工业固体废物在建筑材料中的应用及展望

颜久印，马建锋

（1.菏泽市生态环境局，菏泽274400 2.山东中慧咨询管理有限公司，菏泽274400）

1 前言

国内工业固废形成规模是在社会经济成长中随之扩大的，并且工业固废的类型与源头也愈发复杂化。假设不加管理，采用更有效的处理利用方式，势必会对生态与人体造成危害。把工业固废应用在建筑项目中，促使其实现资源化，丰富资源构成。将工业固体废弃物循环再利用到建筑材料中，可以实现工业固体废弃物的可再生化，使其成为新型资源，达到了环境效益、经济效益和社会效益的有效统一。

2 工业固体废物

固废是在各类活动的进行中，形成不具有最初所需价值，依旧有价值但被应用者丢弃的物质，呈现出固态及气态，乃至半固态，还有法律法规范围内的各类物质。而工业固废则单指：通过工业生产行为，产生的一些废物材料等。由于其自身的特性，可能导致对生态环境产生难以迅速恢复的污染。如今，建材生产是固废实现再利用的主要渠道。所以，研究工业固体废物在建材中的运用，有实践价值。

2.1 形成源头

国内城市的工业固体废物，形成源头较多，基本牵涉到生产活动的各个领域，如冶金、煤炭、轻工等数十类工业生产。其中，黑金属冶炼、电力与热力、煤炭开采等生产活动，有七成以上的“贡献值”，会形成尾矿、粉煤灰等。

2.2 处理现状

假设工业固体废物无限制地形成，而且不采取规范化贮存、利用、处置，势必对生态系统、人民群众健康等造成影响。举例来说，粉煤灰形成的尘粒，漂浮于空气中，被人体吸入后，会使身体机能有损伤。除此之外，工业固体废物会存在少量有毒有害的物质，长期不规范堆放在露天地表，会因为渗漏，既对其附近土壤造成污染，又容易引发水体污染，继而对农作物与其他动植物形成侵害，最后会威胁人体。部分工业固体废物的成分如表1 所示。而将工业固体废物资源化，能有效防止污染，同时，也能提升整体的综合效益。虽然近些年，国内在工业固体废物上的资源化使用有所改善，但仍旧存在诸多未加处理应用的固废。在研究层面上，可在工业固体废物中提炼能用在吸收污染物、建筑施工、路基建设等应用中的物质。而把工业固体废物运用到建筑材料上，能提升材料本身的抗压性与机械性，还能省去基本材料。本文以此为研究角度，探索工业固体废物在建筑领域的资源化利用[1]。

表1 固废成分表

3 建筑领域中工业固体废物的应用

3.1 墙体材料

根据我国对于墙改方面的规定，不得通过毁田的代价生产，要维系有限的土地资源，保护自然生态，同时，不允许制作及应用粘土实心砖，这对于建筑墙体改革，产生新的调整动力。如今，相关领域对于墙体材料的开发，选择了铁尾矿及煤矸石等工业固体废物。具体来讲，其一是尾矿，某地选矿厂在开展的将尾矿作为原料生产砖的试验，距今已经有四十余年，并且在开始研究的次年，便制造出尾矿砖，原料是带铁元素的尾矿，添加合适比例氧化钙活性材料。并且根据实验显示，此类砖构成的砌体，轴心抗压能力在同级别上，优势更明显。由尾矿制作的瓷质砖，原料包括尾矿、粘土或是高岭土、红土等。并且在添加的铅锌尾矿、粘土及煤矸石等物质后，可得到不同色彩的墙体砖，目前已经支持规模化生产。而借助铜尾矿以及碳酸钙、黄土等，能制作出低温的彩釉砖，此外，还有运用尾矿，制作出达到有关标准的蒸压灰砂砖，主要原料有88%金尾砂以及生石灰12%，掺入较少的添加剂，通过蒸压养护得到。其二是粉煤灰。据统计国内年均生产七千亿块左右的实心粘土砖，耗用土资源多达14亿立方米。而且以此类砖块制作的墙体，抗震能力、隔热保温等性能上，均无优势可言，建筑外观形态也受此限制。再加上，该种砖块的生产活动，对土地有较大的破坏力，不利于维持良好环境，逐渐从市场中消失。使用粉煤灰制作砖块，实际产量会超过蒸制工艺，并且成品吃灰量高，可省去部分粘土，应用性能和粘土砖几乎一致。目前，产量相对较高的砖块类型有粉煤灰类的硅酸盐砌块，以及无需蒸制或烧结的此类砖块。按照建筑用途要求，可选择实心及空心两类，并且后者孔隙率在不断扩大。在将来较长的时间内，砌块还是比较重要的墙体材料，能得到继续发展的空间。此外，粉煤灰砌块，由于其自身重量不大以及保温效果佳等特征，比较符合当前建筑工程框架标准[2]。

3.2 陶瓷材料

国内利用固废生产陶瓷的时间还是相对偏长的，在90 年代初便有把稀土尾矿当成坯釉的情况，由此产出的青瓷，外观可观赏性佳，并且品质也较好。其中所述的稀土尾矿，一般有石英、长石、高岭石等，此类矿物均有硅酸盐，属于制作陶瓷的重要化学成分。另外，尾矿中还存在不同的微量稀土，能借助其特殊的性质，优化釉料的特性，以提升成品的质量。所以说，稀土尾矿的运用效益会超过传统的原料。某地珍珠岩尾矿被用作原料，通过添加适量碳酸钙，在成孔剂与粘合剂的作用下，借助烧结生产方式，在1200 摄氏度下，形成全晶质的多孔状态，外观形态一般是片状或者板状。

与以往的陶瓷原料比较，稀土尾矿在透析、抗腐蚀以及吸附性上都有较大的优势，而且和自然环境以及生物之间，具有较高的相容性，可用在多类液、气态的过滤任务中，实现对水体的有效净化，可用空间较大。借助尾矿生产陶瓷，减少粘土原料的运用，不仅能提高尾矿的应用率，缓解环境压力，还让陶瓷成品的性能有所改良。但根据国内现有的情况来说，在陶瓷生产上，还未实现大范围地运用尾矿，将来还要继续推广[3]。

3.3 水泥材料

国内在水泥方面的生产投入较多，年均会使用两亿吨左右的粘土，而且该原料的开采，对于自然生态的破坏力是较大的，容易引发水土流失，不利于生态运行。所以，使用适宜的固废是必然趋势。

首先是尾矿，借助煅烧的手法，进行水泥生产，一般会选择铅锌或者铜的尾矿，能起到矿化剂以及铁质成分的作用。借此可减少生产熟料中的能耗量，并控制生产费用，保证产量与品质。比如，某水泥厂在生产期间，添加5.32%铜尾矿，使得熟料品质上升，而且生产中的标煤应用量减少15%以上，能取代原本的矿化剂，因此下调的成本量在12%左右。还有某家经营道路水泥和抗硫酸盐水泥的公司，每吨水泥会应用到360—400 公斤的尾矿，并且其矿山产出的尾矿速度在7 万吨/a，对此开办水泥厂，直接形成产业链，既不必设置储存矿库，又省去生产开支，防止形成尾矿污染。

其次，粉煤灰。如今，国内比较著名的水泥品种，便有粉煤灰水泥的身影。在水泥的实际使用中，粉煤灰可用于掺和料、粘土组分、外加剂等。某水泥厂便是运用当地热电厂形成的粉煤灰，当成生产配料，每年能产出12万吨左右火山灰的硅酸盐水泥。而且粉煤灰作为混合料，能生产出多种类型的水泥材料。比如，某化工集团生产水泥选择粉煤灰与煤渣，二者比例是1:1，目前得到的最优产量在27%左右。粉煤灰和硅锰渣混合，前者添加量是45%—60%之间；后者是9%—12%左右。

最后，煤矸石。该种固废本身在煅烧以及自燃后，会存在活性，可添加到水泥中用于混合，并和熟料及石膏，根据比例进行混合，得到不同品质的硅酸盐水泥。此外，还可借助其包含的粘土成分，进行局部或者完全取代原本的粘土，生产水泥生料。而烧制熟料也是此固废的主要作用之一，厂家可根据需要，选择煤矸石的功能。

4 工业固废作为建筑材料的价值

将工业固废添加到建筑施工材料中，实际价值巨大。简单来说，首先，能减轻因自身造成的环境破坏。该行业生产时，形成的固废类型多样，如炉渣、钢渣等。直接丢弃，显然不是最好的选择，如果投入到建筑项目中，能立即消除对生态的伤害。

其次，减轻建筑材料来源的压力。在建筑行业成长下，建设期间通常会面临材料短缺的问题，直接干扰到项目成果品质及稳定性。但在添加工业固废后，便可缓解该种现象带来的后果，而且从工程开发者的方向来说，同样符合压缩造价的目的。

最后，维持材料供应的可靠性。工业固废种类繁多，而且产出规模大、来源广泛，将此作为建材，能保障工程的原料输送，防范该方面的短缺问题。同时，工业固废内包含不同化学物质，和部分建材性质类似，再加上灵活度方面的特征，现实运用中，可进一步维护建设成果，符合当下行业成长需要。

总之，工业固废对于建筑工程的价值，已经大致清晰。施工方能挑选合适的工业固废，通过一系列的加工处理，变成建材。借此提升建筑项目在材料应用上的灵活度，控制总体造价。同时，站在全社会的高度上看待该问题，此类举措可以实现资源的再利用。

5 工业固废特征表现

工业固废的基本概念，在前文中已经大致提到，此处不重复概述。现代生产中，可以形成固废的具体产业，如煤炭、冶金等。结合相关产业活动，不难归纳出其特征表现。一是类型多元化。固废是当前社会中，能够实施二次开发的物质类型。对于工业经济底蕴深厚的省市，固废形成量大，能被合理运用到建材加工任务中。二是稳定可靠。固废和建材在化学构成上，有些许相似，直接用于建材制作，不会降低材料成品的质量。三是高热值，固废的此项特征，使得其能够以燃料的身份，投入到制作砖块的活动中，省去部分有限资源，保障砖块品质。现实项目中，固废可代替部分能源，可满足基本制作标准。四是低成本。固废在某种角度上来讲，属于被抛弃的东西，如果没有其他人使用，便对原本的所有者而言，不能带来任何利益。而售卖给建筑方，便有额外收入，所以卖价一般不会高。因此，对于合作双方来说，都是有利可图的合作。

6 工业固废的资源化展望

将固废的建筑垃圾、煤矸石等物质当成原料，生产可投入到建筑工程中，目前继续深化扩大的趋势比较明显。而且工业固体废物的利用方式的扩展开发及实现，既利于消除部分生态污染的情况，缓解资源供给不足的现象，又有助于改进污染程度较高的经营领域，改进产业构成，推动清洁生产的落实，逐渐形成循环经济。未来在工业固体废物的再利用中，应当从以下角度思考：首先，消除工业固体废物的污染问题，不仅要在工业固体废物收集以及再利用等方面切入，还需减少工业固体废物的产生量，降低工业固体废物的危害性，达到减量化与资源化的目的；其次，政府方面，能利用税收、财政、贷款等方式，提升对利用固废生产建筑材料厂家的财政扶持，以推动整个行业的技术发展；最后，通过政府方面的带领，促进产学研的多领域整合，实现全社会的协作，高校及科研院等负责研发新技术，市场经营主体则作为成果商业化践行者及技术推广者，打造一同面对利益与风险的合作式格局。借助签署合法的协议，确保研究成果的有效转化。此外，因为工业固体废物类型不同，而且由于成分差异，使得性能会有区别，所以应参考如今已投入应用的工业固体废物资源化手段，主动发掘其他工业固体废物的可用特性，研究出新的固废资源化方式，促使此类污染物质，能得到全面运用。

7 结论

在资源耗用量不断增加中，也产生大量固废，促使市场逐渐开始追求循环经济。上文通过建筑工程比较常见的材料生产中，各类工业固体废物的运用分析，说明固废既能投入到建材生产中，成为新原料，又利于强化建材成品的性能，发挥出工业固废的剩余价值，变废为宝。同时，建筑方面也能合理减少项目的资金投入。从发展全局的高度来说，通过将工业固废转化成建筑材料，减轻污染问题，距离节能节约型的目标更进一步。基于此，后续的研究方向，应当落在优化固废应用工艺和经济性方面。