燃煤固废在建筑行业中的利用现状及建议

崔茂林 张 强 张元伟 李映潭 中建八局第四建设有限公司

1 前言

我国经济的长期飞速发展是以大量的化石能源为基础，随着经济总量的增大，对化石能源的依赖性也变高。目前我国一直在促进能源结构的改革，清洁能源和可再生能源在能源结构中所占比重逐渐上升，但我国煤炭资源丰富，煤炭在能源结构中的主导地位仍然难以撼动，从而导致火电在我国电力结构中仍占主导地位。

火力发电以燃煤发电为主，燃煤发电会产生大量的脱硫石膏、煤渣和粉煤灰等固体废弃产物，这些固体废弃物对环境的污染以及所造成的资源浪费是当今世界环境保护和资源保护面临的主要问题[1]。燃煤固废的低效化处理，将会对环境造成严重的污染。将燃煤固废回收利用于建筑行业能够有效降低成本，并解决燃煤固废的环境污染问题。因此本文阐明了燃煤固废在建筑行业的利用现状，并对其利用与发展问题提出了参考性建议。

2 建筑行业固废利用现状

2.1 粉煤灰利用现状

粉煤灰是燃煤固废中的主要废弃物，随意排放将会对水资源、土地和大气造成污染，我国燃煤发电每年会产生超过6亿吨的粉煤灰[2-3]，对粉煤灰进行回收利用符合目前国家节能减排和可持续性发展的战略，我国对粉煤灰的综合利用最早主要就是在建筑材料行业，主要表现在以下几个方面。

①充当水泥混合原料，将粉煤灰混合于水泥中，能够一定程度上提升其性能，降低水泥水化热反应的负面影响，同时增加水泥的产量，降低成本。

②改善混凝土性质，粉煤灰作为钢筋混凝土的混合原料，可以有效改良混凝土的后期强度、干燥收缩性和硬化水平等性质，增强混凝土表面的顺滑性，提高泵送高度，同时提高混凝土转化率。

③生产建筑原料，粉煤灰可以取代黏土制作实心砖和空心砌等建筑原料，可以解决黏土消耗带来的环境问题，同时具有质量轻、强度高、隔音效果好、保温且环保等优点。

④用作筑路材料，粉煤灰筑路包括作路面基层材料、代替黏土筑高速公路路堤、水泥混凝土路面，同时粉煤灰可用于护坡、护堤工程和修筑水库大坝等，具有能避免路基下沉，施工简单，成本低等优点[4-6]。

2.2 煤渣利用现状

煤渣又称炉渣，燃煤电厂燃烧煤炭后排出的另一种固体废弃物，其主要建筑行业利用有。

①作为墙体和砌筑砂浆的原材料，将煤渣与粉煤灰、水泥和石膏等混合后拌合可制成砌筑砂浆，采用这种砂浆制成的砖块和砌体等通常具有较好的性能，同时还可以制成各种墙体材料，其各项性能均能达到要求，并显著降低成本。

②作为水泥混合材料，煤渣通过加工具有水硬胶凝性能，将其与水泥、石灰或石膏等混合，可配制加工成少熟料或无熟料的水泥，其强度可达225～325号。

③作为混凝土骨料，煤渣在破碎之后，调整级配可作轻混凝土，也可以替代沥青混合料中细骨料。

④用作保温防火材料的制作，将煤渣和石灰按一定比例混合，可作为屋面保温或室内地基材料，同时可作为建筑行业防火材料的原材料。

⑤作为筑路材料，加入煤渣的路面混合料马歇尔稳定度、抗拉强度和弹性模量会降低，低弹性模量表明其混合料具有高弹性变形，会增加其抗车辙性。

⑥用与制作隔音墙，使用粗粒煤渣制备的墙体具有良好的吸声性能，是良好的减少交通噪声污染的经济建筑结构。

⑦沸石混合材料。

2.3 脱硫石膏利用现状

脱硫石膏是燃煤电厂的脱硫装置产生的副产品，其目的是为了减少二氧化硫排放，我国作为世界上石膏消耗量最大的国家，对脱硫石膏的开发起步较晚，回收利用率较低，目前国内脱硫石膏年产量八千万吨，利用率仅80%，日本和欧洲等国其利用率已达100%，距其仍有一定差距。

脱硫石膏在建筑行业的利用主要有以下几个方面。

①替代天然石膏用作建筑材料，脱硫石膏与天然石膏成分较为相似，基本上可以取代天然石膏作为生产原料；

②生产石膏砌块、石膏板和石膏砂浆等建筑原料，脱硫石膏生产的建筑材料具有质量轻、强度高和抗开裂等诸多优点，同时能够减少对不可再生资源的消耗，并降低生产成本；

③用作水泥缓凝剂，添加脱硫石膏的水泥能够有效调节凝结时间，并具有高强度、低干缩率的优点，以及较好的抗冻性和安定性[7-9]。

3 存在问题

3.1 区域发展不平衡

我国燃煤固废利用起步晚，发展速度快。但各地资源分布不均衡，产业结构存在差异，火电发展与建筑行业发展不匹配，造成了固废利用的区域发展不平衡。在东部沿海例如上海等发达地区，固废产量不高，且建筑行业飞速发展，建筑材料紧俏，燃煤固废回收利用率高，近几年基本能达到100%[10]；而在偏远地区尤其是西北地区，当地建筑行业发展较为缓慢，燃煤发电厂集中，燃煤固废产量高，由于资金和人力不足，管理人员不重视，技术水平有所欠缺等因素，导致燃煤固废产出速度远远大于利用速度，往往将高品质的燃煤固废直接用于道路回填或原地堆置，虽对燃煤固废进行了回收利用，但效率不高，反而造成资源浪费，增加了环境压力，同时加大了用地压力。

3.2 分类分级体系不完备

我国现在由于固废利用起步较晚，燃煤固废分级分类体系尚不完备。对燃煤固废进行分类分级和梯级利用，是解决燃煤固废综合利用率低下的关键。我国大部分燃煤电厂都是采用直接掩埋、堆置和外销的固废处理方式，虽然降低了处理固废的人力资源压力，但固废处理不及时同时也会增加环境压力和用地压力。

大多数燃煤电厂仅对燃煤固废进行简单的粉煤灰、煤渣和脱硫石膏的分类，回收利用的大多仍属于是大宗燃煤固废，部分燃煤固废分类仅针对建筑行业等低附加值领域，根据煤的来源、成分、燃煤装置对燃煤固废进行分类[11-13]，缺少对燃煤固废的精细化分级分类利用，燃煤固废的高附加值利用短缺。

3.3 回收利用方式及渠道不完善

目前我国回收利用燃煤固废渠道不完善，且区域发展不平衡。发达地区信息传播迅速，销售渠道多样；偏远地区信息滞塞，且销售渠道单一，低附加值燃煤固废外运成本高，因此多是直接用作当地的道路回填以及建筑材料制作，销售渠道的单一导致燃煤固废利用极易饱和，大量的燃煤固废难以得到充分的回收利用，最终还是堆置掩埋，低效处理，长期掩埋燃煤固废会造成严重的地下水污染。

3.4 利用水平不均衡

“绿水青山就是金山银山。”现阶段，我国对资源利用、环境保护等方面提出了具有建设性的意见和建议，并且环保部门非常重视自然资源开采与环境的利用工作。然而，一部分企业在进行生产加工的过程中，一味追求丰厚的经济效益，忽视了对环境和资源的保护工作。其中一些工业企业不完全符合优惠政策的申报标准，难以享受固体废弃物处理的优惠政策，导致其在生产加工过程中向自然环境中排放了大量的固体废弃物，对区域环境造成了十分深远的影响。而且，一部分企业即便是已经实施了固体废弃物处理措施，但是受到客观因素和自身能力的制约，处理结果并不理想，甚至导致了企业更为庞大的成本资金消耗。

4 利用建议

4.1 学习国内外经验，拓展利用方式

学习国外先进经验，提高燃煤固废综合回收利用率，不仅要充分利用燃煤固废的建筑功能，也要增加高附加值的利用途径。不同地区存在着经济、地域、资源、技术水平等的差异，导致燃煤固废的利用存在较大差异。燃煤电厂要根据当地的实际情况，选用恰当的利用方向，减少运输和堆置造成的环境污染，如在建筑业发达地区，可以保障燃煤固废向建材方向利用；水泥产区可将燃煤固废多用于水泥添加剂使用；石膏厂附近可多倾斜脱硫石膏资源。

在发达、较发达的城市对燃煤固废的利用要向高附加值领域发展，如粉煤灰利用在研发新型建材材料、稀有金属元素提取、石油催化剂掺料和军事领域利用等；在偏远地区，燃煤固废因附加值低以及污染环境等，运输成本较高，多是用于当地，所以当地建筑企业要起到带头作用，充分利用燃煤固废的建筑性能，同时也不应全部依赖建筑行业带动，燃煤电厂要多向高附加值领域发展，例如粉煤灰可用于制备新型玻璃材料以及镓、锂、钒和锗等稀有金属元素提取；例如煤渣中的硅和铝是制备沸石的原料，其中的未燃碳是活性炭的来源；脱硫石膏用于硫资源再提取和制备土壤调节剂等[13]，提高燃煤固废的高附加值利用率。

4.2 实施固废分类，研发回收方式

燃煤电厂要做好燃煤固废精细化分类分级回收利用，不能完全依赖外销，应积极做好燃煤固废分类分级工作，提高对高附加值领域回收利用分级分类的关注。可对当地实际煤炭中微量元素的赋存特征进行研究，根据煤中关键金属元素的含量进行分级分类，增加燃煤固废中稀有金属元素的提取工作；也可根据燃煤固废的酸碱度和活性，以及其中主要化学物质和矿物成分的含量，对燃煤固废进行分类。从而提高燃煤固废回收利用的附加值，提高电厂的经济效益和社会效益。

同时应注意降低在燃煤固废回收生产过程中的有害影响，例如石膏建材对脱硫石膏原料中的一些有害元素如氟、氯的含量有严格要求，注意当地煤炭所含微量元素情况，着重关注重金属元素含量是否超标，保证健康安全的同时尽量提高燃煤固废的品质。

各地应提前调研实际燃煤固废回收利用情况，掌握各行业对燃煤固废的需求，通过高低附加值相结合的方式，制定分类分级和生产销售计划，寻找效率和利益的平衡点，充分高效综合回收利用燃煤固废资源。建立专门的燃煤固废销售渠道，利用网上销售平台，让燃煤固废资源得到充分利用，使得燃煤固废资源从偏远地区“走出去”，经济效益“带回来”。

4.3 活用处理方式，增强处理效率

在固废物处理工作中，需要结合固废物自身的特点，合理运用化学、物理、生物等不同的处理方式。例如，一部分制造业固体废物可以用来修路；在生产，加工时可以添加部分固体废物，达到节约原材料的目的；而一些固体废物能够用来生产石灰、烧砖等不同的渠道。进行处理过程中需要将传统的处理方式进一步优化提升，选择绿色的、现代化的、信息化的处理方式，既能够增加企业的经济收益，也能够降低处理固体废物的资金消耗。人们需要对化学法处理工业固体废物进行进一步研究，对于无机固体废物，可以选择化学处理方式，例如焚烧、溶液浸出、氧化还原等。对于有机固体废物，则可以用来填补工业生产道路维修、房屋建设中原材料的空缺。

由于我国工业生产加工中出现的固体废物种类较多，不同制造业出现的固体废物也有自身的特点和差异。各个企业在处理固体废物之前，需要选择合理的区域，用来存放固体废物，并且对其进行相应的处理。针对一部分污染性较弱的固体废物可以选择物理处理法例，如金属废渣、工业粉尘等。有机污染物在处理阶段可以通过重选、浮选、拣选等形式对其进行分离，难以在后续生产加工中使用的物质可以进行焚烧和掩埋，能够用于再生产的固体废物，则可以直接将其应用于工业生产加工中。

与此同时，生物处理法也是处理工业固体废物的有效措施。人们可以借助发酵有机物将固体废弃物转化为生产有机肥料，能够在一部分农业种植区域加以利用，还可以结合生物技术修复等形式，对固体废弃物处理不当而导致的污染问题进行优化和提升。根据文献研究可知，许多工业固体废弃物中含有大量的微量元素。将其中含有的微量元素进行甄选和提纯，能够在不同行业中取得相应的应用进展。工业废物通常种类多、数量大，很难进行针对性处理，难以堆放。更严重的是，有些工业固体废物是有毒物质，处理不好将会对环境造成不可预估的影响。一些企业在处理固体废弃物的同时缺少环境保护意识，将其随意焚烧和掩埋，对区域自然环境、土壤、水资源的影响十分严重。基于这种情况，对现有的工业生产方法进行改造，将固体废物有效地再利用是保护环境、节约资源非常有效的方法，同时有利于推进循环经济的建设步伐。生物处理法在现阶段与我国的环境政策和资源政策不谋而合，并且在未来一段时间也能够取得良好的效果。