工业固体废物在建材行业的资源化利用

1. 引言

1.1 研究背景

随着我国工业化进程的加速推进，煤炭、电力、冶金等重污染行业在燃烧与生产过程中产生了大量工业固体废物，尤其是脱硫石膏、矿山废石和冶金渣等。这些废弃物因处理不当常常堆存或填埋，导致土壤板结、水体富营养化及大气颗粒物污染，甚至引发地质塌陷等次生灾害。尽管自20 世纪80 年代以来，国家不断完善固体废物污染防治法规，但现行制度仍缺乏针对具体固废资源化技术的配套指导，技术标准和产业化路径尚未形成统一体系。与此同时，建材行业对环保建材的需求日益增长，为工业固废资源化提供了新的市场机遇与技术挑战。

1.2 研究目的

本研究旨在系统梳理工业固体废物在建材领域资源化利用的技术路线与装备创新，重点聚焦智能化脱硫石膏及矿山废石的预处理与功能化改性工艺，评估其在矿山回填与石膏砂浆中的应用性能与环境效益。同时，结合现有政策与市场需求，探讨专利化成果的推广模式及产业转化路径，为工业固废“无害化—减量化—资源化”提供理论支撑和实践参考，推动建材行业绿色可持续发展。

2. 法规与技术现状

2.1 国内外政策简述

近年来，国内外均强调工业固体废物的“减量—资源化—无害化”闭环管理。在中国，《固体废物污染环境防治法》（2020 年修订）及配套地方性技术规范，明确提出推动脱硫石膏、矿山尾矿等重点固废的再利用；欧盟通过《废物框架指令》（2008/98/EC）和循环经济行动计划，设定了严格的回收率与资源化目标；美国《资源保护与恢复法》（RCRA）结合工业副产物再利用指南，则以分级分类管理和激励试点推进固废转化，三者在监管体系、标准制定与激励机制上各有侧重，却均以提升固废循环利用率为核心[1]。

2.2 主流资源化技术

目前，建材行业主要采用两大类固废资源化技术：一是脱硫石膏深度利用，其流程涵盖干燥、粉磨、化学改性和成型，以生产石膏板、自流平砂浆等产品；二是矿山废石回填，依托高压注浆和泵送，将预处理尾矿浆体注入采空区，不仅防止地面塌陷，也提高废石利用率。智能化装备的引入，使凝结时间、浆体配比和注入参数能够精确控制，从而在强度、稳定性与环境安全方面取得同步提升 [2]。

3. 工艺创新与装备应用

3.1 智能化处置装备概览

所开发的固废处置装备采用模块化设计，集成了干燥、煅烧、粉磨、配料及高压充填等工艺单元，并以可编程控制器（PLC）和现场总线系统为核心，实现了对物料温度、湿度、粘度等关键参数的实时监测与闭环调节。装备内置智能算法，可根据不同工业固废（如脱硫石膏、矿渣、粉煤灰等）的理化特性，自动优化配比与凝结时间，确保产出物达到预定强度和流变性能。同时，系统支持远程数据采集与分析，便于运行维护和工艺升级，提高了设备的应用强度和处理效率[3]。

3.2 典型应用

该装备在矿山回填和环保建材制造两大领域均取得了显著成效。在矿山回填方面，装备将工业脱硫石膏加工成符合回填需求的高强度矿山填充料，通过高压充填工艺有效填补采空区，防止地面塌陷并减轻地质灾害风险；在环保石膏砂浆生产中，装备通过添加特种外加剂和精细化配料工艺，将脱硫石膏转化为自流平砂浆或抹灰砂浆，实现了对传统水泥建材的替代，不仅满足了机械强度和耐久性要求，还大幅降低了生产过程中的二氧化碳排放与能源消耗[4]。

3.3 专利及推广情况

基于上述核心工艺与智能控制技术，项目团队已获得多项国家发明专利，涵盖脱硫石膏深度处置、高压回填及砂浆制备等关键环节。专利授权后，技术迅速完成产业化转化，与山西大地控股、华电集团等多家行业龙头企业展开合作，在山西、陕西、安徽等重点重污染省份建设了示范生产线。示范项目运行数据显示，固废资源化率可提升至 90% 以上，综合经济效益和环保效益显著，为行业推广提供了可复制、可推广的成功模式。

结论

在本研究中，通过智能化处置装备与创新工艺，成功将煤矿、电厂及冶金行业产生的脱硫石膏和矿山废石高效转化为建材行业所需的矿山回填材料和环保石膏砂浆，实现了工业固体废物的无害化与资源化。该技术不仅显著降低了废渣堆存带来的环境污染和地质灾害风险，还在力学性能和应用强度上超越了传统建材，替代了高碳排放的水泥产品；所获发明专利为工艺的可复制性与推广提供了法律与技术保障。经济效益与环境效益并重的评估表明，该成果极大地推动了重污染行业的绿色转型，奠定了工业固废资源化利用的技术标杆，为建材行业的低碳可持续发展提供了坚实支撑，并为后续扩大规模应用与政策完善指明了方向。

参考文献

[1] 生态环境部 . 2023 年中国生态环境统计年报 [R]. 北京 : 生态环境部 ,2024.

[2] 杨凤玲 , 乔国鑫 , 杨普 , 等 . 脱硫石膏制备 α- 半水石膏研究进展及应用 [J]. 无机盐工业 , 2024, 56(2): 11-20.

[3] 王培雄 , 龚小梅 , 丁家琪 , 曹宏 . 转晶剂对不同工业石膏制备 α- 半水石膏的影响 [J]. 无机盐工业 , 2024, 56(4): 112-117.

[4] 罗浩 , 刘红霞 , 韩广磊 , 等 . 选矿废水拌合尾砂胶结充填体强度演化规律及声发射特征 [J]. 煤炭学报 , 2024, 49(6): 2034-2044.