工業固體廢物在建筑材料中的應用及展望

顏久印，馬建鋒

（1.菏澤市生態環境局，菏澤274400 2.山東中慧咨詢管理有限公司，菏澤274400）

1 前言

國內工業固廢形成規模是在社會經濟成長中隨之擴大的，并且工業固廢的類型與源頭也愈發復雜化。假設不加管理，采用更有效的處理利用方式，勢必會對生態與人體造成危害。把工業固廢應用在建筑項目中，促使其實現資源化，豐富資源構成。將工業固體廢棄物循環再利用到建筑材料中，可以實現工業固體廢棄物的可再生化，使其成為新型資源，達到了環境效益、經濟效益和社會效益的有效統一。

2 工業固體廢物

固廢是在各類活動的進行中，形成不具有最初所需價值，依舊有價值但被應用者丟棄的物質，呈現出固態及氣態，乃至半固態，還有法律法規范圍內的各類物質。而工業固廢則單指：通過工業生產行為，產生的一些廢物材料等。由于其自身的特性，可能導致對生態環境產生難以迅速恢復的污染。如今，建材生產是固廢實現再利用的主要渠道。所以，研究工業固體廢物在建材中的運用，有實踐價值。

2.1 形成源頭

國內城市的工業固體廢物，形成源頭較多，基本牽涉到生產活動的各個領域，如冶金、煤炭、輕工等數十類工業生產。其中，黑金屬冶煉、電力與熱力、煤炭開采等生產活動，有七成以上的“貢獻值”，會形成尾礦、粉煤灰等。

2.2 處理現狀

假設工業固體廢物無限制地形成，而且不采取規范化貯存、利用、處置，勢必對生態系統、人民群眾健康等造成影響。舉例來說，粉煤灰形成的塵粒，漂浮于空氣中，被人體吸入后，會使身體機能有損傷。除此之外，工業固體廢物會存在少量有毒有害的物質，長期不規范堆放在露天地表，會因為滲漏，既對其附近土壤造成污染，又容易引發水體污染，繼而對農作物與其他動植物形成侵害，最后會威脅人體。部分工業固體廢物的成分如表1 所示。而將工業固體廢物資源化，能有效防止污染，同時，也能提升整體的綜合效益。雖然近些年，國內在工業固體廢物上的資源化使用有所改善，但仍舊存在諸多未加處理應用的固廢。在研究層面上，可在工業固體廢物中提煉能用在吸收污染物、建筑施工、路基建設等應用中的物質。而把工業固體廢物運用到建筑材料上，能提升材料本身的抗壓性與機械性，還能省去基本材料。本文以此為研究角度，探索工業固體廢物在建筑領域的資源化利用[1]。

表1 固廢成分表

3 建筑領域中工業固體廢物的應用

3.1 墻體材料

根據我國對于墻改方面的規定，不得通過毀田的代價生產，要維系有限的土地資源，保護自然生態，同時，不允許制作及應用粘土實心磚，這對于建筑墻體改革，產生新的調整動力。如今，相關領域對于墻體材料的開發，選擇了鐵尾礦及煤矸石等工業固體廢物。具體來講，其一是尾礦，某地選礦廠在開展的將尾礦作為原料生產磚的試驗，距今已經有四十余年，并且在開始研究的次年，便制造出尾礦磚，原料是帶鐵元素的尾礦，添加合適比例氧化鈣活性材料。并且根據實驗顯示，此類磚構成的砌體，軸心抗壓能力在同級別上，優勢更明顯。由尾礦制作的瓷質磚，原料包括尾礦、粘土或是高嶺土、紅土等。并且在添加的鉛鋅尾礦、粘土及煤矸石等物質后，可得到不同色彩的墻體磚，目前已經支持規?；a。而借助銅尾礦以及碳酸鈣、黃土等，能制作出低溫的彩釉磚，此外，還有運用尾礦，制作出達到有關標準的蒸壓灰砂磚，主要原料有88%金尾砂以及生石灰12%，摻入較少的添加劑，通過蒸壓養護得到。其二是粉煤灰。據統計國內年均生產七千億塊左右的實心粘土磚，耗用土資源多達14億立方米。而且以此類磚塊制作的墻體，抗震能力、隔熱保溫等性能上，均無優勢可言，建筑外觀形態也受此限制。再加上，該種磚塊的生產活動，對土地有較大的破壞力，不利于維持良好環境，逐漸從市場中消失。使用粉煤灰制作磚塊，實際產量會超過蒸制工藝，并且成品吃灰量高，可省去部分粘土，應用性能和粘土磚幾乎一致。目前，產量相對較高的磚塊類型有粉煤灰類的硅酸鹽砌塊，以及無需蒸制或燒結的此類磚塊。按照建筑用途要求，可選擇實心及空心兩類，并且后者孔隙率在不斷擴大。在將來較長的時間內，砌塊還是比較重要的墻體材料，能得到繼續發展的空間。此外，粉煤灰砌塊，由于其自身重量不大以及保溫效果佳等特征，比較符合當前建筑工程框架標準[2]。

3.2 陶瓷材料

國內利用固廢生產陶瓷的時間還是相對偏長的，在90 年代初便有把稀土尾礦當成坯釉的情況，由此產出的青瓷，外觀可觀賞性佳，并且品質也較好。其中所述的稀土尾礦，一般有石英、長石、高嶺石等，此類礦物均有硅酸鹽，屬于制作陶瓷的重要化學成分。另外，尾礦中還存在不同的微量稀土，能借助其特殊的性質，優化釉料的特性，以提升成品的質量。所以說，稀土尾礦的運用效益會超過傳統的原料。某地珍珠巖尾礦被用作原料，通過添加適量碳酸鈣，在成孔劑與粘合劑的作用下，借助燒結生產方式，在1200 攝氏度下，形成全晶質的多孔狀態，外觀形態一般是片狀或者板狀。

與以往的陶瓷原料比較，稀土尾礦在透析、抗腐蝕以及吸附性上都有較大的優勢，而且和自然環境以及生物之間，具有較高的相容性，可用在多類液、氣態的過濾任務中，實現對水體的有效凈化，可用空間較大。借助尾礦生產陶瓷，減少粘土原料的運用，不僅能提高尾礦的應用率，緩解環境壓力，還讓陶瓷成品的性能有所改良。但根據國內現有的情況來說，在陶瓷生產上，還未實現大范圍地運用尾礦，將來還要繼續推廣[3]。

3.3 水泥材料

國內在水泥方面的生產投入較多，年均會使用兩億噸左右的粘土，而且該原料的開采，對于自然生態的破壞力是較大的，容易引發水土流失，不利于生態運行。所以，使用適宜的固廢是必然趨勢。

首先是尾礦，借助煅燒的手法，進行水泥生產，一般會選擇鉛鋅或者銅的尾礦，能起到礦化劑以及鐵質成分的作用。借此可減少生產熟料中的能耗量，并控制生產費用，保證產量與品質。比如，某水泥廠在生產期間，添加5.32%銅尾礦，使得熟料品質上升，而且生產中的標煤應用量減少15%以上，能取代原本的礦化劑，因此下調的成本量在12%左右。還有某家經營道路水泥和抗硫酸鹽水泥的公司，每噸水泥會應用到360—400 公斤的尾礦，并且其礦山產出的尾礦速度在7 萬噸/a，對此開辦水泥廠，直接形成產業鏈，既不必設置儲存礦庫，又省去生產開支，防止形成尾礦污染。

其次，粉煤灰。如今，國內比較著名的水泥品種，便有粉煤灰水泥的身影。在水泥的實際使用中，粉煤灰可用于摻和料、粘土組分、外加劑等。某水泥廠便是運用當地熱電廠形成的粉煤灰，當成生產配料，每年能產出12萬噸左右火山灰的硅酸鹽水泥。而且粉煤灰作為混合料，能生產出多種類型的水泥材料。比如，某化工集團生產水泥選擇粉煤灰與煤渣，二者比例是1:1，目前得到的最優產量在27%左右。粉煤灰和硅錳渣混合，前者添加量是45%—60%之間；后者是9%—12%左右。

最后，煤矸石。該種固廢本身在煅燒以及自燃后，會存在活性，可添加到水泥中用于混合，并和熟料及石膏，根據比例進行混合，得到不同品質的硅酸鹽水泥。此外，還可借助其包含的粘土成分，進行局部或者完全取代原本的粘土，生產水泥生料。而燒制熟料也是此固廢的主要作用之一，廠家可根據需要，選擇煤矸石的功能。

4 工業固廢作為建筑材料的價值

將工業固廢添加到建筑施工材料中，實際價值巨大。簡單來說，首先，能減輕因自身造成的環境破壞。該行業生產時，形成的固廢類型多樣，如爐渣、鋼渣等。直接丟棄，顯然不是最好的選擇，如果投入到建筑項目中，能立即消除對生態的傷害。

其次，減輕建筑材料來源的壓力。在建筑行業成長下，建設期間通常會面臨材料短缺的問題，直接干擾到項目成果品質及穩定性。但在添加工業固廢后，便可緩解該種現象帶來的后果，而且從工程開發者的方向來說，同樣符合壓縮造價的目的。

最后，維持材料供應的可靠性。工業固廢種類繁多，而且產出規模大、來源廣泛，將此作為建材，能保障工程的原料輸送，防范該方面的短缺問題。同時，工業固廢內包含不同化學物質，和部分建材性質類似，再加上靈活度方面的特征，現實運用中，可進一步維護建設成果，符合當下行業成長需要。

總之，工業固廢對于建筑工程的價值，已經大致清晰。施工方能挑選合適的工業固廢，通過一系列的加工處理，變成建材。借此提升建筑項目在材料應用上的靈活度，控制總體造價。同時，站在全社會的高度上看待該問題，此類舉措可以實現資源的再利用。

5 工業固廢特征表現

工業固廢的基本概念，在前文中已經大致提到，此處不重復概述?，F代生產中，可以形成固廢的具體產業，如煤炭、冶金等。結合相關產業活動，不難歸納出其特征表現。一是類型多元化。固廢是當前社會中，能夠實施二次開發的物質類型。對于工業經濟底蘊深厚的省市，固廢形成量大，能被合理運用到建材加工任務中。二是穩定可靠。固廢和建材在化學構成上，有些許相似，直接用于建材制作，不會降低材料成品的質量。三是高熱值，固廢的此項特征，使得其能夠以燃料的身份，投入到制作磚塊的活動中，省去部分有限資源，保障磚塊品質?，F實項目中，固廢可代替部分能源，可滿足基本制作標準。四是低成本。固廢在某種角度上來講，屬于被拋棄的東西，如果沒有其他人使用，便對原本的所有者而言，不能帶來任何利益。而售賣給建筑方，便有額外收入，所以賣價一般不會高。因此，對于合作雙方來說，都是有利可圖的合作。

6 工業固廢的資源化展望

將固廢的建筑垃圾、煤矸石等物質當成原料，生產可投入到建筑工程中，目前繼續深化擴大的趨勢比較明顯。而且工業固體廢物的利用方式的擴展開發及實現，既利于消除部分生態污染的情況，緩解資源供給不足的現象，又有助于改進污染程度較高的經營領域，改進產業構成，推動清潔生產的落實，逐漸形成循環經濟。未來在工業固體廢物的再利用中，應當從以下角度思考：首先，消除工業固體廢物的污染問題，不僅要在工業固體廢物收集以及再利用等方面切入，還需減少工業固體廢物的產生量，降低工業固體廢物的危害性，達到減量化與資源化的目的；其次，政府方面，能利用稅收、財政、貸款等方式，提升對利用固廢生產建筑材料廠家的財政扶持，以推動整個行業的技術發展；最后，通過政府方面的帶領，促進產學研的多領域整合，實現全社會的協作，高校及科研院等負責研發新技術，市場經營主體則作為成果商業化踐行者及技術推廣者，打造一同面對利益與風險的合作式格局。借助簽署合法的協議，確保研究成果的有效轉化。此外，因為工業固體廢物類型不同，而且由于成分差異，使得性能會有區別，所以應參考如今已投入應用的工業固體廢物資源化手段，主動發掘其他工業固體廢物的可用特性，研究出新的固廢資源化方式，促使此類污染物質，能得到全面運用。

7 結論

在資源耗用量不斷增加中，也產生大量固廢，促使市場逐漸開始追求循環經濟。上文通過建筑工程比較常見的材料生產中，各類工業固體廢物的運用分析，說明固廢既能投入到建材生產中，成為新原料，又利于強化建材成品的性能，發揮出工業固廢的剩余價值，變廢為寶。同時，建筑方面也能合理減少項目的資金投入。從發展全局的高度來說，通過將工業固廢轉化成建筑材料，減輕污染問題，距離節能節約型的目標更進一步?；诖?，后續的研究方向，應當落在優化固廢應用工藝和經濟性方面。