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工業固體廢棄物資源綜合利用技術的現狀

來源:中國循環經濟協會發布時間:2015-10-26

資源節約與環境友好型社會的建設都離不開國家對工業固體廢棄物進行綜合利用這一重要舉措。文中詳細介紹了最近幾年我國工業固體廢氣物的產生以及處理情況,並以工業鉻渣、磷渣、鈦渣、礦渣、煤矸石、粉煤灰等作為例子對固體廢棄物的利用以及產業化進行了詳細的闡述。最後對我國固體廢棄物進行資源利用的技術發展也進行了分析。

改革開放之後,中國在經濟方麵取得了很大的進步。但經濟增長的粗放型方式卻沒有得到徹底的轉變,國家經濟雖然得到了很大的發展,但受到的資源約束也越來越多,承受著越來越大的環境壓力。如何平衡好經濟的快速發展與受到的資源、環境方麵的製約,是目前亟待解決的問題。

一、固體廢棄物概述

工業固體廢棄物主要指在工業的生產過程中所排放出來的采礦廢石、燃燒後的固體廢渣、不合格的原料尾礦以及冶煉或是化工生產過程中產生的廢物。

國家統計出來的數據顯示,我國工業生產所產生的固體廢棄物正呈現逐年上升的趨勢,尤其是最近5年,固體廢氣物的年增長率達到了10%。這其中,以下述5個行業所產生的固體廢棄物為主,分別是電力行業、熱力生產與供應業、金屬的冶煉與加工行業、有色金屬的礦采行業以及采礦業。這5個行業所產生的固體廢棄物就達到了總量的80%。

固體廢棄物的堆積不僅占據了土地資源的使用權,同時還會造成大氣以及水資源的汙染,對環境也構成了很大的威脅。大多數情況下,由於急需使用堆放地點,所以這些固體廢棄物便被簡單地處理,導致了嚴重的資源浪費。

二、工業固體廢棄物的現況分析

1. 工業固體廢棄物的產量與堆放情況分析

我國的工業廢棄物產量在2009年的時候就已經超過了20億噸,以此統計表格為依據可以預測,到“十二五”發展計劃結束的末期,我國工業廢棄物的產生量將有可能達到30億噸。

另外,雖然這近10年來工業固體廢棄物的產量一直呈急速增長的趨勢,但它的利用率卻不到60%。每年堆積或者存放起來的廢棄物總量就有5億噸,而目前的總堆積量甚至已經突破100億噸。與歐洲國家對工業固體廢棄物的利用水平相比,我國在資源利用方麵仍有較大的提升空間,需要繼續加強資源利用水平的研究力度。

2. 工業固體廢棄物的分類

通過最近幾年的統計資料可以看出,我國的工業固體廢棄物大多來源於尾礦、采礦以及燃燒之後所產生,且廢棄物的組成比較穩定,這與我國豐富的礦物資源有關。由於的礦物資源基本可實現自給自足,因此開采量較大。

3. 工業固體廢棄物的分布特征

我國工業固體廢棄物的產生地主要集中在中、西部。尤其是山西省、四川省內蒙古以及西部經濟不太發達的地區,固體廢棄物的產量都非常的高。但是受到市場、價格以及國家政策等多方麵的影響,這些地方對產生的工業固體廢棄物的利用率都非常低,造成了資源的嚴重浪費。

而在我國沿海經濟較為發達的地區,固體廢棄物的利用率則明顯有了提高。比如,上海、江蘇等地區已經將固體廢棄物的利用率提高到了95%以上,各地區對工業固體廢棄物進行綜合利用的技術水平極為不均衡。

三、工業固體廢棄物綜合利用的技術分析

1. 工業廢渣製微晶玻璃

微晶玻璃是一種多晶固體,由玻璃經控製晶化技術製得。作為新型的微晶材料,微晶玻璃有著耐腐蝕、耐高溫、強度、硬度與絕緣性都較高等優點。由於微晶玻璃的介電損耗比較低並且化學穩定性好,因此在航空航天、生物醫學、國防等領域被廣泛的應用。

將工業廢渣支撐微晶玻璃是資源綜合利用的最好體現,不僅避免了工業廢棄物帶來的環境汙染、堆積占地,同時還實現了資源的再利用。

(1)鉻渣

鉻渣是在鉻鹽生產中產生的一種固體廢渣,具有一定的毒性。皮膚或是粘膜組織接觸到六價鉻離子會被腐蝕,長期接觸的話甚至會導致全身中毒。通過一定的方法將鉻渣中所含的六價鉻離子轉化為三氧化二鉻,然後作為微晶玻璃的成核中心可以最大限度的降低六價鉻離子的濃度,讓鉻渣無毒化。

(2)磷渣

磷渣的主要成分是二氧化矽和氧化鈣,屬於高鈣矽渣。二氧化矽和氧化鈣都是微晶玻璃中的主要成分,可以代替部分的石灰石與矽砂用作基礎玻璃種的化學原料。磷渣製成微晶玻璃不僅能有效減少磷渣給環境帶來的傷害和汙染,還可以降低微晶玻璃的生產成本。

(3) 鈦渣

高爐鈦渣所含的化學成分非常多,包括氧化鎂、氧化鈣、二氧化矽、氧化鋁等,是一個多組元的複雜體係,呈灰棕色。由於工業鈦渣的成分複雜,因此一般都是直接作為礦渣微晶玻璃的生產原料來使用。

其中,鈦渣中所含的氧化鈦是一種性能非常優良的助熔劑與晶核劑,但由於它比較容易從微晶玻璃的表麵析出,因此,在使用氧化鈦的時候,通常還需要加入一些其他的晶核劑。由鈦渣和其他化學成分共同組成的複合晶核有著非常好的化學穩定性與力學性能。

同理,複合礦渣、尾礦尾砂等也都可以分別製成微晶玻璃,降低它們對環境所帶來傷害的同時還可以實現資源的循環利用,促進可持續發展。

2. 工業固體廢棄物應用到幹混砂漿中

幹混砂漿由於性能優良,得到了迅速的發展和利用,而其組成對幹混砂漿的性能起到決定性作用。幹混砂漿的組分主要有膠凝材料、輔助膠凝材料、骨料、化學添加劑和其他一些類似顏料、纖維之類的組分。幹混砂漿的性能主要包括其保水性、施工性、強度、吸水性、粘結抗拉強度等。

目前,工業固體廢棄物中的廢橡膠粉、煤矸石、礦渣、粉煤灰、脫硫石膏等都已經在幹混砂漿中得到了一定程度的應用。

(1)粉煤灰粉煤灰在幹混砂漿中主要是作為輔助膠凝材料

輔助膠凝材料的加入可以達到改進幹混砂漿強度、流動性與工作性的目的,這主要是因為粉煤灰中含有很多的玻璃微珠,它們可以有效增強砂漿的流動性能。另外,玻璃微珠還可以讓幹混砂漿填料顆粒中較重的顆粒懸浮起來,這樣漿體中所含的氣泡就可以快速地排出。實踐證明,將粉煤灰加入到水泥砂漿中以後可以降低砂漿的分層度和水膠比,同時提高其稠度與流動性,有效減少砂漿在流動過程中的損失率。

(2)礦渣

礦渣在幹混砂漿中的應用可以提高水泥砂漿的韌性、強度以及抗折強度,但它有一個缺點,就是會對幹混砂漿的流動性造成一定的影響。礦渣中所含的微粉能起到改善砂漿界麵結構與孔結構的作用,並且降低孔隙率,因此,100mm以上有害空隙的數量就會大幅度減少。

(3)煤矸石的利用技術

煤矸石是一種伴隨煤炭而生的堅硬岩石,種類有手選矸石、洗選矸石、巷道掘進矸石等。原煤的生產中,有10%~15%產生的是煤矸石。因此,要想實現煤矸石的綜合利用,對煤矸石中碳元素、礦物的含量與組成進行分析是必不可少的一個過程。煤矸石的來源不同,含碳量也會大不相同。煤矸石屬於沉積岩,由多種礦岩組成,與煤係在地層中共生。在對煤矸石進行綜合利用時,三氧化二鋁的含量以及三氧化二鋁與二氧化矽的比值是需要考慮的主要參數。

對煤矸石進行工業利用的時候,含碳量是主要的依據。含碳量較低的煤矸石,一般作為混凝土骨料、水泥的摻料等建材使用,而含碳量高的煤矸石,由於發熱量較高,因此多作為燃料使用。需要注意的是,如果煤矸石的含硫量偏高,則應該先進行脫硫處理;假如硫的存在形態並無危害,還可以進行回收。我國對煤矸石進行綜合利用的途徑主要有:發電或是作為燃料供熱;充當路基的填充物;作為建材等。

近年來,用煤矸石來製備性能較高的混凝土、耐火材料等研究技術有了較大進展。控製煤矸石的摻入比例生產出來的混凝土不僅可以提高水泥的性能,更能大大的節省生產成本。

將用煤矸石等廢棄物生產出來的產品與市場上的現有產品用同一標準來衡量,會讓煤矸石的產業化實現充滿難度。因此,在研發煤矸石利用技術的同時也應該開發出針對煤矸石的工業產品所製定的標準,以此來推動工業固體廢棄物資源化利用的進程。

、結語

綜上所述,我國工業固體廢棄物的資源化利用可以有兩個發展思路:一是繼續探索以減量為原則的利用技術來達到降低成本與提高經濟效益的目的;二是以資源利用最大化為原則,研發針對性更強並具有更高價值的利用技術。在這兩種思路的共同作用下,我國一定可以實現工業固體廢棄物的資源化利用,讓生產出來的產品在市場上得到認可,從而實現工業固體廢棄物的產業化發展。

另外,對於工業固體廢棄物標準體係的建立也是不可缺少的。隻有以完善的體係作為標準,利用廢棄物所得到的產品才能擁有市場競爭力,進而創造更大的經濟價值。

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