陳瑋琳（江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫214122）

中國快速發(fā)展的同時，生產(chǎn)和生活的廢物排放量也相應(yīng)的增加。2009年中國環(huán)境統(tǒng)計年報數(shù)據(jù)顯示，全國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量203,943萬噸，比上年增加7.3%；工業(yè)固體廢物排放量710萬噸，比上年減少9.2%。工業(yè)固體廢物綜合利用量138,186萬噸，比上年增加11.9%；工業(yè)固體廢物貯存量20,929萬噸，比上年減少4.4%。工業(yè)固體廢物處置量47,488萬噸，比上年減少1.7%。

目前我國建材工業(yè)是固體廢棄物利用的主要應(yīng)用行業(yè)。因此，必須采取有效措施把建筑材料領(lǐng)域的發(fā)展同節(jié)約能源和資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、治理污染有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的利用及建筑材料領(lǐng)域發(fā)展的良性循環(huán)。

1 我國建材領(lǐng)域工業(yè)廢棄物的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 水泥生產(chǎn)中工業(yè)廢棄物的應(yīng)用

我國是世界水泥生產(chǎn)大國，水泥工業(yè)每年消耗粘土近2億t，開采粘土大量的破壞了土地和山林植被，造成水土流失，嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡。因此國家鼓勵水泥工業(yè)采用各類固體廢棄物為原料。

1)尾礦在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

國內(nèi)利用尾礦煅燒水泥研究十分活躍，應(yīng)用最多是鉛鋅礦尾礦及銅尾礦，這兩種尾礦可以用作水泥礦化劑和鐵質(zhì)原料燒制水泥熟料，能降低水泥熟料燒成能耗，減少水泥生產(chǎn)成本，提高熟料產(chǎn)量和質(zhì)量。例如，山東省昌樂縣特種水泥廠[1]用5.32%的銅尾礦配料后，熟料質(zhì)量有所提高，能滿足高標(biāo)號水泥的生產(chǎn)要求，噸水泥熟料的標(biāo)煤消耗降低15.7%，可以代替復(fù)合礦化劑，生產(chǎn)成本降低12%；山東沂南磊金股份公司[2]利用金礦尾砂生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)道路水泥及抗硫酸鹽水泥獲得成功，水泥尾礦利用量為360～400kg/t。該公司礦山排放尾礦7萬t/a，建1座年產(chǎn)20萬t的水泥廠恰好用掉當(dāng)年排放的尾礦，不僅減少了建尾礦庫的占地面積，而且節(jié)約了開支，消除了尾礦對環(huán)境的污染。唐山市協(xié)興水泥有限公司[3]利用尾礦砂代替粘土和鐵礦石生產(chǎn)水泥熟料，充分利用廢棄尾礦砂，減少環(huán)境污染，節(jié)約大量粘土和礦山資源，還可使水泥噸熟料成本下降2～3元，熟料28d抗壓強(qiáng)度提高3～5MPa，使噸綜合成本下降10元以上。

2)粉煤灰在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

粉煤灰水泥已成為我國5大水泥品種之一，在水泥應(yīng)用方面一是作為摻和料；二是作為粘土組分生產(chǎn)水泥熟料；三是作為砂漿摻和料；四作為混凝土的摻和料；五作為復(fù)合混凝土外加劑載體和混凝土的礦物減水劑。沈陽市水泥廠利用沈陽熱電廠的濕排粉煤灰作配料，年生產(chǎn)火山灰硅酸鹽水泥12萬噸。在用質(zhì)量合格的粉煤灰做混合材磨制水泥時，可分別生產(chǎn)普遍硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥（摻入量不高于15%）、粉煤灰水泥（摻入量為20%～40%不等），低標(biāo)號砌筑水泥摻入量為60%～70%。德州某建材廠利用德州電廠的干排粉煤灰可年產(chǎn)硅酸鹽水泥15萬多噸，先后生產(chǎn)出了325號和425號R型粉煤灰硅酸鹽水泥，取得了年產(chǎn)利潤70萬元以上的經(jīng)濟(jì)效益和良好的環(huán)境效益；蛾眉山鹽化工集團(tuán)[4-6]用粉煤灰和煤渣雙摻生產(chǎn)水泥，混合材料的比例為1：1，生產(chǎn)425號復(fù)合水泥的最佳摻量為25%～30%。粉煤灰與硅錳渣雙摻可以生產(chǎn)425號水泥，其中粉煤灰的摻量為45%～60%、硅錳渣摻量9%～12%，硅錳渣摻量增加可以提高復(fù)合水泥的抗折強(qiáng)度；廬山水泥廠用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)粉煤灰一頁巖復(fù)合水泥，在無外加劑的情況下，粉煤灰摻量15%～20%，頁巖摻量5%，可穩(wěn)定生產(chǎn)425號復(fù)合水泥，頁巖屬填充性混合材，摻量增加，水泥的強(qiáng)度明顯降低。

3)煤矸石在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用

煤矸石自燃或煅燒后具有一定的活性，可以摻入水泥中作混合材，與熟料和石膏按比例配合磨細(xì)生產(chǎn)硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等，利用煤矸石中的粘土礦物部分或全部代替粘土配制水泥生料。燒制硅酸鹽水泥熟料是煤矸石利用的另一途徑，煤矸石既可作原料又可代替部分燃料。

1.2 墻體材料生產(chǎn)中工業(yè)廢棄物的應(yīng)用

國家在墻改政策中提出“禁止毀田制磚,保護(hù)土地資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境”的口號，并明確指出從2003年6月30日起在170個城市禁止生產(chǎn)和使用粘土實(shí)心磚，這使傳統(tǒng)墻體材料面臨著一場深刻的革命。目前，我國已陸續(xù)開展以鐵尾礦、粉煤灰、煤矸石等生產(chǎn)墻體材料的研究。

1）尾礦在墻體材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

鞍鋼礦山公司大孤山選礦廠自1979年就開始以尾礦為主要原料進(jìn)行尾礦磚的試驗研究,于1980年生產(chǎn)出第一批尾礦磚,該磚原料以含鐵的尾礦為主,加入適量CaO活性材料。實(shí)驗結(jié)果表明,尾礦磚砌體的軸心抗壓極限強(qiáng)度高于同條件下普通粘土磚砌體的強(qiáng)度。

生產(chǎn)尾礦瓷質(zhì)磚，其原料為尾礦(60%～69%)+粘土或高嶺土+長石粉或尾礦(45%～50%)+河砂+紅土，中國地質(zhì)科學(xué)院與湖南邵東鉛鋅礦合作，利用鉛鋅尾礦與當(dāng)?shù)氐恼惩?、煤矸石等輔助原料，生產(chǎn)出6種顏色的墻地磚，已形成了批量生產(chǎn)的能力；德興銅礦利用銅尾礦、黃土、長石、碳酸鈣與滑石為原料，研制成功1種燒成低溫彩釉墻面磚；山東招遠(yuǎn)河?xùn)|金礦利用尾礦為原料生產(chǎn)出符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的蒸壓灰砂磚，該礦利用88%的金尾砂，配以12%生石灰，再加入少量填加劑，再經(jīng)8h蒸壓養(yǎng)護(hù)，出釜后灰砂磚即可使用。壽王墳銅礦與中國地質(zhì)科學(xué)院尾礦中心合作生產(chǎn)的尾礦小型空心砌塊和高級彩色光亮室外地坪砌塊等產(chǎn)品，所用原材料均以尾礦砂和礦山廢石為主，占原材料的85%，2001年5月已進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。

生產(chǎn)尾礦免燒磚以細(xì)尾礦為主要原料,配入少量的骨料、鈣質(zhì)膠凝材料及外加劑,加入適量的水,均勻攪拌后在壓力機(jī)上模壓成型,脫模后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),即成尾礦免燒磚成品。濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司郭店鐵礦投資30萬元,采用選礦后的尾礦為主要原料,并配以鋼渣粉及少量的水泥,生產(chǎn)出尾礦免燒磚,該磚外觀色彩較為鮮艷,裝飾效果好,其各項生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)也均能達(dá)到普通粘土紅磚的技術(shù)指標(biāo)要求。

2）粉煤灰在墻體材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

我國每年共燒制實(shí)心粘土磚7000億塊，取土14億m3。另外，實(shí)心粘土磚構(gòu)筑的墻體還存在著抗震性差、建筑造型單一、隔熱保溫性能低等缺點(diǎn)。同時由于生產(chǎn)實(shí)心粘土磚破壞土地，浪費(fèi)能源、污染環(huán)境等原因，實(shí)心粘土磚逐步退出市場。我國從1965年開始生產(chǎn)粉煤灰燒結(jié)磚，其產(chǎn)量高于蒸制磚，產(chǎn)品吃灰量大，可以節(jié)約大量粘土，而性能與粘土磚相差無幾。撫順石油化工公司熱電廠為保護(hù)環(huán)境,減少粉煤灰外排與貯存費(fèi)用,投資建成6000萬塊/a的粉煤灰燒結(jié)磚生產(chǎn)線，生產(chǎn)出來的燒結(jié)磚塊具有耐久性好、裝飾功能強(qiáng)、永不褪色等特點(diǎn)。

另外產(chǎn)量較大的是粉煤灰硅酸鹽砌塊和免蒸免燒粉煤灰磚塊，根據(jù)建筑功能不同，產(chǎn)品有實(shí)心與空心兩種，空心產(chǎn)品的孔隙率在逐漸增大，在我國建筑砌塊是今后重點(diǎn)發(fā)展的墻體材料。粉煤灰砌塊因具有質(zhì)輕、保溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，很適合于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)，因而具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3）煤矸石在墻體材料生產(chǎn)中的應(yīng)用

煤矸石屬硬質(zhì)高嶺土，其主要化學(xué)成分是Si02、Al203、堿及堿土金屬氧化物，煤矸石制磚既利用了其中的粘土礦物又可以利用其熱量，是大宗利用煤矸石的主要途徑。煤矸石制磚的工藝成熟，已經(jīng)可以作到100%利用煤矸石作原料，不投任何其它原料制取空心磚。通過采用并消化吸收國外的先進(jìn)制磚技術(shù)及引進(jìn)其設(shè)備，生產(chǎn)煤矸石承重多孔磚，非承重空心磚及外承重裝飾磚、廣場磚、道路磚等。

目前有近千家建材企業(yè)利用煤矸石生產(chǎn)磚，年產(chǎn)矸石磚60億塊，占粘土磚產(chǎn)量的0.8%，利用煤矸石1600萬t，節(jié)約土地近670hm2，節(jié)約煤60萬t標(biāo)準(zhǔn)煤。同時利用煤矸石生產(chǎn)粘土燒結(jié)磚(摻量15%左右)的廠家較多，每年生產(chǎn)燒結(jié)磚500億塊，年利用煤矸石1800萬t。

1.3 陶瓷材料生產(chǎn)中工業(yè)廢棄物的應(yīng)用

袁定華[7]早在1992年就利用稀土尾礦作為坯釉的主要原料研制青瓷,不僅外觀美,而且內(nèi)在質(zhì)量也較高。稀土尾礦的主體高嶺石、石英和長石等硅酸鹽礦物都是成瓷需要的礦物化學(xué)成分。尾礦中尚含有多種微量稀土,可利用其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),改善釉料性能,提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此稀土尾礦是一種優(yōu)于傳統(tǒng)制瓷原料的新型制瓷原料。

用內(nèi)蒙寧城珍珠巖尾礦為主要原料,以碳酸鈣為平衡原料,在成孔劑和粘合劑的配合下,采用燒結(jié)法,在1200℃合成全晶質(zhì)多孔結(jié)構(gòu),主要物相是呈片狀、板狀硅灰石的多孔硅酸鈣質(zhì)陶瓷材料。和傳統(tǒng)陶瓷材料相比,具有吸附性、透氣性、耐腐蝕性、環(huán)境相容性、生物相容性好等特點(diǎn),能廣泛應(yīng)用于各種液體、氣體的過濾,在工業(yè)用水、生活用水的處理和污水凈化等方面也有大量應(yīng)用的前景[8]。

利用尾礦研制生產(chǎn)陶瓷打破了以粘土為原料的傳統(tǒng),在有效利用廢棄尾礦、減輕環(huán)境壓力的同時,也使陶瓷性能得到了很大的改善。但從目前的資料來看,尚沒有利用尾礦開展大規(guī)模陶瓷工藝生產(chǎn)的生產(chǎn)線。

1.4 制輕骨料中工業(yè)廢棄物的應(yīng)用

輕骨料是一種輕質(zhì)及具有良好保溫性能的新型建筑材料，可用于建造大跨度橋梁和高層建筑，其發(fā)展前景非常廣闊。

1）粉煤灰在制輕骨料中的應(yīng)用

利用粉煤灰為主要原料，加入一定量的膠結(jié)料和水，經(jīng)成球、燒結(jié)而成的輕骨料為燒結(jié)粉煤灰陶粒。它是一種性能良好的人造輕骨料，其粉煤量用量可達(dá)80%左右，可以配制300號混凝土。由于其有密度小、耐熱度高、抗摻性好、耐沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可替代天然渣石配制150～300號的混凝土，廣泛地用于工業(yè)與民用建筑，制作各種混凝土構(gòu)件，還可用于橋梁、窯爐和煙囪的砌筑。

2）煤矸石在制輕骨料中的應(yīng)用

用煤矸石燒制輕骨料有兩種方法,即成球法和非成球法。成球法是將煤矸石破碎和粉磨后制成球狀顆粒,然后送入窯爐中焙燒;非成球法是把煤矸石破碎到一定粒度直接焙燒。煤矸石輕骨料的質(zhì)量主要取決于煤矸石的性質(zhì)和成分。適宜燒制輕骨料的煤矸石主要是碳質(zhì)頁巖和選煤廠排出的洗矸,矸石中的含碳量不要過大,以低于13%為宜。

2 展望

我國現(xiàn)有的800多家國營礦山企業(yè)及11萬多家集體所有制企業(yè)堆存有40多億t尾礦，同時每年新增加1億t礦山尾礦。我國是世界上少數(shù)幾個以煤為主要能源的國家之一，煤在能源構(gòu)成中約占78%，全國燃煤消耗量達(dá)12億t／a，火電及熱電聯(lián)產(chǎn)消耗原煤6億t／a，每年排放的粉煤灰渣高達(dá)1.8億t。同時我國每年排放的煤矸石的量是煤生產(chǎn)量的10%，目前有煤矸石山1500多座，累計堆存有30多億t，占地3萬hm2以上。

綜上所述，工業(yè)固體廢棄物用于建筑材料生產(chǎn)，既能解決廢物堆放、占用土地、污染環(huán)境等問題，又能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有較好的發(fā)展前景，應(yīng)大力推廣使用。我國的粉煤灰利用率約為45%，煤矸石的利用率達(dá)70%，尾礦的利用率還不到8%。隨著國民經(jīng)濟(jì)的繼續(xù)發(fā)展，各種固體廢棄物的排出量也會不斷增加。因此，利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)建筑材料還有廣闊的發(fā)展空間，必須加大科研方面的投入，使工業(yè)固體廢棄物真正“變廢為寶”，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)約型社會建設(shè)的總體目標(biāo)。

[1]李衛(wèi).黃金選礦廠尾礦的二次回收與開發(fā)利用[J].金屬礦山,2000,(增刊).26-28.

[2]孟祥金.利用鉛鋅尾礦代替部分原料生產(chǎn)水泥[J].水泥,1998,(3).10-11.

[3]蔣冬青.尾礦在建材中的應(yīng)用[J].金屬礦山,2000,(增刊).330-312.

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[5]任素梅,徐洪勝,孫鳳香等.粉煤灰少熟料復(fù)合水泥的研制[J].水泥,1995,(2).3.

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[8]邱媛媛,趙由才.尾礦在建材工業(yè)中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計與研究,2008,(2).35-37.