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        工業(yè)固體廢棄物在建材中的應用研究

        2013-10-11 00:42:56羅博
        資源節(jié)約與環(huán)保 2013年6期
        關(guān)鍵詞:利用

        羅博

        (重慶市環(huán)衛(wèi)控股(集團)有限公司 重慶 401121)

        0 引言

        固體廢物是指在生產(chǎn)建設(shè)、日常生活和其他活動中產(chǎn)生的污染環(huán)境的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)[1]。固體廢棄物是“三廢”中最難處置的一種,因為它含有的化學成分相當復雜,物理性質(zhì)也千差萬別,要達到清潔合理處理的目標難度較大。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,目前全國工業(yè)固體廢棄物堆存占地面積達100多萬畝,其中農(nóng)田約10萬畝。大量未經(jīng)處置的工業(yè)固體廢棄物堆存在生活區(qū)及水源區(qū)附近,成為嚴重的污染源,污染事故不斷發(fā)生。甚至有一些固體廢棄物傾倒在江、河、湖泊中,污染水體[2]。固體廢棄物的種類繁多,成分繁雜,數(shù)量巨大,其危害程度不亞于水污染和大氣污染造成的危害,需要引起全社會的關(guān)注。

        1 我國工業(yè)固體廢棄物的現(xiàn)狀

        隨著我國經(jīng)濟年均8%的快速增長,工業(yè)固體廢棄物年產(chǎn)量也在快速增長(表1)。根據(jù)《中國環(huán)境統(tǒng)計年報2004》數(shù)據(jù),2004年工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量超過1億t的行業(yè)依次為電力、熱力的生產(chǎn)和供應業(yè),黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè),煤炭開采和洗選業(yè),黑色金屬礦采選業(yè),有色金屬礦采選業(yè)。由于中國能源以煤為主,在工業(yè)生產(chǎn)活動中,采礦和煤炭燃燒產(chǎn)生的工業(yè)固體廢物最多,其中尾礦和冶煉礦渣兩者,以及煤矸石、粉煤灰和爐渣三者的產(chǎn)生量各占總量的42%(圖1)。由于我國對固體廢棄物污染控制起步較晚,雖然在固體廢棄物的處理利用方面已取得一定進展,并出現(xiàn)了一些適合我國目前經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展水平的固體廢棄物處理技術(shù),但與發(fā)達國家相比,處理水平還很低,相關(guān)處理技術(shù)還遠遠不能滿足國內(nèi)經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要。[3]

        表1 我國工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量變化趨勢萬t

        圖1 我國工業(yè)固體廢棄物組

        2 利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)墻體材料

        墻體材料是指用于建筑物墻體砌筑和墻體圍護的材料。我國墻體材料在整個房屋建筑材料中占了很大的比例,大約為70%。由于我國的傳統(tǒng)建筑是磚瓦結(jié)構(gòu),所以我國的傳統(tǒng)墻體材料也主要以燒制得磚瓦為主,磚瓦的主要原料是粘土、煤粉等,長期大量的燒制磚瓦毀壞了大量的農(nóng)田,并且大量的煤粉燃燒嚴重污染了環(huán)境,所以急需發(fā)展新技術(shù)來替代傳統(tǒng)的墻體材料。利用工業(yè)固體廢棄物制造墻體材料,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約土地,減少環(huán)境污染,而且還能實現(xiàn)工業(yè)固體廢棄物的資源化利用。目前能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的利用工業(yè)固體廢棄物制造墻體材料的技術(shù)大致有三種,分別為:(1)利用煤矸石和粉煤灰燒制、壓制多孔磚與空心磚技術(shù);(2)利用粉煤灰和混凝土生產(chǎn)加氣混凝土砌塊技術(shù),以及用脫硫石膏生產(chǎn)石膏砌塊技術(shù);(3)利用脫硫石膏添加纖維壓制纖維石膏板,以及利用粉煤灰、輕骨料生產(chǎn)輕質(zhì)陶?;炷翖l板等[4]。

        3 利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)干混砂漿

        干混砂漿是近年來建材領(lǐng)域新興的干混材料之一,可以加水拌和后即可直接使用,由于具有使用簡便、成分準確、性能穩(wěn)定等優(yōu)良特點,干混砂漿得到迅速發(fā)展和應用。干混砂漿的成分大致可以分為膠凝材料、骨料、輔助膠凝材料、化學外加劑以及其他組分等幾類[5]。目前,已被用于干混砂漿的工業(yè)固體廢棄物主要包括粉煤灰、礦渣、脫硫石膏、煤矸石以及尾礦砂等,主要是作為輔助膠凝材料,來改善干混砂漿的某些性能。

        粉煤灰作為一種輔助膠凝材料用于干混砂漿中,可以顯著改善干混砂漿的工作性、流動性、凝結(jié)強度等性能。如將其用于保溫砂漿中,改善工作性,提高保溫效果,還可用于自流平砂漿中,以改善工作性、流動性。有實驗研究表明,在抗硫酸鹽侵蝕方面,使用粉煤灰的效果要優(yōu)于礦粉和鋼渣。把礦渣磨成粒度較小的微粉粉后可添加到干混砂漿中,礦渣其的作用和粉煤灰相反,主要改善砂漿強度和韌性,也就是提高砂漿抗折強度。鋼渣是由硅酸鈣、鈣鎂橄欖石、鐵鋁酸鈣以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固熔體,與粉煤灰和礦渣等工業(yè)廢渣相比,由于在形成過程中經(jīng)歷了高溫過程,其晶體晶格穩(wěn)定,活性相對較低,鋼渣微粉可使砂漿具有良好的工作性和力學性能[6]。

        4 利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)輕骨料

        輕骨料作為一種新型建筑材料,具有密度小、保溫性好、耐熱度高、抗摻性好、耐沖擊力強、抗震性好等特點,主要用于建造大跨度橋梁和高層建筑,發(fā)展前景非常廣闊。粉煤灰和煤矸石都可以用來生產(chǎn)輕骨料。粉煤灰主要燒制粉煤灰陶粒,主要工藝流程為:以粉煤灰為主要原料加入一定量的膠結(jié)料和水,經(jīng)成球和燒結(jié)過程可制得粉煤灰陶粒。用煤矸石燒制輕骨料有兩種方法: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[7]。

        5 利用工業(yè)固體廢棄物制造陶瓷

        近年,我國建筑陶瓷行業(yè)發(fā)展迅速,產(chǎn)銷量保持高速增長態(tài)勢,未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大,綜合分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,未來一段時間建筑陶瓷行業(yè)的關(guān)注點是生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)保、新工藝技術(shù)裝備的開發(fā)、終端產(chǎn)品應用領(lǐng)域的開拓這三點。目前,利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)陶瓷研究的還是比較多,主要集中在建筑陶瓷,泡沫、多孔陶瓷,高性能陶瓷,其中關(guān)于多孔陶瓷和高性能陶瓷的研究還不成熟,還有待進一步深入發(fā)展。粉煤灰和工業(yè)廢渣主要是用于生產(chǎn)建筑陶瓷,粉煤灰和煤矸石主要是用于泡沫、多孔陶瓷和高性能陶瓷的生產(chǎn)[8]。

        粉煤灰主要由無定形玻璃、未燃盡碳以及晶態(tài)莫來石、石英、方解石等礦物相組成,其化學成分和高鋁粘土相近,可以作為主要原料來燒制建筑陶瓷。磷礦渣一般呈顆粒狀,硬度不太大,大約在1250℃左右可自身燒結(jié)。硫磺廢渣的成分主要為莫來石和赤鐵礦,莫來石作為主要原料用來燒制一般陶瓷制品,而赤鐵礦有雙重作用,在陶瓷坯體中既可作為熔劑,又具有顯色功能。有文獻報道,國外利用粉煤灰、火山灰、碳粉等為原料研究開發(fā)出了泡沫陶瓷。煤矸石由于氧化鋁含量較低,又呈特殊的層狀結(jié)構(gòu),并能與二氧化硅形成良好的分散分布,幾乎不需要添加其他任何物質(zhì)即可在高溫反應而合成碳化硅,進一步合成高性能復合陶瓷。

        6 工業(yè)固體廢棄物在玻璃中的應用

        鋼鐵廢渣包括鋼鐵工業(yè)中的高爐渣和鋼渣,其主要成分為氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅等,是構(gòu)成玻璃的重要組成。鈦渣中二氧化鈦含量較高,一般可達20%,二氧化鈦在玻璃制備中是性能優(yōu)良的晶核劑和助熔劑,因此鈦渣可以直接作為礦渣微晶玻璃的原料。粉煤灰一般粒徑較小,不需再碾細可以直接作為原料,由于粉煤灰的化學成分中氧化鈣含量低于礦渣,而氧化鋁又高于礦渣,因此,需要加入一定的含鈣材料,使之形成性能較好的微晶玻璃。煤矸石作為在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低的巖石,其中含有一定量的可燃成分,在生產(chǎn)玻璃時可以降低生產(chǎn)能耗,起燃燒產(chǎn)生的氣體,有利于發(fā)泡被用來制造吸聲泡沫玻璃。

        7 結(jié)論

        利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)建材是國固體廢棄物處理技術(shù)中發(fā)展比較成熟,推廣應用前景光明的技術(shù)。利用工業(yè)固體廢棄物生產(chǎn)建材不僅可以改善傳統(tǒng)建材工業(yè)高消耗、高污染的狀況,還能解決工業(yè)固體廢物堆放、占用土地、污染環(huán)境等問題,實現(xiàn)固體廢物處理的“減量化、無害化、資源化”。但還需要進一步拓展固體廢棄物在建筑材料資源化應用的范圍,還需要進一步加大科研投入,為工業(yè)固體廢棄物的資源化轉(zhuǎn)化奠定研究基礎(chǔ)。

        [1]董 松,張智強.固體廢棄物的建材資源化[J].廣東建材,2002,(3):2-4.

        [2]董保澍.我國工業(yè)固體廢棄物現(xiàn)狀和處理對策[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2001,(10):20-21.

        [3]高樹婷,張慧勤.我國工業(yè)固體廢棄物污染控制初探[J].環(huán)境科學研究,1994,7(1):43-47.

        [4]徐丹華,馬振珠,梅一飛.工業(yè)固體廢棄物資源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑探討[J].中國建材科技,2008,(2):56-60.

        [5]王培銘,張國防.工業(yè)固體廢棄物在干混砂漿中應用的研究進展[J].混凝土世界,2010,10(4):44-47.

        [6]張高勤,秦鴻根,王元綱,陶有華.摻鋼渣微粉干粉砂漿的早強激發(fā)劑的研究[J].混凝土與水泥制品,2006,1,48-50.

        [7]陳瑋琳.工業(yè)固體廢棄物在建筑材料領(lǐng)域的應用[J].中國建材科技,2012,(5):80-82.

        [8]孫媛媛,王芬,陸紅霞.工業(yè)固體廢棄物在硅酸鹽材料中的應用研究與展望[J].中國陶瓷,2007,43(9):3-6.

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