浅谈工业固体废弃物的综合利用途径

李延荣，孙中文

（乌鲁木齐京诚检测技术有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

当前，随着中国制造业的逐步发展壮大，产生的固体废弃物数量与日俱增，其中大部分都来自于制造业的生产环节。因此，虽然制造业的蓬勃发展带来了巨大的经济效益，但却产生了大量的固体废弃物，给自然生态环境带来了较大危害。

1 工业固体废弃物概述

1.1 工业固体废弃物的概念

工业固体污染，主要是指工业企业在日常的生产过程中遗留的各类垃圾，如矿山作业时留下的废石、燃烧或锻造后剩下的铁渣、劣质原材料的尾矿等。这些垃圾对生态环境的污染与损害都非常大。根据最近的统计资料显示，当前工业固体污染已呈现出了逐渐上升的态势，特别是近几年，由于经济和技术的迅速发展以及城市工业化进程的加快，固体工业污染的增长率已超过最初的10%。经过相关调查，工业固体污染最严重的五个行业是电气工业、热力工业、黑色金属加工和冶金、金属有限公司资源收集业和黑色金属采矿业。这五个行业产生的固体工业污染占整个行业总量的80%。同时，因为管理不善，这些行业的资源耗费很大[1]。

1.2 工业固体废弃物的危害

1.2.1 对土壤的危害

在工业固体废弃物的处理过程中，由于没有对其进行合理再利用，导致大量的固体垃圾简易堆放或填埋处置，占用了大量的土地资源。而许多工程固体废弃物都存在特定的危害性，其中的有害物质会通过风化和降雨的浸蚀再通过土壤渗透到地下水中，既污染了水资源，又对土壤资源造成了巨大损害，甚至会毁坏地貌和植物[2]。

1.2.2 对水资源的污染

简单堆积或填埋等处理后的工业固态污染物，受到降雨等各种因素的影响，其中的有害物质会流入江河湖泊、近海渔业等地方，这对地表水资源产生了巨大污染。同样，有的工业公司违规向河道排入废水，也对自然资源造成了严重污染，进而严重影响人们的身体健康。

1.2.3 对大气的污染

在工业固体废弃物中，粒状废物很容易被风吹出并在空气中传播，其中，当煤尘中的颗粒被风吹到农作物上，会给其生长带来很大的负面影响；还有一些固体污染物在搬运和处置过程中会形成有毒有害气体，被强风卷起后会在城市中传播，这对人体健康影响很大。

此外，对于工业固体废弃物的堆放、填埋以及处置，都需要投入大量的资金，而其中还有很多没有充分利用的资源，形成了资源的浪费，给社会经济造成的了巨大损失。

2 工业固体废弃物的现状

我国的固废处置产业兴起较晚，且行业市场化水平处理程度较低，但由于国家对环境保护工作持续加码，从而促进了固体废料处置产业的快速发展。近年来，我国固废处置与管理业务市场发展规模稳步增长，由2013年的7 859.9亿元，上升到了2019年的9 610.6亿元。

由于对环保要求日益提高，固废处置也开始被政府列为城市的基本环境管理服务项目之一，而部分省份也陆续实施了城市生活垃圾处理和危废处理的“十三五”计划以及城市中期规模调整，所以，固废处理量明显提高。详细数据如图1所示。

图1 2013～2019年中国固废处置总量统计

根据“2013～2019年中国固废处置处理行业运营模式分析报告”数据显示：2013年，中国的固废处置处理规模为约41.42亿吨，且在2019年上升到了48.61亿吨。

在2019年，全国固废处置处理量为48.61亿吨，其中，城市废弃物处理总量为5.84亿吨；工业固废处理量为34.73亿吨；农村废弃物处理总量为8.04亿吨。详细数据如图2所示。

图2 2013～2019年中国固废处理量细分市场统计

由以上数据可以看出，中国工业固体废弃物的数量呈现出了逐渐增加的态势，从1985年的6亿吨上升到了2009年的20亿吨，可以说是井喷式的大爆发。通过以上统计资料也可以看出，中国在经济社会飞速发展的进程中忽视了对工业固体废弃物的处理。

2.1 工业固体废弃物的分类

根据大数据分析统计，目前，工业固体废弃物大部分来自五大企业的重工业作业，如采矿业的废石、熔炼金属的燃烧残余等，这些都是工业固体废弃物的主要组成部分。且由于我国地大物博，具有大量的矿藏资源，这也使工业固体污染的主要源头比较稳定。在产生工业固体废弃物的五大企业中，矿山资源一般都能够回收再使用。因此，企业如果能够对其在工业生产过程中所形成的工业固体废弃加以合理的回收使用，一方面能有效改善生态环境；另一方面也能提升矿产资源的利用率，进而降低了工业中固体废弃物大量浪费的问题。

2.2 工业固体废弃物的分布

当前，我国的工业固体废弃物的总量呈上升趋势，但对其的利用率却较低，仅为55%以下，而剩余的工业固体废弃物每年都会大量积累。这导致大量资源被浪费，而自然环境也不可避免地受到破坏，且工业固体废弃物资源的利用率仍与其他国家有很大差异。其中，在经济发展相对繁荣的地区，工业固体废弃物的资源使用率也较高，部分地方能达到95%左右；但在一些经济较为落后的地区，其使用率会相对低一些。因此，这不利于社会经济的进一步发展[3]。

3 工业固体废弃物资源综合利用途径

3.1 工业固体废弃物在微晶玻璃制造中的应用

微晶玻璃是由各种细晶物质和玻璃（由煅烧和结晶玻璃颗粒制成）的混合物。其具有坚固、致密、均匀、耐热、耐腐蚀、绝缘等优点，且在生产过程中不会形成污染物，也是绿色建设和环保的新材料。在实际应用中，微晶玻璃因其优异的特性成为了本世纪最关键的新型技术材料，可应用于机械、生物医药、电子微电子、宇航等领域的大量生产。利用工业固体废弃物生产微晶玻璃，不仅降低了工业固体污染对自然环境的破坏问题，同时也达到了对环保资源的再生利用。

3.1.1 磷渣

废磷通常是由二氧化硅（SiO2）和氧化钙（CaO）组成。由于硅和氧化钙也是微晶玻璃的主要成分，所以可取代石灰石和二氧化硅，也可以成为锻造微晶玻璃和制造微晶玻璃的主要化工原料。因此，通过利用磷渣锻造微晶玻璃，不但能减少磷渣对自然环境的损害，也实现了环保的目的，同时还能够减少微晶玻璃的生产与施工成本，从而满足社会可持续发展的需要。

3.1.2 铬渣

铬渣主要是在制造锰和铬盐过程中形成的工业废物，对人类健康有一定影响。目前，在中国共有20余个省市倾倒大量的这种工业废渣，所以对铬废料资源的合理开采和利用变得尤为重要。铬渣主要由二氧化硅（SiO2）、氧化镁（MgO）、六氧化二铬（Cr2O6）和其他微量元素所组成，易造成人类严重中毒。但是，在处理和使用废铬的过程中，人们可通过特殊的化工处理方式，使毒性物质转变为微晶玻璃的成核中心，进而去除废铬中的毒性物质。

3.1.3 钛渣

钛废料中包括了许多的化学物质，其内部成分和化学构造较磷和锰的废料复杂得多，有过氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、三氧化二铝（Al2O3）等，其色泽一般是深灰褐色。钛废料的成分也比较复杂，但可直接进行微晶玻璃的加工。钛废料中的二氧化钛（TiO2）是一种非常有效的助溶剂，在制造微晶玻璃过程中起到了重要作用。但是，因为氮化钛铝很容易在微晶玻璃的表面析出，所以在应用氧化钛时需要与一些晶合剂一起。其优点在于，在钛渣中与某些化学元素作用所产生的结晶具有较大的物理化学稳定性。

3.2 工业固体废弃物在制造干混砂浆中的应用

干混砂浆（Dry-mixed malt，干粉砂浆），又称水硬性水泥麦芽，是建筑工程领域应用的一种新型干混建筑材料。由于其具有使用简单、性能优良等优点，在城市建筑中得到了广泛应用。干混砂浆主要是由干燥和处理过的骨料、无机水泥材料、化学增香剂和各种颜料组成。在建筑材料应用领域，其通常具有粘合、填充、保护和装饰的功能。此外，部分工业的固体污染物也可用来制造干混砂浆，如粉煤灰综合利用物、炉渣、优质煤等，实现了废物回收使用的目的。

3.2.1 粉煤灰

粉煤灰水泥是我国燃煤电厂排放的主要工业固体废物。粉煤灰水泥也是我国固体污染排放量最大的工业废弃物之一。由于中国能源工业的快速发展，燃煤电站的飞灰排放量也在逐渐增加；飞灰若不及时处理，会产生扬尘，严重破坏大气环境；如在水中排入粉煤灰水泥，则会导致河道淤积，严重影响水质。所以，应做好对粉煤灰的综合利用工作，以减少污染物排放量。同时，粉煤灰也是生产干混砂浆的主要水泥材料之一，其具有粒度细、重量轻、吸水性强等优势。一般来说，凝胶材料能够明显增强混合干麦芽的硬度和流动性，因此，实际使用效果也不错。这也是由于粉煤灰具有特殊的化学性质，能够与混合干麦芽中的某些化学元素发生反应，从而提高了混合干麦芽的流动性。此外，由于粉煤灰具有的特殊物质性质和强烈的吸水性，能有效排除干混砂浆中的水分，从而增加了干混砂浆的黏稠度，所以，干混砂浆的使用效果良好。

3.2.2 矿渣

炉渣是高炉炼铁过程中的重要副产品。在炼铁过程中，炉渣主要是由铁硅酸盐与硅铝酸盐形成的熔融物质，在高温化学反应下，是将氧化铁还原为金属铁时产生的，即铁矿物和硅灰中的二氧化硅和氧化铝等杂质通过淬冷，会形成疏松或多孔的细晶粒材料，就是高炉渣，俗称炉渣。把炉渣水泥直接掺入干混砂浆中，就可以很大幅度地增加干混砂浆的硬度和韧性。但对比粉煤灰混凝土，其也存在缺点，那便是减弱了干混砂浆的热流动性，所以，炉渣一般都会与粉煤灰混凝土组合应用，以取得更佳的应用效果[4]。另外，复合炉渣、铁尾矿尾砂等也能够用来制造微晶玻璃，也有助于减少对环境保护造成的危害，从而促进了资源的循环使用。

3.2.3 煤矸石

煤矸石，是煤矿在利用和洗选过程中所形成的一类工程固体废物。其主要是指在成煤的过程中，和煤层伴生的碳含量相对较少，且比煤坚硬的一类黑色石灰石材料。其主要包括人工矸石、冲洗矸石和巷道内开挖矸石。优质煤约占全国原煤总量的百分之十。然而，如何合理分解优质煤中的各种理化成分，是实现优质煤资源综合利用的关键问题。通常，人们可按照碳含量来区分是否为优质煤层。由于煤矸石沉积岩为多种矿岩所构成，所以，在地层中常和煤系共生。因此，在使用优质煤层时，需要充分考虑氧化铝陶瓷的含量，以及氧化铝与二氧化硅的配比等参数[5]。

一般来说，含碳量是开采和使用优质煤炭的最主要考察依据。如含碳量较低的优质煤炭其发热量也较低，可作为生产水泥的骨料以及水泥砂浆的混合物原料；而含碳量更多的优质煤炭其发热量则较高，通常可作为冶金燃料。如果优质煤含硫量较高，要及时加以化学处理，且一旦优质煤中的硫元素达到合理使用标准后，就可以将其回收使用。同时，优质煤炭的资源化使用途径还有水力发电、燃气供热，甚至是充当填充物、建筑材料等。近几年，利用优质煤炭所制造的水泥不但可以改善混凝土特性，还可以节省成本，增加效益，从而推动了企业的发展壮大。

市场上用煤矸石二次加热制造的商品良莠不齐，这主要是因为优质煤炭含碳量不同而引起的。但是，人类无法用统一的标准去评价这些产物，这也限制了优质煤炭的大规模利用与推广。所以，在未来需要逐步研究其共性，并制订出符合煤矸石资源性质的使用规范，来规范优质煤炭交易市场，推动工业固体污染物实现回收再使用，推动产业与生态实现和谐发展。

4 加强固体废弃物综合利用的建议

（1）加强对地方政府有关法律、规章的配套建设，为中小企业充分利用固体废物提供政策保障体系；遵守激励和政治约束相结合的原则，以构成一个全面使用国家资源的有效机制；充分利用国家资源有关的政策，有效发挥国家税收政策的优势，激励、引导和支持固体废弃物的综合利用。

（2）强化国家宏观调控，完善地方政府引导，逐步达到国家对粉煤灰资源化综合利用管理工作的规范化和制度化。

（3）依靠科学技术进步，为固废资源化综合利用提供更强有力的科技保障。第一，尽快运用科学技术和先进适用技术，提高固废资源化综合利用的新科技；第二，积极选用有一定代表性的目标，并较大规模推广前景广阔的先进适用技术，可在国家重点产业、地方重点企业组织开展一些国家重点示范工程项目；第三，要加强对先进技术的引进。

（4）大力实施源头减少政策，指导企业积极减少生活垃圾的产生，并努力实现固态垃圾的“减量化、资源化和无毒化”。

（5）进一步加强宣教力度，重点围着“大力发展循环经济，加速构建节俭型市场经济”这一主旨，同时进行各种形态多种多样的宣教社会活动，鼓励人们积极参与保护环境，使“珍爱资源、环保”变成所有公众的自觉行为。

5 结语

中国是世界上工业固体废弃物污染最高的国家之一，但相比发达国家，我国对工业固体废弃物的资源化利用效率相对较低，存在不足之处。面对这些情况，我国工业和信息化部相继出台了《工业固体废物资源综合利用评价管理暂行办法》和《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》，以此对工业固体废物资源的综合利用的评价机制进行科学规范，并引导企业积极主动开展工业固体废物资源综合利用工作。相信在社会各界的共同努力下，会有效提升对工业固体废物资源的综合利用，进而为环境保护的可持续发展奠定坚实基础。