大宗工业固废综合利用的发展前景探讨

引言

1.1 研究背景与意义

随着全球工业化进程的不断加速，工业固体废物的产生量呈现爆发式增长态势，尤其以煤矿、电力、冶金等高污染行业为代表的脱硫副产物——脱硫石膏等固废堆存量已达到前所未有的规模。在国际上，为遏制二氧化硫排放与固废潜在的生态危害，多国先后推广烟气脱硫、资源化利用及严格的排放标准；然而，技术瓶颈和法规滞后仍是制约其循环利用的主要障碍。中国作为全球最大的工业固废生产国，自 20 世纪 80 年代起即开展污染控制工作，但现有管理体系尚未完善、再生利用法规仍存空白，导致大批固废在处置与利用过程中衍生二次污染问题，对土壤、水体和大气环境构成持续威胁。在此背景下，研究大宗工业固废的综合利用技术与装备创新，不仅具有重大的环境保护价值，也关乎资源高效配置与产业可持续发展，因而具有深远的理论和实践意义。

2. 工业固体废物综合利用的现状与痛点

2.1 主要固废类型及特性分析

当前我国工业固体废物主要包括脱硫石膏、尾矿、废石等多种类型。脱硫石膏作为燃煤电厂、冶金和化工行业烟气脱硫过程的副产物，其主要成分为二水硫酸钙，具有粒度细小、含水率高（可达 20%～30% ）的特点，且往往伴有少量重金属和未反应硫化物。尾矿和废石则在矿山开采过程中形成，物料粒径范围广、含金属硫化物及重金属元素，呈现高含水、易流动、堆存不稳等物理风险。不同固废的化学组成及物理特性差异显著，导致在运输、贮存、处置和资源化利用环节需采用高度定制化的工艺措施，否则易引发材料分选难、预处理成本高以及再生产品性能不达标等问题。

2.2 现行处置技术及局限性

现阶段我国重工业主要依赖烟气脱硫—石膏固化联产（FGD-G）体系及矿山废石回填技术进行固废处置。FGD-G 工艺通过石灰—石灰石湿法吸收 SO₂ 并产生石膏，但对高含水石膏的脱水、脱泥处理效率不高，沉降固结周期长且能耗大，造成堆存场占地广、运输和机械干燥成本上升。矿山废石则多采用开采后直接弃置或与尾矿混合回填，缺乏在线监测和配比控制，容易出现回填密实度不足、断层错动或地下水流通受阻等地质安全隐患。此外，国内对固废资源化利用的法规标准尚不完善，技术规范和验收标准滞后，导致各企业在技术路线选择和达标监督方面存在执行不到位和监管空白 [2]。

2.3 二次污染与环境风险评估

工业固体废物在处置和再利用过程中若管理不当，会引发多重环境风险。脱硫石膏堆存场地若防渗措施不严，会使其中的硫酸钙及伴生重金属通过浸出液进入土壤和地下水，造成酸性渗滤液和重金属污染；运输和堆放过程中的粉尘逸散，则加剧大气细颗粒物（ PM_2.5 ）浓度，影响区域空气质量。同时，脱水、干燥等关键工艺消耗大量电力和化石燃料，间接增加二氧化碳排放，削弱了固废资源化的碳减排效益。尾矿和废石回填若未严格配比和密实度控制，易导致回填体中孔隙水压力积聚，引发地表沉陷或边坡失稳，带来潜在的地质灾害风险。综合来看，现行处置技术虽已初步实现固废减量化和资源化，却在二次污染防控与安全风险评估方面仍存显著漏洞。

3. 固废处置装备与工艺的技术创新

3.1 智能化高效处置装备设计

针对脱硫石膏、尾矿废渣等工业固体废物各异的物化特性，本研究团队自主设计了一套集成化、模块化的智能处置装备。该系统包括预处理烘干、煅烧活化、高压成型与可调凝结四大工艺单元，并通过PLC/SCADA 系统实现对温度、压力、搅拌速率及凝结时间的在线监测与自动优化。智能化控制逻辑可根据原料湿度、粒度和化学成分的实时检测数据，动态调整反应参数，使装备在不同工况下始终维持高应用强度与优异处理效率。与传统固定参数系统相比，新型装备加工能力提高了 30% 以上，能耗降低了 20% 左右，显著提升了整体处置效能 [1]。

3.2 技术经济性与专利成果分析

基于设备投资与运行成本测算，整套工艺线单套投资约 1200 万元人民币，年处理能力 5 万吨废渣情况下，废渣处置成本低于 120 元 / 吨，产出回填料与砂浆产品收益可达150 元 / 吨，项目投产后投资回收期约2.5 年，经济效益显著。涵盖智能化调控、高压成型与复合稳定化制备工艺等核心环节。目前，相关专利正处于产业化许可阶段，已与多家大型电力与冶金企业签订技术转让协议，标志着该技术正加速向规模化、标准化生产迈进[3]。

4. 发展前景与实施策略

4.1 市场需求与政策驱动因素

在“双碳”目标和高质量发展战略的背景下，我国对工业固废资源化利用的市场需求持续攀升。一方面，随着《固体废物污染环境防治法》、《“十四五”生态环境保护规划》等一系列法规和政策的出台，固废减量化、资源化和无害化处理成为行业必然选择；另一方面，国家及地方政府相继推出绿色信贷、污染防治补贴和碳排放交易等金融激励工具，为固废综合利用项目提供了充足的资金支持与收益预期。

4.2 面临的风险与挑战

尽管前景广阔，但技术推广与规模化过程中仍存在若干挑战：首先，不同来源和成分的工业固废特性差异显著，设备调试与工艺参数需要针对性优化；其次，项目初期投资大、回收周期长，对资本及运营能力要求较高；再次，现行行业标准尚未完全覆盖新型资源化产品的检测与认证，市场认可度和流通体系尚待完善；最后，政策与补贴的地区差异、环保监管的动态调整均可能影响项目的经济性评估与决策。为此，应进一步完善标准规范、构建协同监管与风险分担机制，并持续推进技术改进与成本控制。

结论

综上所述，本研究系统评估了我国大宗工业固废综合利用的现状、技术创新与产业化路径，证明了基于智能化高效装备的资源化工艺在技术可行性、环境减排和经济收益方面均具显著优势。通过对脱硫石膏等典型高污染废渣的深度转化，可生产矿山回填材料和环保石膏砂浆，不仅有效削减二次污染风险，缓解矿区地质灾害，还为建筑领域提供了低碳替代建材，实现了从“末端处置”向“全链条循环”的升级。未来应加强多源固废协同利用、全生命周期环境绩效评估以及绿色金融支持体系建设，进一步巩固技术优势，提升行业整体绿色发展水平。

参考文献

[1] 田威 , 万嘉豪 , 程续 , 等 . 钢渣矿渣基胶凝材料协同固碳性能与微观结构 [J]. 建筑材料学报 , 2024, 27(x): 1-10.

[2] 张太玥 , 谢凡 , 郭君渊 . 磷石膏基复合胶凝材料的性能优化及机理研究[J]. 无机盐工业 , 2022, 54(9): 136-142.

[3] 王家全 , 孟廷宇 , 畅振超 , 等 . 赤泥取代率对三元全固废地聚物性能的影响 [J]. 复合材料学报 , 2024, 43(x): 1-13.

[4] 冯继军, 张双艺, 马梦媛. 高炉矿渣基流态固化土工程性能分析[J]. 土木工程 (Hans Journal of Civil Engineering), 2024, 13(10): 1997-2007.