我國(guó)工業(yè)固廢的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和處理技術(shù)現(xiàn)狀*

羅 順，游玉萍，林義民，岳 偉

廣東省工業(yè)分析檢測(cè)中心，廣東 廣州 510650

近年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，產(chǎn)生的大量工業(yè)固廢不僅侵占了寶貴的土地資源，而且給土壤、水體和大氣帶來了不同程度的污染.未經(jīng)處理的工業(yè)固廢對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了巨大威脅，同時(shí)作為“放錯(cuò)了地方的資源”，對(duì)其簡(jiǎn)單處置也是一種資源浪費(fèi).如何提高工業(yè)固廢的處置水平、利用能力，將關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展.

1 工業(yè)固廢的產(chǎn)生狀況

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，表1列出了2011～2016年我國(guó)工業(yè)固廢產(chǎn)生的情況，圖1為固體廢物的種類占比.2016年我國(guó)工業(yè)固廢總產(chǎn)生量已經(jīng)超過30億t.雖然近六年工業(yè)固廢的總產(chǎn)生量維持在32億t左右，但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體不減速的前提下，工業(yè)固廢的總產(chǎn)生量穩(wěn)步降低，固廢的綜合利用率維持在61%左右，平均每年的固廢貯存量超過5.4億t.對(duì)照歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)固廢高效利用水平，我國(guó)工業(yè)固廢資源化利用還有很大的提升空間[1].

表1 2011～2016年我國(guó)工業(yè)固廢的產(chǎn)生情況

圖1 一般固體廢物產(chǎn)生量種類占比Fig.1 General solid waste generation ratio

2 幾種典型的大宗工業(yè)固廢綜合利用技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 尾 礦

尾礦是指礦企在選礦過程中產(chǎn)生的有用成分含量低，在當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下不宜進(jìn)一步分選的固體廢物.2016年重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)尾礦產(chǎn)生量為8.3億t，綜合利用量為2.2億t，綜合利用率為26.2%.尾礦產(chǎn)生量最大的兩個(gè)行業(yè)是黑色金屬礦采選業(yè)和有色金屬礦采選業(yè)，其產(chǎn)生量分別為3.8億t和3.3億t[40].

因受選礦技術(shù)水平、生產(chǎn)設(shè)備、經(jīng)濟(jì)成本的制約，我國(guó)礦業(yè)產(chǎn)生的尾礦量巨大，且利用率不高.尾礦不僅占用大量的土地，而且也給生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染和危害.尾礦綜合利用的主要方式有再選與回收有價(jià)元素及作為建筑材料(建筑用磚或水泥等)、礦山采空區(qū)的充填材料[2-3]、土壤改良劑和微量元素化肥[4]等.隨著選礦技術(shù)的發(fā)展，從尾礦中綜合回收有價(jià)元素，使資源得到了綜合利用，也節(jié)省了開采、破碎及磨礦的成本.國(guó)內(nèi)多個(gè)研究院和高校對(duì)用尾礦制磚工藝進(jìn)行了探索和研究[5-6]，尾礦后續(xù)產(chǎn)業(yè)也形成了一定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 31288-2014鐵尾礦砂、YB/T 4561-2016用于水泥和混凝土中的鐵尾礦粉、GB/T 33600-2017金屬尾礦多孔混凝土夾芯系統(tǒng)復(fù)合墻板等.

2.2 粉煤灰

粉煤灰是煤炭中的灰分經(jīng)分解、燒結(jié)、熔融及冷卻等過程而形成的固體顆粒，主要由SiO2，Al2O3，F(xiàn)eO，F(xiàn)e2O3等氧化物組成，此外還含有鉬、銀、鉻等稀有金屬.粉煤灰表面呈球形，具有粒細(xì)、質(zhì)輕、比表面積大、吸水性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1].

2016年全國(guó)重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)的粉煤灰產(chǎn)量約4.5億t，綜合利用量約3.8億t，綜合利用率約為83.3%.粉煤灰產(chǎn)生量最大的行業(yè)是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，在粉煤灰總產(chǎn)量的占比達(dá)到82.6%，其次為非金屬礦物制品業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè).

粉煤灰的研究重點(diǎn)主要集中在農(nóng)業(yè)、建材和建筑、化工、環(huán)保等方面.利用粉煤灰有巨大比表面積，及富含多種植物生長(zhǎng)必要的Mg,N,B,Fe,Ca等元素的特點(diǎn)，可以改良土壤的物化性質(zhì)[7-8].粉煤灰摻入混泥土中能提高混泥土的抗?jié)B性、抗沖磨性和抗腐蝕性，并能減少水泥的用量[9-11]，具有較廣泛的應(yīng)用.粉煤灰磚具有成本低、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，已形成規(guī)?；a(chǎn)[12]，并建有相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(JC/T 239-2014蒸壓粉煤灰磚).粉煤灰含有活性的SiO2，Al2O3和CaO等成分，可以替代部分黏土制備水泥[13]、砂漿[14].利用粉煤灰通過燒結(jié)或蒸壓制造陶粒，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[15].通過硫酸浸取法和燒結(jié)法可以從粉煤灰中提取大量的氧化鋁[16].利用粉煤灰制備其他高附加價(jià)值產(chǎn)品如合成分子篩[17]、復(fù)合材料[18]等均有一定研究.在環(huán)保方面，利用粉煤灰的研究也有報(bào)道，例如污水處理[19]、煙氣凈化[20]等.

2.3 煤矸石

煤矸石屬沉積巖，是一種與煤炭伴生的堅(jiān)硬巖石，包括煤礦的手選矸石、巷道掘進(jìn)矸石和洗煤廠的洗選矸石等，煤矸石產(chǎn)量約占原煤產(chǎn)量的10%～15%[1].2016年煤炭行業(yè)中主要企業(yè)的煤矸石產(chǎn)生量為3.4億t，綜合利用量為2.2億t，綜合利用率為64.4%.煤矸石作為固、液、氣三害俱全的“工業(yè)廢料”，其長(zhǎng)期堆放不僅會(huì)占據(jù)大量土地，而且有毒物質(zhì)的浸出會(huì)污染水源和土壤，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境.

目前，我國(guó)對(duì)煤矸石綜合利用的途徑主要有：煤矸石發(fā)電或供熱[21]；煤矸石制建材，如制磚、水泥、輕骨料、砌塊等[22]；用作路基填筑物；回填礦井采空區(qū)[23]等.煤矸石還可以在高附加值行業(yè)加以利用[24]，如用煤矸石制造陶瓷微珠、無機(jī)纖維保溫材料及防火紙等.此外，由于煤矸石含有大量的Al，Si元素，可以用于生產(chǎn)硫酸鋁鐵[25]和白炭黑[26].基于目前煤矸石高附加值利用的發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建了“(高碳w(C)≥15%)煤矸石發(fā)電-(灰渣)多元素梯級(jí)提取/生產(chǎn)保溫材料/陶瓷、沸石系列-(廢渣)制建材”以及“(低碳w(C)<15%)煤矸石生產(chǎn)高嶺土/肥料/保溫材料/陶瓷、沸石系列/多元素梯級(jí)提取-(廢渣)制建材”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)路線[24].相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有DB13/T 1382-2011公路路基煤矸石填筑應(yīng)用技術(shù)指南、GB/T 29163-2012煤矸石利用技術(shù)導(dǎo)則.

2.4 冶煉廢渣

冶煉過程中產(chǎn)生的砷、鎘、鋅、銅、鉛、鉍等重金屬?gòu)U渣屬于危險(xiǎn)廢棄物，處理不當(dāng)就會(huì)引發(fā)相當(dāng)嚴(yán)重的重金屬污染.2016年全國(guó)調(diào)查重點(diǎn)企業(yè)的冶煉廢渣達(dá)到3.3億t，綜合利用量為3.0億t，綜合利用率為92.1%.冶煉廢渣產(chǎn)生最大的行業(yè)是黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，產(chǎn)生量為2.9億t；其次是有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，產(chǎn)生量為2174萬t.

目前，我國(guó)對(duì)鋼鐵、有色金屬、稀土等行業(yè)產(chǎn)生的冶煉廢渣進(jìn)行了綜合利用的研究.利用的主要途徑有再選和回收有價(jià)元素[27-29]、做建筑材料(水泥、混凝土)[30-31]、做填充材料[32]、做高價(jià)值其他產(chǎn)品如催化劑和凝膠材料等[33-35].我國(guó)作為全球最大規(guī)模的廢渣生產(chǎn)國(guó)還是以堆放和回填為主，在提取有價(jià)金屬方面因廢渣中有價(jià)金屬含量低，提取工藝流程復(fù)雜，操作難度高而導(dǎo)致有效利用率很低.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 33072-2016含砷廢渣的處理處置技術(shù)規(guī)范、GB/T 32785-2016釩鈦磁鐵礦冶煉廢渣處置及回收利用技術(shù)規(guī)范和DB44/T 798-2010陶瓷廢渣磚等.

2.5 爐 渣

爐渣是在冶煉金屬、燃煤、垃圾焚燒等過程中產(chǎn)生的熔融物固體殘?jiān)?，其組成以氧化物(SiO2，Al2O3，CaO，MgO 等)為主，還常夾帶少量重金屬及其他雜質(zhì)[36].2016年調(diào)查重點(diǎn)企業(yè)的爐渣產(chǎn)生量為2.8億t，綜合利用量為2.4億t，綜合利用率為82.7%.爐渣產(chǎn)生量最大的行業(yè)是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，產(chǎn)生量為1.5億t；其次是黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，產(chǎn)生量為5030.3萬t.

爐渣利用的最大行業(yè)是建筑行業(yè)，利用爐渣的火山灰活性，可制備混凝土或各類路面磚、免燒磚、耐酸磚等[36]，還可以用作廢水處理中的重金屬吸附劑[37]及作為制造微晶玻璃的原料[38]等.相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有JC/T 525-2007爐渣磚.

2.6 脫硫石膏

脫硫石膏是燒結(jié)煙氣脫硫的副產(chǎn)品，脫硫石膏的主要成分為CaSO4·2H2O，其純度約為90%.脫硫石膏含水量較大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%～17%；其灰分主要為Fe2O3和SiO2；含雜質(zhì)種類較多，氯元素含量較高，以可溶性鹽為主，其晶體內(nèi)部和表面都含有雜質(zhì)[39].2016年重點(diǎn)調(diào)查了一些企業(yè)，其脫硫石膏產(chǎn)生量為8672.6萬t，綜合利用量為7027.9萬t，綜合利用率為80.4%.脫硫石膏產(chǎn)生量最大的行業(yè)是電力、熱力生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，產(chǎn)生量為6643.7萬t；其次是黑色冶煉和壓延加工業(yè)、有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)，其產(chǎn)生量分別為750.3萬t、528.0萬t和412.1萬t[40].

我國(guó)燒結(jié)煙氣脫硫尚處于發(fā)展時(shí)期，對(duì)脫硫副產(chǎn)物的利用尚未形成完整的工業(yè)鏈.同時(shí)，我國(guó)存在大量廉價(jià)的天然石膏資源.因此，脫硫石膏在國(guó)內(nèi)并沒有得到有效再利用.雖然有大量學(xué)者研究脫硫石膏應(yīng)用的可能性[39]，例如作為土壤改良劑[41]、肥料等，但除部分用于水泥緩凝劑或建筑石膏外，其他行業(yè)基本沒有產(chǎn)業(yè)化.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有DB31/T 665-2012免煅燒脫硫石膏基膠凝材料、JC/T 2074-2011煙氣脫硫石膏和DB31/T 514-2010用于建筑材料中的煙氣脫硫石膏.

3 建 議

(1)進(jìn)一步調(diào)研工業(yè)固廢產(chǎn)生和利用的情況：對(duì)全國(guó)工業(yè)固廢產(chǎn)生量突出的行業(yè)和地區(qū)，進(jìn)行全面的調(diào)查研究，包括工業(yè)固廢的產(chǎn)生、處置、利用和產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位的情況.在此基礎(chǔ)上，建立重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)行業(yè)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，為加強(qiáng)工業(yè)固廢管理提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支持.

(2)加強(qiáng)工業(yè)固廢管理能力建設(shè)：加強(qiáng)工業(yè)固廢處理相關(guān)設(shè)施的能力建設(shè)，大力加強(qiáng)對(duì)工業(yè)固廢處理、管理和技術(shù)人員的培訓(xùn).建立專業(yè)化園區(qū)，引導(dǎo)規(guī)模小、分散的作坊和企業(yè)進(jìn)入到園區(qū)，限制高污染性企業(yè)的土地等資源申請(qǐng)，并開展其污染防治專項(xiàng)研究.

(3)強(qiáng)化大宗工業(yè)固體廢物綜合利用：對(duì)大宗工業(yè)固體廢物的處理要改變過去的"以儲(chǔ)為主"，強(qiáng)調(diào)"以用為主"的引導(dǎo)方針.加大綜合利用技術(shù)的科技研發(fā)投入，鼓勵(lì)并支持規(guī)?；煤凸膭?lì)高附加值產(chǎn)品的利用.

在國(guó)家推行優(yōu)惠政策、鼓勵(lì)工業(yè)固廢綜合利用產(chǎn)業(yè)化的同時(shí)，不能忽視標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善.環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是行政部門執(zhí)法的依據(jù)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是行業(yè)發(fā)展的指南.在相對(duì)健全的針對(duì)工業(yè)固體廢棄物處理的標(biāo)準(zhǔn)體系之下，制造出工業(yè)固廢資源化利用產(chǎn)品才能體現(xiàn)出市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，工業(yè)固廢綜合利用才能健康發(fā)展.