固废建材资源化利用要摒弃“拿来主义”

发布时间:2022-07-08 来源:立博体育手机app 作者:立博体育官方入口

  随着我国城镇化和工业化快速发展,各种固体废弃物的年产生量和历史堆存量巨大,近些年固体废弃物年产量约65亿吨。在“双碳”背景下,《2030年前碳达峰行动方案》《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》等多项政策密集出台,对大宗固体废弃物综合利用产业产生较强的促进作用。

  目前,固体废弃物的主要利用方式是作为建筑材料应用于建筑市场。我国房屋建筑年竣工面积40亿立方米,水泥、混凝土和新型墙体材料中固体废弃物消耗量占总量70%。固体废弃物具有种类多、理化性能差异大等共性,造成固体废弃物建材资源化技术适配性差、复制难等问题。由于一些从业人员对固体废弃物建材资源化技术基本原理不清楚,拿来就用,而忽视测评技术的重要性,这种不加鉴别检测的“拿来主义”思想,导致固体废弃物建材化利用严重受阻。

  我国已进入高质量发展阶段,固体废弃物综合利用技术也需要精细化。因此基于固体废弃物建筑资源化技术原理,我们提出固体废弃物建材资源化测评技术,实现固体废弃物资源化高质量利用。

  按照建筑材料制备条件,可将固体废弃物建材资源化利用分为常温建材资源化利用和带温带压建材资源化利用两类。

  常温建材资源化利用主要是指将固体废弃物经过破碎分离和混合配料制备混凝土、砂浆、免烧砖等建筑材料,常温制备的建筑材料是将各类原材料经过混合搅拌后,密实成型及养护硬化而成建筑材料。固体废弃物常温建材资源化利用技术主要是利用固体废弃物的粒形、级配和活性效应作为骨料或者掺合料,制备混凝土、砂浆、免烧砖等建筑材料。

  粒形主要指固体废弃物的形貌特征。天然砂颗粒呈不规则的圆形结构,颗粒表面平整且光滑;铁尾矿砂颗粒形状粗糙尖锐、棱角多,颗粒表面不平整且有微裂纹。当尾矿砂作为细骨料替代天然砂时,就需要对于尾矿砂的粒形进行一定处理或者考虑其对于建筑材料性能的影响。常用矿物掺合料矿渣和粉煤灰的粒形差异也是较大,矿渣颗粒形状不规则,而粉煤灰颗粒是球形颗粒,粉煤灰球形颗粒具有良好的滚珠作用,能够改善混凝土、砂浆的工作性。

  级配主要指固体废弃物不同粒径范围的组合特征。实际工程中固体废弃物存在级配较差的情况,因此就需要采用两种或以上粒级砂进行复合,以优化骨料的颗粒级配。水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰等不同粉体原材料的粒径分布不一样,通过多种粉体材料复合能够进一步优化粉体材料的级配,提高常温建筑材料的各项性能。

  活性效应主要指固体废弃物活性组分的反应特征。一些固体废弃物是经过高温冷却后形成的,固体废弃物就存在活性SiO₂和Al₂O₃。活性组分与水泥水化生成的Ca(OH)₂发生反应,能够减小界面过渡区的毛细管孔径,减少晶体水化产物,削弱甚至消除混凝土微结构中的薄弱环节。

  带温带压建材资源化利用是指将固体废弃物经过高温煅烧或蒸压成型制备水泥、陶粒、微晶玻璃、加气混凝土、硅酸钙板等建筑材料,带温带压制备的建筑材料是将各类原材料经过混合后,在一定温度或压力条件下制备的建筑材料。

  化学组成主要是指固体废弃物的元素组成,一般以氧化物形式表示。硅酸盐水泥的主要化学成分是CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃,各种氧化物的相对含量对水泥熟料矿物的形成及其含量有很大影响,因此会用石灰饱和系数、硅率和铝率等指标来表示水泥熟料中各种化学成分的关系。大部分固废化学组成与物相组成,可用于水泥生产的原料和辅助胶凝材料,特别是CaO含量高的固废就可替代碳酸钙原料。

  矿物组成主要是指固体废弃物的单质或化合物。从五种尾矿中SiO₂和石英的含量,可以看出化学组成中SiO₂含量并不能等同于石英含量。一些蒸压制品中就会利用石英与Ca(OH)₂发生反应生成托贝莫来石。固体废弃物中石英含量是蒸压制品的关键指标。

  根据固体废弃物建材资源化综合利用特点,我们提出了固体废弃物建材资源化关键指标,建立了固体废弃物作为集料、混合材料或掺合料制备常温建材资源化技术测试平台。测评平台主要包括安全和技术两个维度的测评,首先从安全维度分别测评固体废弃物的放射性和重金属浸出毒性指标,放射性中包括两个参数,内照射指数IRa和外照射指数Ir,重金属浸出毒性中包括九个参数,Ag、As、Be、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Cr⁶+。安全测评是否决性指标,如超出规定限制,该类固体废弃物就不能用于建筑材料。

  该平台从技术维度分别测评了固体废弃物的颗粒级配、活性指数、吸附性和体积稳定指标。颗粒级配中包括三个参数,比表面积、细度模数、最大粒径;活性指数中包括两个参数,7d强度比、28d强度比;体积稳定性中包括三个参数,碱骨料值、收缩值、雷氏夹值;吸附性中包括两个参数,外加剂吸附量和流动度比。每个指标中参数应根据固体废弃物具体情况选择性进行测试。

  国内外对于固体废弃物技术评价研究呈现多因素整合、多层次协调和多维度平衡的特征。针对固体废弃物资源化的时间和空间变化范围内的动态过程,评价过程应同时考虑资源与环境影响,整合多层次功能指标,并从经济、环境、社会的多维度进行评价,已经成为国际固体废弃物资源化技术评价方法的发展趋势。下图所表示的总体思路,采用技术识别+平台测试+整体评价的研究思路,在技术测评过程中将定性分析与定量分析结合,建立了固体废弃物建材资源化利用技术的多维绩效测评平台。