶炼废渣进行了综合利用的研究.利用的主要途径有再选和回收有价元素[27-29]、做建筑材料(水泥、混凝土)[30-31]、做填充材料[32]、做高价值其他产品如催化剂和凝胶材料等[33-35].我国作为全球最大规模的废渣生产国还是以堆放和回填为主，在提取有价金属方面因废渣中有价金属含量低，提取工艺流程复杂，操作难度高而导致有效利用率很低.相关标准有GB/T 33072-2016含砷废渣的处理处置技术规范、GB/T 32785-2016钒钛磁铁矿冶炼废渣处置及回收利用技术规范和DB44/T 798-2010陶瓷废渣砖等.

2.5 炉 渣

炉渣是在冶炼金属、燃煤、垃圾焚烧等过程中产生的熔融物固体残渣，其组成以氧化物(SiO2，Al2O3，CaO，MgO 等)为主，还常夹带少量重金属及其他杂质[36].2016年调查重点企业的炉渣产生量为2.8亿t，综合利用量为2.4亿t，综合利用率为82.7%.炉渣产生量最大的行业是电力、热力生产和供应业，产生量为1.5亿t；其次是黑色金属冶炼和压延加工业，产生量为5030.3万t.

炉渣利用的最大行业是建筑行业，利用炉渣的火山灰活性，可制备混凝土或各类路面砖、免烧砖、耐酸砖等[36]，还可以用作废水处理中的重金属吸附剂[37]及作为制造微晶玻璃的原料[38]等.相关的标准有JC/T 525-2007炉渣砖.

2.6 脱硫石膏

脱硫石膏是烧结烟气脱硫的副产品，脱硫石膏的主要成分为CaSO4·2H2O，其纯度约为90%.脱硫石膏含水量较大，质量分数约为10%～17%；其灰分主要为Fe2O3和SiO2；含杂质种类较多，氯元素含量较高，以可溶性盐为主，其晶体内部和表面都含有杂质[39].2016年重点调查了一些企业，其脱硫石膏产生量为8672.6万t，综合利用量为7027.9万t，综合利用率为80.4%.脱硫石膏产生量最大的行业是电力、热力生产和供应业，产生量为6643.7万t；其次是黑色冶炼和压延加工业、有色金属冶炼和压延加工业、化学原料和化学制品制造业，其产生量分别为750.3万t、528.0万t和412.1万t[40].

我国烧结烟气脱硫尚处于发展时期，对脱硫副产物的利用尚未形成完整的工业链.同时，我国存在大量廉价的天然石膏资源.因此，脱硫石膏在国内并没有得到有效再利用.虽然有大量学者研究脱硫石膏应用的可能性[39]，例如作为土壤改良剂[41]、肥料等，但除部分用于水泥缓凝剂或建筑石膏外，其他行业基本没有产业化.相关标准有DB31/T 665-2012免煅烧脱硫石膏基胶凝材料、JC/T 2074-2011烟气脱硫石膏和DB31/T 514-2010用于建筑材料中的烟气脱硫石膏.

3 建 议

(1)进一步调研工业固废产生和利用的情况：对全国工业固废产生量突出的行业和地区，进行全面的调查研究，包括工业固废的产生、处置、利用和产业链相关单位的情况.在此基础上，建立重点区域、重点行业管理数据库，为加强工业固废管理提供基础性数据支持.

(2)加强工业固废管理能力建设：加强工业固废处理相关设施的能力建设，大力加强对工业固废处理、管理和技术人员的培训.建立专业化园区，引导规模小、分散的作坊和企业进入到园区，限制高污染性企业的土地等资源申请，并开展其污染防治专项研究.

(3)强化大宗工业固体废物综合利用：对大宗工业固体废物的处理要改变过去的"以储为主"，强调"以用为主"的引导方针.加大综合利用技术的科技研发投入，鼓励并支持规模化利用和鼓励高附加值产品的利用.

在国家推行优惠政策、鼓励工业固废综合利用产业化的同时，不能忽视标准体系的建立和完善.环境标准是行政部门执法的依据，产品标准是行业发展的指南.在相对健全的针对工业固体废弃物处理的标准体系之下，制造出工业固废资源化利用产品才能体现出市场竞争力，工业固废综合利用才能健康发展.