工业固体废弃物资源综合利用技术现状解析

赵 娜，赵柯蘅

（1.内蒙古准格尔经济开发区环境保护局，内蒙古 鄂尔多斯 010400；2.内蒙古国土资源勘查开发院，呼和浩特 010020）

改革开放以后，我国社会经济得到了前所未有的发展，各个领域都取得了骄人的成绩。然而，在快速发展的经济环境下，资源的合理利用率无法与之相匹配，这也给我国的生态环境带来了巨大的压力。诚然，这也是新的机遇和挑战。

1 工业固体废弃物概述

工业固体废弃物主要是指在日常的工业生产过程中所残留下来的各种废弃物，如采矿作业遗留的废石、燃烧锻造后剩余的残渣、劣质原料的尾矿等。这些废弃物对生态环境的污染和破坏极其严重。

最新的统计数据表明，我国工业生产中所遗留的工业固体废弃物呈现出逐年上升的趋势，尤其是近几年来，经济技术的飞速发展和城市工业化的进程不断加快，工业固体废弃物的增长率甚至达到了可怕的10%。其中，产生工业固体废弃物最多的5个行业分别是：电力电气行业、热力行业、黑色金属加工冶炼行业、有色金属采集行业和黑色有色金属矿采行业。这五个行业所产生的工业固体废弃物占据所有行业工业固体废弃物产量的80%。同时，由于处理方式不当，资源浪费严重。

2 工业固体废弃物的现状

2.1 工业固体废弃物总量与堆放情况分析

我国工业固体废弃物总量呈逐年上升的趋势，从1985年的6亿t到2009年超过了20亿t，这其中的增长可以说是井喷式的爆发。如此庞大的数据，充分显示了我国在经济飞速发展的过程中对工业固体废弃物的忽视[1]。

除此之外，虽然我国工业固体废弃物的总量逐年上升，但工业废弃物的利用率较低，目前我国工业固体废弃物的利用率仅为55%左右。而剩下的工业固体废弃物每年都会大量堆积，如今我国的堆积总量已经超过100亿t。这就导致大量资源被白白浪费，生态环境也不可避免地遭受破坏。总体上来看，我国对工业固体废弃物资源的利用率较之西方发达国家来说，仍有较大的差距。

2.2 工业固体废弃物的分类

近几年的国家大数据统计显示，我国的工业固体废弃物主要来源于5大重工业作业，采矿业的废弃石料、冶炼金属的燃烧残留等都是目前我国工业固体废弃物的重要组成部分。我国地大物博，有着丰富的矿产资源，所以工业固体废弃物的来源相对稳定。由于我国有着丰富的矿产资源作为后盾，所以我国的工业开采量也逐年增加。而作为产生工业固体废弃物主要来源的5大企业，所使用的矿产资源都可以回收再利用。如果能对其在生产过程中产生的工业固体废弃物进行合理的回收利用，一方面可以改善生态环境，建立可持续发展的生态系统；另一方面可以使得我国的矿产资源利用率得到充分的发挥，进一步有效解决工业固体废弃物浪费的问题。

2.3 工业固体废弃物的分布

我国的工业固体废弃物分布有着极强的规律性。工业固体废弃物最主要的产地集中在我国的中部和西部。其中，东北三省加上山西、山东、河南、河北等共10余省份，占全国工业固体废弃物总产量的五分之三以上。主要原因是这些省份的经济结构不合理，重工业集中，这也就使得这些地区的工业固体废弃物产量非常之大。同时，这些地区经济基础较为落后，导致其对工业固体废弃物的资源利用率较低低，造成大量资源的浪费。而我国经济较为发达的沿海地区，工业固体废弃物的利用率较高，部分地区甚至可以达到95%左右。目前，我国各地区对工业固体废弃物的利用率明显失衡，长此以往，势必会造成两极分化，不利于我国经济的进一步发展。

3 工业固体废弃物资源综合利用技术

3.1 工业固体废弃物在微晶玻璃制造中的应用

微晶玻璃是一种由玻璃颗粒经煅烧结晶化，从而制造出来的一种微晶体和玻璃的混合体。它具有质地坚硬、材料紧实均匀、耐高温腐蚀、绝缘等特点，并且在生产的过程中丝毫没有污染，属于一种新型的绿色环保材料。由于微晶玻璃的各项性能卓越，所以它被称为跨世纪的科学材料，同时被广泛地应用在机械制造、生物医学、电子与微电子、航空航天等领域。而将工业固体废弃物用于制造微晶玻璃，不仅解决了工业固体废弃物对生态环境的破坏问题，也实现了资源的再生利用，一举多得。

3.1.1 磷渣

磷渣主要由二氧化硅（SiO2）和氧化钙（CaO）共同组成。而二氧化硅和氧化钙同样是微晶玻璃的重要组成部分，它们可以代替石灰石和硅砂作为冶炼微晶玻璃的化学原材料，从而制造微晶玻璃。所以，使用磷渣来锻造微晶玻璃，不仅可以降低磷渣对生态环境的破坏，达到保护环境的目的，也能降低微晶玻璃的生产和制造成本，符合可持续发展的要求[2]。

3.1.2 铬渣

铬渣是生产金属铬和铬盐过程中产生的工业废渣，对人体有一定的危害。我国目前有20余省份都排放这种工业废渣，所以实现铬渣的资源回收也就愈发重要。它主要由二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、六氧化二铬（Cr2O6）等多种元素组成，会易引起人身中毒。在回收利用铬渣的过程中，人们可以通过特殊的处理方法将其中的有毒物质进行转化，并将其作为微晶玻璃的成核中心，从而消灭铬渣中的毒性。

3.1.3 钛渣

钛渣含有多种化学成分，其内在组成结构远比磷渣和铬渣复杂，如氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、氧化铝（Al2O3）等，具体表现为灰棕色。钛渣组分较为复杂，微晶玻璃制造会直接使用。钛渣中的氧化钛（TiO2）是一种高效的助溶剂，在微晶玻璃的制造过程中可以起到重要作用。但是，氧化钛极易从微晶玻璃的表面析出，所以使用氧化钛时需要与其他晶合剂相结合。同时，钛渣和其他化学元素所组成的晶体还有极强的化学稳定性，这也是其优势所在。

3.2 工业固体废弃物在干混砂浆中的应用

干混砂浆（干粉砂浆），也叫做水硬性水泥混合砂浆，是建材领域新兴的干混材料之一。它具有使用简单、性能卓越的优势，因此在城市建设中得到广泛应用。它主要由干燥筛分处理的骨料、无机胶凝材料、化学添加剂和各种颜料等组成，在建筑领域通常起到黏结、衬垫、防护和装饰等作用。另外，部分工业固体废弃物同样可以用于制作干混砂浆，如粉煤灰、矿渣、煤矸石等，从而实现回收利用。

3.2.1 粉煤灰

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中掉落下来的细灰，是烧煤发电厂排出的主要工业固体废弃物。粉煤灰是我国固体废弃物排放量较大的工业废渣之一。随着电力工业的快速发展，燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加，如果粉煤灰不进行及时处理，会引发扬尘现象，污染大气环境；如果粉煤灰排入水中，会导致河流淤塞，，影响水体质量。因此，要大力建设资源节约型、环境友好型社会，加强粉煤灰的处理，减少污染物的排放量。同时，粉煤灰也是干混砂浆的主要胶凝材料，颗粒较细、质地较轻、吸水性极强。通常，凝胶材料可以显著提升干混砂浆的强度和流动性，实际使用效果良好。原因是粉煤灰含有独特的化学元素，其可以与干混砂浆中的其他化学元素产生反应，进而提高干混砂浆的流动性。除此之外，粉煤灰含有的独特物质和强大的吸水性可以加快干混砂浆中水分的排出，极大地提高了干混砂浆的黏稠度，使得干混砂浆应用效果更好。

3.2.2 矿渣

矿渣是在高炉炼铁过程中产生的副产品。在炼铁的过程中，氧化铁在高温反应下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷，成为质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。将矿渣融入干混砂浆中，可以极大地提高干混砂浆的强度和韧性。相比粉煤灰，它同样有着不足之处，那就是降低了干混砂浆的流动性，所以矿渣通常会和粉煤灰结合使用，以达到更好的使用效果[3]。此外，复合矿渣、尾矿尾砂也能用于制作微晶玻璃，可以降低环境危害，实现资源的循环利用，推动社会可持续发展。

3.2.3 煤矸石

煤矸石是采煤和洗煤过程中排出的一种工业固体废弃物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤更加坚硬的黑灰色岩石。它包括手选矸石、洗选矸石和巷道掘进矸石等，煤矸石可以占原煤总产量的10%左右。而能否对煤矸石中各种化学成分进行合理分析，是实现煤矸石综合利用的关键。因此，人们可以根据碳元素含量，对煤矸石进行分类。煤矸石沉积岩由多种矿岩组成，和煤系在地层中共存。在利用煤矸石时，人们需要充分考虑氧化铝含量和氧化铝与二氧化硅的比值等参数。

通常，含碳量是开发利用煤矸石的主要参考依据。含碳量偏低的煤矸石发热量较低，可以用作混凝土的骨料或水泥混合材料；而含碳量较高的煤矸石发热量较高，一般用作冶炼燃料。如果煤矸石含硫量较高，要提前进行化学处理，如果煤矸石中的硫元素符合使用标准，也可将其回收利用。煤矸石的资源化利用途径包括发电、作为燃料供热或者是充当填充物、建材等。近几年，用煤矸石生产的混凝土不仅能够提升水泥性能，还能够节约生产成本，提高经济效益，促进企业发展。

市场上使用煤矸石二次加工生产的产品良莠不齐，这大多是煤矸石含碳量不同造成的。所以，人们无法用统一的标准去衡量这些产品，这就阻碍了煤矸石的大量使用和推广。所以，未来应当逐渐开发其共性，制定出适合煤矸石的资源化利用标准，规范煤矸石市场，促进工业固体废弃物实现回收再利用，促进工业和生态实现协调发展。

4 结论

我国是世界上排放工业固体废弃物最多的国家之一。但相较发达国家，我国工业固体废弃物的资源化利用效率较低，仍有许多不足之处。针对这种情况，我国需要切实建立再生资源利用体系，不断优化产业结构，以便实现工业固体废弃物的资源化利用。