固体废弃物在建筑工业中的资源化利用

周萃文 尚秀丽 索陇宁 田 红

（兰州石化职业技术学院 石油化学工程系，甘肃 兰州 730060）

固体废弃物是指生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值被抛弃的固态、半固态物质，包括生活垃圾、农业废弃物、冶炼废渣、各种煤矸石、建筑垃圾等[1]。随着我国经济的持续高速增长及城市化进程的加快，固体废弃物正以惊人的数量增加，据统计，我国每年产生的工业固体废弃物大约为32亿t，城市生活垃圾大约为1.7亿t[2]，全国600多座城市，除县城外，已有三分之二的大中城市陷入垃圾的包围之中，且有四分之一的城市已没有合适场所堆放垃圾[3]。这些固体废弃物的堆积不仅占据着宝贵的土地资源，从垃圾中释放的气体还会污染大气，渗滤液随雨水渗透到地下污染土壤、地下水源，对人类和自然环境造成严重危害。 目前，资源和环境问题已经成为经济社会发展的瓶颈, 因此，如何有效处置这些固体废弃物，并将其加以资源化利用，对创建资源节约型和环境友好型社会具有重大意义[4]。近年来，以固体废弃物为主要原料研制新型建材成为该领域研究的热点，本文综述了煤矸石、建筑垃圾、植物秸秆等固体废弃物在建筑行业中的应用现状、存在问题，并对其今后的研究方向进行了展望。

1 煤矸石在建筑业的综合利用

煤矸石是一种与煤伴生含碳量较低的岩石，是煤矿开采和洗煤过程中产生的工业废渣。随着煤炭工业的不断发展, 煤矸石的产量与日俱增。煤矸石的矿物组成、化学成分很复杂，包括的元素达数十种，主要是SiO2：40%～ 65%，Al2O3：16% ～ 36%，Fe2O3：2% ～ 9%，CaO:1%～7%等。由于煤矸石含有可燃物质和一些稳定的无机组分，将煤矸石用作建筑材料，不仅可以废物利用，达到资源利用最大化，而且解决了废弃物引起的环境问题，产生良好的社会效益和经济效益[5]。

以含碳量较低的煤矸石为原料，经过配料、粉碎、成型、干燥和焙烧等工序可烧结煤矸石砖、多孔砖和空心砖等，如图1所示，其性能和普通粘土砖相同。利用煤矸石作烧砖燃料，其发热量除满足自身烧成需要外, 还能利用余热干燥砖坯及加热锅炉等, 比普通砖节约50%～60%的原煤。煤矸石中二氧化硅、氧化铝及氧化铁的总含量在80%以上，可代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、煤矸石炉渣水泥等。含碳量很少的煤矸石可用于填坑造地、回填露天矿和用作路基材料[6]。

图1 煤矸石烧结空心砖、煤矸石砖

图2 复合砖示意图

2 建筑垃圾的污染及回收再利用

建筑业是典型的资源、能源消耗型工业, 伴随着我国建筑业的快速发展，建筑废弃物的产量越来越大、增长速度也越来越快。建筑垃圾大多为固体废弃物，通常是在建设过程中或旧建筑物改建、扩建、拆除过程中产生的，主要包括建筑渣土、废砖、废瓦、废混凝土、散落的砂浆和混凝土，此外还有少量的钢材、木材、玻璃、塑料、各种包装材料等[7]。据统计，我国每年新建建筑产生的建筑固体废弃物大约l亿t以上，而拆除建筑产生的建筑固体废弃物在3亿t以上,这些建筑垃圾已占到城市垃圾总量的30%～40%[8]。目前，我国处理建筑垃圾的主要方式是露天堆放或填埋，这不仅给城市环境带来巨大压力，对建筑业的可持续发展也会产生一定的影响。如何利用建筑垃圾，实现固体废弃物的资源化，已经成为建筑施工企业和环境保护部门面临的一道难题。马保国等[9]以建筑垃圾粉料、再生细骨料、电石渣、石灰为基本原料, 采用蒸压养护工艺制备的承重墙体砖，其性能指标与传统黏土实心砖接近, 强度优于黏土砖。孙彩霞等[10]以废混凝土、废砖和废瓦等建筑垃圾为骨料, 利用高硫石油焦渣、粉煤灰等工业废渣制备再生砖，性能指标达到MU25 标准。

3 农村固体废弃物在建材中的应用

在经济高速发展的中国，我国农村已成环境污染的重灾区，大量的生活垃圾未经处理随意堆放，有的与工业产品污染物如农用塑料、废旧家电、炉渣、矿石等相互叠加，美丽的乡村失去了往日的容颜，酸臭的垃圾污染着土壤和水体。农作物收获后的废弃物如稻草、麦秸、玉米秸、树枝和树叶等就地焚烧，不仅浪费了资源，还引发了严重的空气污染，甚至导致火灾事故的发生。因此，如何利用这些废弃物制备有利用价值的材料，最大程度地消耗处理它们，达到节约资源和减少环境污染的双重目标，具有重要的环保意义和经济效益[11]。史阳光等[12]将废弃物棉花秸秆自然风干，并控制含水率在15%以下后，利用草砖机将其压制成草砖，并将其作为墙体材料在农村试点开展“暖圈”建设，与传统黏土砖相比, 具有保温、隔热、造价低廉、透气性能好等优点。罗利江等[13]以重庆地区常见的稻草为原材料，采用不同浓度的NaOH溶液浸泡稻草，待稻草软化后将其与混凝土砌块复合形成两层复合墙砖，如图2所示。该复合砖无论是墙体的承重和保温，还是墙体的稳定性都能适宜重庆农村建筑的要求。秸秆除了制做草砖还可以加工成质轻、坚固耐用的人造板。沈阳农业大学的刘德军等[14]以水稻秸秆和玉米秸秆为原料，采用9FX-80 田型秸秆粉碎机将自然风干的秸秆揉丝粉碎，去除碎料和较大丝条,加入混合胶黏剂（无机胶凝材料与有机胶凝材料按比例复配）热压成型，其工艺流程如图3 所示。采用该工艺制造的水稻秸秆人造板和玉米秸秆人造板均达到国家中密度纤维板的性能标准。

图3 秸秆人造板的生产工艺流程

4 结论与展望

以固体废弃物煤矸石、建筑垃圾、农作物秸秆为原料生产空心砖、草砖、人造板等建筑材料具有广阔的发展前景，这些固体废弃物的的科学开发与综合利用不仅有助于减少我国的环境污染，解决资源短缺问题，还有利于我国高污染企业优化产业结构，促进清洁生产和循环经济发展。目前对固体废弃物做建筑材料的研究越来越多，并取得了一系列很好的成果，然而要想真正实现固体废弃物的再次利用还需从以下几个方面开展进一步的研究：

1）解决固体废弃物除了增加垃圾的回收、再利用率，还要在源头上减少固体废弃物的产量，真正做到“固体废弃物防治法”提出的：“减量化、无害化和资源化”的要求。

2）政府财政可通过税收优惠、财政贴息、贷款担保等手段，加大对环保企业如空心砖、草砖和人造板制造企业的财政扶持力度，促进企业的技术进步。

3）建立以政府为引导的产、学、研一体化合作机制,以高等学校、科研院所为依托， 以企业为支柱, 利益共享、风险共担的合作形式， 通过签订技术合同保证科技成果转化的持续性和完整性。

总之，我国在固体废弃物资源化回收利用方面与发达国家还存在着明显的差距，还有很多问题亟待解决，煤矸石、建筑垃圾、农作物秸秆的回收利用不仅仅是降低能耗的有效措施，也是我国实现可持续化发展的迫切要求。