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            墙材行业变身“吃”废大户 | 年利用各类废弃物超1.35亿吨,节约能源3200万吨标煤

                    发布时间:2022-01-21

            墙体材料作为国民经济发展中不可或缺的重要基础原材料,为我国的经济社会发展作出了巨大贡献。目前,墙体材料行业已成为我国最大的固体大宗废弃物综合利用行业,年利用各类废弃物已超1.35亿吨,节约能源3200万吨标煤。

            快速有效利用工业固废

            工业固体废弃物大部分为含硅酸盐、铝酸盐、碳酸盐、硫酸盐类的物质,而墙体材料正是由硅、铝、碳、硫酸盐物质制成的矿物材料。作为“放错了地方的资源”,它们大部分可以通过科学的方法和途径生产出性能各异的新型墙体材料。现阶段由于技术、资本和市场的快速发展,工业固体废弃物正在快速有效利用在新型墙体材料工业中。

            尾矿在新型墙材领域的应用是它的一个重要利用模式,受制于墙体材料发展技术及地方性,目前尾矿在墙体材料工业中的利用率并不高。

            尾矿。我国尾矿综合利用工作从20世纪80年代就已开始,矿山选矿产生的尾矿固废堆存量巨大,多以自然堆积的形式堆存于尾矿库中。尾矿在新型墙材领域的应用是它的一个重要利用模式,受制于墙体材料发展技术及地方性,目前尾矿在墙体材料工业中的利用率并不高。若能有效利用这部分固废,不仅可以控制环境恶化、节约耕地,而且还可以制造环保利废的新型工业产品,实现社会和环境的双赢。

            尾矿在新型墙材领域的应用主要包括尾矿免烧砖、砌块,主要以细粒尾矿为主,配以少量的骨料、钙质胶凝材料及外加剂,再加水均匀搅拌后在压力机上模压成型,脱模标准养护后即成免烧砖制品;全尾矿烧结砖是有效利用堆存的大量尾矿烧结原材料、先进的烧结砖机械和生产工艺,挤压成型、焙烧生产全尾矿烧结砖;轻质节能材料是利用尾矿制作免蒸养型轻质节能材料,其产品具有轻质高强、保温绝热、防火隔声等优异性能;水泥熟料组分是利用金属矿山选矿尾矿替代水泥熟料中铁质矿物组分烧制出很好的水泥熟料,有效地替代这部分铁矿的来源,从而进一步作为墙体材料胶凝组分。

            目前国内对粉煤灰的综合利用进行了大量实验研究和工程实践,均取得了良好效果。

            粉煤灰。粉煤灰是火力发电厂煤燃烧的烟气中捕集下来的微细飞灰,其主要组成是各类氧化物,包含有SiO?、Al?O?、FeO、Fe?O?、CaO、TiO?等。由于它具有非常好的火山灰活性,与含钙的物质经过适当配合后,在一定的温度和湿度的养护条件下,相互之间会发生水化反应,进而获得一定强度和性能优异的硅酸盐制品。目前国内对粉煤灰的综合利用进行了大量实验研究和工程实践,均取得了良好效果。

            粉煤灰应用在墙体材料中的应用主要包括烧结墙体材料,如粉煤灰空心砖、实心砖和多孔砖;粉煤灰烧结砌块、陶粒和微晶玻璃等;非烧结墙体材料包括蒸养和蒸压实心砖、空心砖、混凝土多孔砖和砌块、粉煤灰建筑板材等。粉煤灰陶粒作为砌块和板材的粗、细骨料,也是废渣墙体材料发展的重要方向。

            煤矸石自身所具有的理化性质在一定程度上限制了它在墙体材料领域的应用范围,总体来说煤矸石制品发展方向是高孔洞率、高掺渣量、高强度和高保温性能。

            煤矸石。煤矸石是在煤炭掘进、开采和洗选的过程中排出的固体废物,具体包含岩巷和半煤巷掘进过程中排出的煤和岩石,和煤矸石堆放在一起的非煤系白矸,顶板、底板及夹层里采出的矸石,以及煤炭洗选生产过程中的手选矸和洗矸石。它的主要化学成分包含SiO?、Al?O?,另外还含有数量不等的Fe?O?、CaO、TiO?、FeO、MgO、Na?O、K?O、SO?、P?O?和镓、钒、钛、钴等稀有微量元素。它是多种矿岩的混合物,一般含碳量较低,可称作固液气“三害俱全”的工业废料,历年的排放堆存已经占用了大量的土地,由于受降水的影响,煤矸石山中富含的各种有害盐类渗入到地下水和土壤,造成地下呈现高硬度、高钠离子、高硫酸盐和高矿化度,农田盐碱化,农作物发育不良。另外大量矸石山堆积在一起易风化、污染空气,同时也容易发生自燃和地质灾害,对人类和社会环境造成较大危害。

            煤矸石在墙体材料中的应用必须考虑到它的含碳量、矿物组成、Al?O?含量和Al?O?/SiO?比值等参数。煤矸石自身所具有的理化性质在一定程度上限制了它在墙体材料领域的应用范围,总体来说煤矸石制品发展方向是高孔洞率、高掺渣量、高强度和高保温性能。

            煤矸石在墙体材料产业中的具体应用包括煤矸石烧结墙体材料,如实心砖、空心砖、多孔砖、空心砌块、装饰砖、劈离砖和铺路砖等;煤矸石非烧结墙体材料如多孔砖、砌块和路砖。需要注意的是只有部分煤矸石能满足生产非烧结墙体材料,在确定能否使用之前应该对原料进行试验研究。另外,煤矸石制作陶粒作为墙体材料的粗、细骨料,应用性能较好。

            冶炼渣。我国钢铁产量在世界上位居前列,尤其是京津冀地区,更是占据了全国钢铁产量的三分之一以上。然而在冶炼钢铁的过程中会产生大量的高炉水淬渣和钢渣,另外在铁合金及有色金属冶炼和精炼等过程中也会产生大量的炉渣,他们的主要成分大多都是由CaO、FeO、MgO、SiO?、P?O?、Fe?O?、Al?O?等氧化物组成,也会含有一定比例的硫化物和少量金属。冶炼渣在墙体材料行业应用主要包括生产钢渣水泥、矿渣水泥胶凝材料,也可用来制作钢渣砖、小型空心废渣砌块等。

            工业副产石膏经过适当处理完全可以用来生产石膏基墙体材料,相信在不久的将来以工业副产石膏为原料制作的新型墙体材料会越来越多,并且越来越受欢迎。目前我国赤泥综合利用率不到5%,大量的赤泥堆存无法有效利用是世界性难题。

            工业副产石膏。工业副产石膏是指工业生产过程中因化学反应生成的以硫酸钙为主要成分的副产品或废渣,主要包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、钛石膏、盐石膏、柠檬酸石膏、味精石膏、铜石膏等,其中脱硫石膏和磷石膏的产生量约占全部工业副产石膏的85%。目前我国工业副产石膏综合利用率仅为38%左右,脱硫石膏综合利用率约56%,磷石膏综合利用率约20%;其他副产石膏约40%。工业副产石膏的大量堆存,既占用土地,又浪费资源,含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染,已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫和磷肥制造企业可持续发展的重要因素。工业副产石膏经过适当处理完全可以用来生产石膏基墙体材料,包括纸面石膏板、石膏纤维板、石膏空心条板、石膏木屑板、石膏砌块、石膏砖等。近些年来,建筑行业越来越了解到石膏制品所具有的绿色生态优异性能,比如轻质、耐火极限高、生产能耗低、可加工性好、施工方便、可吸收和释放湿气、提高居住环境的舒适度等。相信在不久的将来以工业副产石膏为原料制作的新型墙体材料会越来越多,并且越来越受欢迎。

            赤泥。赤泥是从铝土矿拜耳法生产Al?O?的过程中排出的极细颗粒强碱性固体废弃物,因FeO含量较多,外观颜色与赤色泥土类似,故称赤泥。铝土矿是一种含水氧化铝矿石的总称,如一水软铝石、一水硬铝石、三水铝石。我国铝土矿储量中,一水软铝石占到总储量的98%。每生产1吨氧化铝,伴随产生赤泥0.8至1.5吨。目前我国赤泥综合利用率不到5%,大量的赤泥堆存无法有效利用是世界性难题。以赤泥为主要原料可生产免蒸烧砖、陶瓷釉面砖和黑色颗粒装饰砖等,还可用来生产具有良好隔声隔热防水等性能的清水砖,这类砖砌筑墙体时不用外装饰。赤泥免烧砖完全可以替代普通黏土砖。另外赤泥可以制造轻质隔墙板,制品各项性能指标均能满足居住要求。

            在北京、武汉、辽宁等地都用锅炉渣及烟道灰来作为内燃料制砖,也有部分地区用锅炉渣和烟道灰来生产建筑砌块,均取得了显著的节能效果。

            锅炉渣和烟道灰。锅炉渣及烟道灰是煤粉锅炉燃烧过程中产生的固体废弃物,它们的产生量仅次于尾矿和煤矸石,位居第三位。其化学成分与粉煤灰类似,但含碳量一般高于粉煤灰,所以热值较高,最高可达8000kJ/kg。随着锅炉技术改造,其燃烧的热效率有所提高,相应废渣的热值会有所降低。我国墙体材料工业几乎全部利用完这部分固体废弃物,其中大部分是用来作为烧结制砖的内燃料,将它们粉碎到3mm以下,与黏土掺和制成砖坯,在焙烧过程中缓慢燃烧并放出热量,在砖内燃烧充分,使制品成为一种性能优良的保温墙体材料。在北京、武汉、辽宁等地都用锅炉渣及烟道灰来作为内燃料制砖,也有部分地区用锅炉渣和烟道灰来生产建筑砌块,均取得了显著的节能效果。

            电石渣。电石渣是在乙炔发生器中电石水解获取乙炔后的以氢氧化钙(90%以上)为主要成分的废渣,此外,其化学成分包括Si、Al?O?、Fe?O?、CaSO?等,因含微量的碳及磷硫杂质而呈灰白色,有轻微刺激性气味,长时间堆放还会含有少量碳酸钙。电石渣在水中呈现强碱性,渣液pH值在12以上,若简单填埋会造成巨大环境污染,电石渣的处理已经成为制约企业快速发展的关键因素。目前电石渣固废资源在墙体材料工业中的主要应用有制作实心砖、空心砖、建筑砌块等产品。一般配合粉煤灰、炉渣、水泥等一起使用,按一定的配方混合均匀,经坯料制备、压制成型、自然养护或蒸压养护得到最终产品,电石渣的最高掺量可达30%左右。制备出的墙材产品性能优异,为电石渣固废利用探索出了一条有效途径。

            建筑废弃物综合利用

            我国正处于经济建设的高速发展时期,建设工地的废弃物排放量很大,几乎占据人类生产活动产生废弃物总量的30%至40%。据调查,我国每年施工建设产生的建筑垃圾达亿吨以上,绝大部分都未经任何处理,有的堆放在露天,有的填埋在地势低洼的地方,造成环境污染和资源的浪费,将建筑废弃物再生利用既可以解决环境被污染,又可以合理利用这些资源,还可以取得一定的经济效益。

            钢筋、某些金属、塑料、木质材料等建筑垃圾是可以直接再生利用的,而建筑垃圾中的废混凝土、废砖石等物料是比较难以再次利用的,建筑垃圾的化学成分正是制作非蒸养(免烧)建筑垃圾墙体材料的好原料;废混凝土、废砖等建筑垃圾制砖或砌块绝大部分性能指标与传统黏土实心砖接近,强度指标优于黏土砖,可以替代黏土砖作为承重墙体材料;以废混凝土、废砖等建筑垃圾为骨料,利用高硫石油焦渣、粉煤灰等工业废渣制备再生砖。利用废旧聚苯乙烯泡沫塑料制品(EPS)颗粒作为混凝土的骨料,水泥为胶结料,并掺加粉煤灰、炉渣、外加剂生产保温砌块,具有密度低、导热系数小、隔声、抗震、造价低廉等优点。

            消纳城市污泥和矿化垃圾

            2020年我国污泥产生量达7288.3万吨,预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨。大量积累的污泥如得不到妥善处理,将对环境造成二次污染,成为影响城市环境卫生的一大公害,污泥的处理处置已引起国家和行业的重视。

            另外,我国有几百座卫生和准卫生城市生活垃圾填埋场和一般堆场,已填入或堆放垃圾几千万吨。填埋场中的垃圾经若干年降解后,基本上达到了稳定化状态,因而称为矿化垃圾。随着城市的发展,几乎每个城市的垃圾产生量都在增加,所需的填埋场面积越来越大,要不断地提供新的填埋场以满足需要是非常困难的,甚至是不可能的。长期埋藏在地下的垃圾经腐熟降解稳定后形成的矿化垃圾可以看作一种资源,它是新鲜生活垃圾在填埋过程中经过长期的物理、化学及生物作用后,形成的一种稳定化的类土壤物质。矿化垃圾在物理结构和水力传导性能方面与砂土相似,而在有机物和微生物含量方面具有肥沃土壤的特点。将其开采利用不仅回收了资源和能源,可以缓解当今的能源危机,而且腾出的场地可以重新用于填埋垃圾,延长填埋厂使用寿命。

            利用城市污泥复合矿化垃圾制备绿色墙体材料是目前发展较快的一个污泥处置和资源化利用方案,是将污泥与矿化垃圾作为制作建材部分原料的处置方式,目前主要是应用于制砖、陶粒、保温板材等。

            农业废弃物转化应用

            农业固体废弃物主要指的是稻或者是谷类的茎秆,经草砖机打压成型为绿色墙体材料。将草砖与传统的黏土砖进行对比分析,草砖具有保温、隔热、造价低廉和透气性较好的特点,其应用范围也在不断扩大。

            稻壳板以稻壳为主要原料,将稻壳用粉碎机粉碎并碾磨后,与胶粘剂在搅拌机中搅拌均匀,经混合热压成板状,晾干制成的一种板材,其制造工艺简单,设备投资少。稻壳板具有可锯、钻、钉等加工性能,广泛用作墙板、天花板、门板和地板等。除此之外,稻壳还可以制作耐火砖,将稻壳放入球磨机内研磨后,用耐火黏土、有机溶剂混合搅拌、成型、干燥后制成耐火砖,可用于建造易燃、易爆品仓库。用麦秸和稻草为原料制造的秸秆人造板和稻草板,具有质轻、坚固耐用、无毒和良好的隔声保温性能等特点。

            作者:西安墙体材料研究设计院党委书记 唐玉娇


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