2025年12⽉中央经济⼯作会议指出:“实施固体废物综合治理⾏动。“⼗五五”规划建议提出,完善资源总量管理和全⾯节约制度,提⾼垃圾分类和资源化利⽤⽔平,促进循环经济发展”。根据12⽉19⽇召开的国务院常务会议,国务院部署开展固体废物综合治理⾏动,提出要坚决遏制住固废增⻓势头,按照减量化、⽆害化、资源化的原则,构建源头减量、过程管控、末端利⽤和全链条⽆害化管理的固体废物综合治理体系,优先对与群众⽣活、安全⽣产密切相关的固废进⾏治理的指示精神,针对⽬前⼯业固废现状我们提出并探索“多种⼯业固废协同资源化综合利⽤破解环资难题”。
⼀、产业背景与⾏业现状
⼤宗固体废物是指在⼯农业⽣产活动中产⽣的固体废物,分为⼀般固体废物和危险固体废物。⼀般固体废物包括各种矿物采选过程中产⽣的尾矿、废⽯等,冶炼过程中产⽣的各种冶炼渣和⾚泥等,煤炭开采和利⽤中产⽣的粉煤灰、煤矸⽯、⽓化渣等,化⼯⾏业中产⽣的硫酸渣、废⽯膏、脱硫灰、电⽯渣、盐泥等,还包括农林固废等。随着⼯业⽣产的发展,⼯业废物数量⽇益增加,尤其是选矿、冶⾦、⽕⼒发电等⼯业排放量最⼤。⼯业废物数量庞⼤,种类繁多,成分复杂,处理相当困难。⽬前,我国每年产⽣固体废物超110亿吨,截⾄"⼗四五"末累计堆存量超600亿吨,"⼗四五"期间⼤宗固废累计堆存量约330亿吨,这些固废的堆存不仅占⽤⼤量⼟地资源,还对⽣态环境造成严重威胁。
从国内外⼯业固废处理现状来看,存在明显差异。发达国家⼯业固废处理起步较早,政策法规完善,处理技术先进,⼯业固废处理效率⾼,资源回收利⽤率⾼。⽽国内虽然政策法规不断完善,处理技术和设施逐步提⾼,但⼯业固废产⽣量仍然巨⼤,处理压⼒⼤。根据权威统计,我国历年堆存的⼯业固体废物占地⾯积超过200万公顷,且每年新增⼯业固体废物
约33亿吨。以具体品类为例,煤矸⽯年产⽣量约7亿吨,累计堆存量已达50亿吨以上;粉煤灰电⼒⾏业年排放量约6.5亿吨;尾矿⾦属矿⼭年产⽣量超15亿吨,历史堆存总量超200亿吨;建筑垃圾年产⽣量约35亿吨,整体再⽣利⽤率不⾜30%。
在政策环境⽅⾯,国家层⾯密集出台《"⼗四五"时期"⽆废城市"建设⼯作⽅案》《关于加快推动⼯业资源综合利⽤的实施⽅案》等政策⽂件,明确提出2025年⼤宗固废综合利⽤率达57%、2030年资源化率超60%的⽬标。政策导向从传统的环保合规要求逐步转向通过税收优惠、绿⾊⾦融、碳交易等市场化机制激励企业主动创新。例如,上海、⼴东等地对再
⽣资源企业给予增值税即征即退50%优惠,2024年国家财政对固废项⽬⽀持资⾦超100亿元,推动⾏业从成本中⼼向价值创造中⼼转变。全国113个城市实施"⽆废城市"建设项⽬3000余项,⽣态环境部重点推进危险废物监管信息系统建设,计划2027年前完成磷⽯膏库污染隐患排查整治⼯作。
⼯业固废管理政策与法规体系包括国家层⾯的环保法律法规,如《中华⼈⺠共和国环境保护法》《固体废物污染环境防治法》等,以及⿎励企业采⽤先进⼯艺和技术,减少⼯业固废产⽣和排放,推动⼯业固废资源化利⽤的政策。地⽅政府根据国家政策法规结合本地实际情况制定具体实施细则,建⽴监管机制,加强对⼯业固废的全⾯监控,并引导和帮助企业加强固废治理,推动企业实现达标排放。企业内部需要制定管理制度,明确管理责任、流程和要求,加强员⼯培训,实施精细化管理,建⽴完善的台账和档案。
⾯对如此严峻的形势,⼤宗固废资源化利⽤已成为⾏业发展的必然选择。固体废物资源化利⽤是通过物理、化学和⽣物技术将固体废物转化为再⽣资源的过程,核⼼⽬标为减量化、⽆害化和资源化协同发展,主要技术包括物质分离和次级综合利⽤等。该领域需遵循《固体废物再⽣利⽤污染防治技术导则》等规范,例如2023年《污泥单独焚烧次⽣固体废物资源化利⽤可⾏技术规范》明确灰渣⽤于⽣产蒸压加⽓混凝⼟砌块、陶粒等15类建材,并规定硅铝含量(66-76 wt%)和磷含量(9-15 wt%)的检测标准。然⽽,当前⼯业固废处理仍⾯临技术瓶颈突出、部分固废利⽤技术存在经济性不⾜、政策⽀持分散、区域差异显著等多重挑战,亟需通过技术创新和多种固废协同处理实现突破。
⼆、⼤宗⼯业固废理化特性分析
1.煤基固废理化特性及地域分布
煤矸⽯是煤炭开采和洗选过程中产⽣的固体废弃物,主要由碳质⻚岩、泥岩、砂岩及煤炭等物质组成,具有含碳量低、⽐煤硬、⼲基灰分⼤于50%的特点。作为全球最⼤的煤炭⽣产国和消费国,中国煤矸⽯的产⽣量⾮常⼤,每年新产⽣的煤矸⽯量⼤约在6亿-8亿吨之间,历史堆存总量已超过60亿吨,形成了规模巨⼤的煤矸⽯⼭,占⽤⼟地、污染环境并存在⾃燃等安全隐患。煤矸⽯的化学成分以SiO2和Al2O3为主,SiO2含量在45%-69%之间,Al2O3含量在12%-39%之间;矿物组成以⾼岭⽯、⽯英为主,含有少量伊利⽯、蒙脱⽯、⽅解⽯以及绿泥⽯。煤矸⽯多为低热值、⾼灰分、⾼中硅铝⽐黏⼟岩,具有发电、制备建材、井下充填、⼟地复垦等多元综合利⽤属性。
粉煤灰是燃煤电⼚排出的主要固体废物,通常是煤炭在⽕⼒发电⼚锅炉中⾼温燃烧后,由除尘器收集得到的细微颗粒物。粉煤灰的主要氧化物组成为SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、aO、TiO2等,⼴泛⽤于制⽔泥、砂浆、混凝⼟等建筑⽤料,在建筑企业中,利⽤粉煤灰配料能够给企业降低原料成本。粉煤灰的产出量与区域内的燃煤电⼚密度⾼度相关,主要集中分布于两类地区:煤炭资源富集区,如⼭⻄、内蒙古、陕⻄等地,这些地区依托丰富的煤炭资源建设了密集的"坑⼝电站",粉煤灰就地产⽣量巨⼤;经济发达与电⼒负荷中⼼,如⼭东、江苏、⼴东、浙江、河南等省份,尽管⾃身煤炭资源可能有限,但为满⾜巨⼤的能源需求,也建设了⼤量燃煤电⼚,导致粉煤灰产出量居⾼不下。
煤⽓化渣是煤炭在⾼温⽓化过程中产⽣的残余物,按⽓化⼯艺的不同,分为固定床⽓化渣、流化床⽓化渣和⽓流床⽓化渣;按化学与矿物组成的不同,分为⾼硅铝渣、⾼钙铁渣和⾼碳渣;按物理形态的不同,分为粗渣、细渣/⻜灰和玻璃态渣;按资源化利⽤潜⼒不同,分为可直接利⽤渣、需处理渣和⾼值化利⽤渣。煤⽓化渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、e2O3、C组成,细渣残碳含量较粗渣⾼。煤⽓化渣的物理性质是资源化利⽤的基础,从外观上看,煤⽓化渣多呈灰⿊⾊,颗粒形态不规则,表⾯粗糙多孔。粗渣粒径通常在5mm以上,⽽细渣粒径多在100µm以下,具有较⼤的⽐表⾯积。密度测试表明,煤⽓化渣的真密度⼀般在2.5~2.8g/cm³之间,堆积密度约为1.0~1.4g/cm³,孔隙率⾼达40%-60%,这种多孔结构使其具有良好的吸附性能和轻质特性。
从地域分布来看,煤基固废的产⽣与煤炭产业布局密切相关。例如⼭⻄省作为煤炭⼤省,在煤矸⽯的综合利⽤和处理上⾯临更⼤的压⼒。朔州市作为典型,通过"⽆废城市"建设,年均消纳煤矸⽯2100多万吨、粉煤灰1000多万吨、脱硫⽯膏130多万吨,固废综合利⽤率由"⼗⼆五"末的不⾜40%提⾼到73%。全市86家煤矸⽯综合利⽤企业、73家粉煤灰综合利⽤企业、11家脱硫⽯膏综合利⽤企业在此集聚,形成了强⼤的绿⾊产业合⼒,由煤矸⽯"变身"的产品拓展到7⼤领域200多个品种。
内蒙古、陕⻄、新疆等煤炭集中产区和煤电⼤省,由于产量基数⼤、当地市场容量有限、缺乏⼤规模及⾼值化利⽤的关键共性技术,煤基固废的处置和资源化仍存在很多问题,为降污减碳带来巨⼤压⼒。
2.冶⾦废渣理化特性及成分差异
冶⾦废渣是冶⾦⼯业⽣产过程中产⽣的各种固体废弃物,主要包括⾼炉渣、钢渣、有⾊⾦属渣(如铜渣、铅渣)、氧化铝⽣产排出的⾚泥以及轧钢过程产⽣的氧化铁渣。每炼1吨⽣铁产⽣0.3-0.9吨⾼炉渣,⽣产1吨钢排出0.1-0.3吨钢渣,1吨氧化铝产出0.6-2吨⾚泥。⾼炉渣属于硅酸盐材料,化学性质稳定,具有抗磨、吸⽔等特点。根据⽤途不同,⾼炉渣可加⼯成⽔渣、矿渣碎⽯和膨胀矿渣等主要产品。⽔渣是将熔融状态的⾼炉渣⽤⽔或⽔与空⽓的混合物给予⽔淬,使其成为砂粒状的玻璃质物质,是我国处理⾼炉渣的主要⽅法。矿渣碎⽯是⾼炉渣在指定的渣坑或渣场⾃然冷却或淋⽔冷却形成较致密的矿渣后,再经过破碎、筛分等⼯序所得到的⼀种碎⽯材料。膨胀矿渣是⽤⽔急冷⾼炉渣⽽形成的多孔轻质矿渣。
钢渣是炼钢过程中排出的固体废物,包括转炉渣、电炉渣等。炼钢过程的排渣处理⼯艺主要有冷弃法、热泼碎⽯⼯艺、钢渣⽔淬⼯艺和⻛淬法。冷弃法是将钢渣倒⼊渣罐,待其缓冷后直接运往渣场堆成渣⼭。热泼碎⽯⼯艺是⽤吊⻋将渣罐中的液态钢渣分层泼倒在渣床上,并同时喷⽔使其急冷碎裂。钢渣⽔淬⼯艺是排出的⾼温液态炉渣,被压⼒⽔切割击碎,加之遇⽔急冷收缩⽽破裂,在⽔幕中粒化。⻛淬法的主要优点是可回收⾼温熔渣所含的热量,避免了熔渣遇⽔爆炸的问题,并改善了操作环境。钢渣的密度⼀般为2.9~3.5g/cm³,堆积密度为1.3~2.2g/cm³,吸⽔率为5%~9%。钢渣抗压强度介于145~302MPa,冲击强度为15次,莫⽒硬度为5~7。钢渣的主要化学成分为CaO40%~60%、MgO3%~10%、SiO24%~12%、Fe2O32%~8%、MnO1%~8%、Al2O32%~8%、TiO21%~4%、P2O51%~3%等。
⾚泥是氧化铝⽣产中产⽣的,以Al2O3、Fe2O3、CaO和SiO2为主体的强碱性固体废弃物,因为含有较多的Fe2O3,其外形呈鲜红⾊。每制造1吨三氧化⼆铝会带来0.6~2.5吨⾚泥。在我国作为世界第⼀的氧化铝⽣产强国,⾚泥年发⽣量可达上亿多吨。依据氧化铝⽣产⼯艺技术不⼀样,⾚泥可以分为拜⽿法⾚泥、烧结法⾚泥和联合法⾚泥。⾚泥的处理主要包括⾚泥坝堆存和从⾚泥中回收有价⾦属。⾚泥坝堆存是将⾚泥堆场分成多格,通过烧结法⾚泥筑坝,拜尔法⾚泥排放及⾚泥晾晒交替循环的⾚泥堆存⽅式。从⾚泥中回收有价⾦属主要包括回收铁和回收铝、钛、钒、锰等多种⾦属。⾚泥具有碱性强、盐度⾼、粒度⼩、容重⼤、成分复杂、有机质含量低等特性,其pH为9.5~13.0(平均值为11.3)。
有⾊⾦属渣⽔淬后⼤多是呈亮⿊⾊的致密颗粒,含有⼤量的硅酸铁(铁橄榄⽯),⼀般达60~70%。以铜渣为例,如果将它放⼊回转窑氧化焙烧,再采⽤还原的⽅法处理,可以回收粒铁。铜、铅、锌、镍等重⾦属炉渣含有⼤量铁的化合物,可以代替铁矿粉作为⽔泥的原料。重⾦属炉渣破碎后可作混凝⼟的粗细⻣料。磨细的渣粉可作为⽔泥的外掺料,但由于重⾦属炉渣的⽔化活性较差,⽤作外掺料在数量上应有控制。铜⽔淬渣在掺⼊⽯灰拌和压实后具有不易吸⽔和强度较⾼的特点,可作为公路基层,在多⾬潮湿地区筑路尤为适⽤。铜渣的化学组成以铁(Fe)和硅(Si)为主,并含少量锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、铅(Pb)、硒(Se)等⾦属元素,主要物相为铁硅酸盐(如铁橄榄⽯)和磁铁矿(Fe₃O₄)。
3.其他⼯业固废特性及处理要求
电⽯渣是电⽯⽔解获取⼄炔⽓后的以氢氧化钙为主要成分的废渣,属于⼀般⼯业固体废物中的第II类。电⽯渣可代替⽯灰⽯制⽔泥、⽣产⽣⽯灰⽤作电⽯原料、⽣产轻质砖、⽤作化⼯原料等。电⽯渣浆为灰褐⾊浑浊液体,在静置后分成澄清液、固体沉积层及中间胶体过渡层。⼲电⽯废渣中主要含Ca(OH)2,可作消⽯灰的代⽤品,⼴泛⽤在建筑、化⼯、冶⾦、农业等⾏业。根据《固体废物排污申报登记指南》及《⼯业固体废物名录》(第3项)的规定,电⽯渣被界定为⼀般⼯业固体废物,且同属⼀般⼯业固体废物中的第II类,不属于危险废物范畴。
磷⽯膏作为磷复肥⽣产过程中产⽣的典型⼤宗⼯业固体废物,其处理处置需遵循《磷⽯膏的处理处置规范》(GB/T32124-2024)和《磷⽯膏利⽤和⽆害化贮存污染控制技术规范》(HJ1415-2025)。磷⽯膏可⽤于筑路、回填、充填和⼟地利⽤等多种资源化利⽤途径。筑路利⽤时,磷⽯膏经预处理后可⽤于道路基层,其浸出液中氟化物、磷酸盐等污染物浓度应满⾜GB18599中界定的第I类⼀般⼯业固体废物的要求。回填利⽤时,回填场地底部⾼程应⾼于地下⽔年最⾼⽔位,并采取⾬污分流等措施减少渗滤液产⽣量。磷⽯膏是磷复肥⽣产过程中产⽣的典型⼤宗⼯业固体废物,随着我国磷复肥⼯业的持续发展,磷⽯膏的年产⽣量巨⼤,其堆存不仅占⽤⼤量⼟地,⽽且存在潜在的环境⻛险。推动磷⽯膏的安全、规范、规模化、⾼值化利⽤以及⽆害化贮存,是磷复肥⾏业实现绿⾊可持续发展的关键环节,也是落实国家"⽆废城市"建设、深⼊打好污染防治攻坚战的重要任务。
尾矿设施设计需遵循《尾矿设施设计规范》(GB50863-2013),该规范要求选矿⼚必须有尾矿设施,严禁任意排放尾矿。尾矿设施设计应符合企业总体规划,尾矿库的服务年限应与选矿⼚的⽣产年限相适应,⼩型选矿⼚不应少于5年,⼤中型选矿⼚不应少于10年。设计应充分利⽤荒地和贫瘠⼟地,不占、少占和缓占农⽥,并提出闭库后复垦及⽣态恢复计划。尾矿⽔应充分回收利⽤,外排⽔⽔质标准应符合相关国家标准。《尾矿污染环境防治管理办法》已于2022年3⽉15⽇由⽣态环境部2022年第⼆次部务会议审议通过,⾃2022年7⽉1⽇起施⾏。产⽣尾矿的单位应当建⽴健全尾矿产⽣、贮存、运输、综合利⽤等全过程的污染防治责任制度,确定承担污染防治⼯作的部⻔和专职技术⼈员。尾矿库污染防治实⾏分类分级环境监督管理,根据尾矿所属矿种类型、尾矿库周边环境敏感程度、尾矿库环境保护⽔平等因素,将尾矿库分为⼀级、⼆级和三级环境监督管理尾矿库。
⼯业固体废物的管理需贯穿"产⽣-贮存-运输-处置"全链条。近年来,国家出台了⼀系列政策推动⼯业固体废物的资源化利⽤。2025年,⼯业和信息化部、国家发展改⾰委、⽣态环境部发布了《国家⼯业资源综合利⽤先进适⽤⼯艺技术设备⽬录(2025年版)》,旨在推动⼯业固废源头减量和规模化、⾼值化利⽤。⽣态环境部发布了《固体废物鉴别标准通则》,规定了不作为固体废物管理的物质、依据产⽣来源的固体废物鉴别等内容。《磷⽯膏利⽤和⽆害化贮存污染控制技术规范》(HJ1415-2025)于2025年7⽉1⽇正式实施,为规范磷⽯膏的利⽤和贮存活动、防控环境污染提供了统⼀、明确、可操作的技术依据。⼯业固体废物的资源化利⽤途径多样,包括建筑材料制备、能源化利⽤、矿⼭回填、有价元素回收等。例如,尾矿可替代砂⽯制备混凝⼟构件、⼯业级填料等;煤矸⽯可通先进技术分离出废碳⽣产甲醇、⾼岭⼟、⼟壤改良剂等产品;先进的技术⼯艺已经成功从尾矿、冶炼渣等固废中提取⾦、铜、镓、锗、铀、钽、铌、铷、铯、锂、铼、钌、稀⼟等多种有价元素。
三、多种固废协同资源化利⽤技术路线
1.协同处理技术原理与优势
固体废物资源化利⽤是通过物理、化学和⽣物技术将固体废物转化为再⽣资源的过程,核⼼⽬标为区域内产业集群产⽣的多种固废资源化协同发展。协同处理技术通过整合不同类型的固体废弃物,利⽤它们的互补特性和协同效应,实现资源回收、能源利⽤和环境保护。其原理包括互补利⽤、协同反应、能量互补和资源梯级利⽤。与单⼀固废处理相⽐,协同处理能够显著提⾼资源利⽤效率,降低处理成本,减少环境污染,是实现⼯业固废⾼值化利⽤的重要途径。
协同处理的优势主要体现在以下⼏个⽅⾯:⾸先,通过不同固废的成分互补,可以提⾼资源回收效率。例如,钢渣固废⻣料和⽔渣固废⽣产的胶凝材料可以协调⽣产⾼强度构件、特种砂浆;⾚泥中的碱和磷⽯膏的酸中和;煤矸⽯中的⾼硅铝成分与⾚泥中的⾼钙铁成分可以相互补充,在产品⽣产中形成更优的配⽐;粉煤灰和农林固废提取的纤维可以⽣产瓦楞原纸;锂尾矿中的⻓⽯粉⽣产凝胶⽤于锁定锂渣中的铍铊等有毒元素⽣产构件;氯碱⾏业产⽣的废酸可以和煤⽓化渣⽣产聚合氯化铝等;其次,协同处理可以降低处理成本,多种固废在同⼀系统中处理,可以共享设备、能源和⼈⼒,减少重复投资;第三,协同处理能够减少环境污染,通过系统化的污染控制措施,可以有效降低⼆次污染⻛险;最后,协同处理可以实现能源梯级利⽤,⾼热值固废焚烧产⽣的热能可以⽤于⼲燥低热值固废或提供⼯艺热源,提⾼能源利⽤效率。
基于"三化协同"原则,通过分类有价元素回收后的物质特性、热能转化等技术实现物质与能量的循环利⽤。物理处理主要涉及物理场物质分离和粉磨固化成型,化学处理涵盖热解改性及还原提纯,⽣物处理则依托微⽣物分解转换作⽤。固废资源化利⽤需同时满⾜技术可⾏性与经济可⾏性(如成本控制)要求。例如2023年11⽉实施的《污泥单独焚烧次⽣固体废物资源化利⽤可⾏技术规范》规定:建材原料需检测硅铝总含量(66-76 wt%)和磷含量(9-15 wt%);重⾦属浸出毒性必须满⾜GB/T 30760标准限值;⽣产过程需配置布袋除尘和活性炭吸附装置;产品需通过28天抗压强度测试(≥3.5MPa)。
通过多年研发独创出“物理场物质分离+硅基纳⽶凝胶”⼯业固废资源化综合利⽤技术体系及多个⼯艺包,这⼀技术体系的基本原理是把固废通过磁、重、声、电、光等物理场低成本、环境友好的把根据粒度分析进⾏破碎筛分到符合要求的等级,在根据各种矿物质在不同的物理场内特性进⾏分离富集达到⼯业品位的精矿,⽽后在通过焙烧、酸洗、除杂、表⾯改性等⼯艺流程把含有硅、铝、钙、镁等物质的尾料加⼯成多种⼯业级原材料,通过与硅基稀⼟纳⽶胶凝材料混合反应最终成为⾼性能的环保新型材料⽐如橡塑填料、陶瓷原料及特种砂浆、⾼强构件等产品。更重要的是,⽣产过程实现了零污染、零废料、可回收,真正实现了固废100%资源化利⽤。多年来通过与⼏⼗家⼤型排废企业进⾏多次技术交流,完成120多各固废样本的实验与⼯业中试验证,并在⼭⻄⼭阴⽴项开始建设100万吨煤矸⽯资源化综合利⽤项⽬,同时在⿊⻰江、内蒙古、江⻄、陕⻄、辽宁、云南、四川、新疆等多地开发项⽬,为⾏业从"环保负担"向"资源宝库"转型提供了可复制的技术路径。这项技术已经形成了加⼯钢渣、煤矸⽯、⽓化渣、铜渣、⾚泥、⽯英砂、锂渣、铅锌渣、合⾦渣、⻜灰渣、磷⽯膏等⼀系列固废的技术⼯艺,⽬前已经申请23项专利,其中12项专利已经授权。
2.协同处理⼯艺流程特点
协同处理⼯艺流程通常包括固废预处理(检测分析、破碎、粉磨、筛分)、物质分离富集、处理过程(焙烧、酸洗、改性、混合配⽐、成型包装等)。典型⼯艺包括物理场物质分离富集有价元素、多种固废协同⽣产产品。设计的⼯业固废协同资源化项⽬采⽤"分类预处理—资源回收—协同转化"的全链条技术路线,实现固体废物的减量化(减容率≥80%)、⽆害化(污染物排放达标)和资源化(资源回收率≥100%)。
在预处理环节,采⽤多级分选系统,对不同来源的⼯业固废进⾏分类、破碎、筛分和物理场分选等预处理,固废中的有价元素矿物质被分离富集到⼯业品位。例如煤矸⽯煤泥、⽓化渣、粉煤灰等煤基固废经过破碎筛分后,按矿物质分类和粒度分级利⽤;冶⾦渣经过物理场分离富集回收有价矿物质后,尾渣进⼊后续处理系统;⾚泥等⾼酸碱性固废经过物质分离并中和处理后,与其他固废按⽐例混合。预处理环节的关键是确保不同固废中的有价物质回收后的理化特性得到充分利⽤,为后续协同处理创造有利条件。
在资源回收环节,固废实现全组分综合利⽤。例如钢渣中稀⼟总量(REO)3%回收富集到60%,尾矿砂岩中的铀0.0034%富集到11%,每吨煤泥煤矸⽯可提取150-300公⽄⼤于6000⼤卡的煤粉,回收系统效率≥95%,在采⽤“煤制甲醇”组合⼯艺相当于6.5-3.5吨煤矸⽯⽣产1吨甲醇。利⽤废弃碳⽣产的甲醇定义为“蓝⾊甲醇”,取代内河运输船只燃料能源将是巨⼤的市场,根据测算每年7亿吨煤矸⽯可⽣产1亿吨甲醇,可为国家节省1.5亿吨原料煤。对于提取碳以后的其他物质采⽤先进技术⽣产煤系⾼岭⼟、氧化铁红、⼟壤改良剂、矿物有机肥等⾼性能新型产品。
在协同转化环节,根据不同固废的特性,采⽤多种技术路线组合。例如⽓化渣、冰铜渣、铁合⾦冶炼渣等与废盐酸协同制备固态和液态聚合氯化铝、⽩炭⿊、活性炭、⾊⺟料、微晶玻璃等产品。通过这三个环节,实现了固废中回收的有价物质返回⼯业⽣产,尾渣加⼯改性成原材料⽤于⽣产其他产品,真正做到了固废"变废为宝"的全组分、⾼值化利⽤。
3.核⼼技术创新点
多种固废协同资源化利⽤技术创新主要体现在以下两个⽅⾯:⾸先是"物理场物质分离富集"技术体系,该技术颠覆了现有传统选矿技术。⽬前矿物加⼯界的主流为化学法(焙烧、浮选、酸法)为主,但存在严重的环境污染、⾼成本、⾼耗能、⾼碳排放的问题,物理场物质分离技术能实现⾦属、⾮⾦属、稀有、稀⼟、稀散等矿产资源的加⼯利⽤技术由化学法(焙烧、浮选、酸法)为主的模式转变为物理场(超强磁场、射频介电场、流膜重⼒场、超声波、荧光反射等)为主的矿物物理加⼯程模式。该技术对各种含有⾦属⾮⾦属矿物及稀有、稀⼟、稀散矿产资源的固废、尾矿、尾泥、放射性危废实施物理法有效回收,具有清洁⽣产、低成本、节能特点。
第⼆个核⼼技术是硅基纳⽶胶凝材料。⽤固废中的富含的硅元素⽣产硅基纳⽶胶凝材料,将纳⽶科技、稀⼟应⽤、岩⼟学、硅基化学等融汇贯通,利⽤纳⽶稀⼟改性⾼度机械活化的⽆机矿物,创造出充满纳⽶微孔、带有强⼤胶性的早强⾼强型⽆机凝胶。
众所周知,粒度⼩于75微⽶,也就是细度⼤于200⽬的粉末在混凝⼟⾥称为泥,是不能作为混凝⼟⻣料使⽤的,这就造成⼤部分超细尾矿以及沙漠⻛积砂都难以制成构件。硅基纳⽶凝胶以其强⼤的粘聚⼒可以轻⽽易举的⼤量使⽤200⽬以上的细粉制出强度等级C40-C150的砂浆和混凝⼟,同时纳⽶凝胶形成的纳⽶微孔可以锁住固废中游离状态活性物质和氯离⼦以及重⾦属,所以可以实现⼤宗固废规模化、⾼值化利⽤。⽆⽔泥固废基⾼强度材料具备远优于⽔泥混凝⼟的特性且摆脱集料反应,使有价元素提取后的固废变成零污染的⾼性能新型材料,可⼴泛应⽤于家居建材、⽔⼒、运输、军⼯等领域。通过以上两个技术⼯艺段,这些⼤宗固废被转化为⾼附加值产品,实现了"变废为宝"。
4.成功应⽤案例
多固废协同资源化综合利⽤技术已经在多个固废资源化课题研究中得到成功验证。2025年,中矿(⼭⻄)能源⽣态环境产业发展有限公司在⼭⻄省朔州市⼭阴县,开始建设“企业⼩循环、产业中循环、区域⼤循环”的固废资源化产业发展模式。实现年100万吨煤系固废资源化综合利⽤示范项⽬,与当地排废企业实现了深度协同。⽬标使⼭阴县每年产⽣数千万吨煤系固废实现资源化利⽤,把当地的煤系固废⽣产合成洁净煤、⾼岭⼟、⼟壤改良剂的理想产品。项⽬建成后,每年将消纳本地企业产⽣的100万吨煤矸⽯和30万吨粉煤灰及20万吨脱硫⽯膏,有效破解本地⼯业固废处理难题,实现资源吃⼲榨净、就地循环。
在内蒙古包头市,凭借“物理法物质分离富集+硅基纳⽶凝胶”的颠覆性技术,利⽤煤⽓化渣和当地氯碱化⼯产⽣的废盐酸实现“⽓化渣⽣产聚合氯化铝联产⽩炭⿊及微晶玻璃墓碑项⽬”进⾏开发项⽬,与废盐酸协同使⽤可替代传统铝矾⼟⽣产聚合氯化铝和⽩炭⿊等产品。这项技术未来可在多个项⽬中复制应⽤,经权威机构内外科技查新,结论显示其综合技术达到"国际先进"⽔平,其中固废综合利⽤更居于"国际领先"地位。与传统⼯艺相⽐,这种新的技术⼯艺实现多种固废协同利⽤不仅可⼤量消纳⽓化渣和废盐酸,还替代了铝矾⼟矿⽯,同时有效解决⼯业固废的资源化利⽤和⼆次污染问题,还具有成本低的优势,并具有巨⼤的碳减排潜⼒。
四、技术实施⽅案
1.总体规划
本⽂提出的⼯业固废协同资源化综合利⽤项⽬是⼀个集⼯业固废、农林固废等多品类固体废物于⼀体的综合性处理系统,通过"分类预处理—资源回收—协同转化"的全链条技术路线,实现固体废物的减量化(减容率≥80%)、⽆害化(污染物排放达标)和资源化(资源利⽤率≥100%)。这⼀思路突破单⼀固废处理的局限性,通过不同废物间的理化特性互补,提升能源与物质回收效率,助⼒"⽆废城市"建设和"双碳"⽬标实现。
2.主要⼯艺系统设计
预处理系统是项⽬的第⼀道⼯序,主要包括接收、分选、破碎、筛分、富集等单元。接收单元设置多个卸料平台,分别接收不同来源的固废;分选单元采⽤机械分选、光学分选、重⼒分选等多种⽅式,将固废按物理特性等分类;破碎单元根据不同固废特性采⽤各种破碎机等设备,将⼤块固废破碎⾄合适粒度;筛分单元采⽤滚筒筛、振动筛等设备按粒度分级;富集单元将含有价元素等矿物质分离富集到⼯业品位回收。
资源化利⽤系统是项⽬的价值创造单元,根据固废属性主要包括⼯业级原料⽣产线,例如⾼岭⼟、瓷⼟、重钙粉、耐⽕原材料、硅粉、橡塑填料、固定碳等,建材⽣产线例如各类砂浆、装配式构件、市政管道、⽔利电信管沟、陶粒等。资源化利⽤系统通过⾼值化利⽤,显著提⾼项⽬的经济效益。
3.主要设备配置
固废协调资源化项⽬主要设备包括预处理设备、资源化利⽤设备、辅助设备、⾃动控制系统等。预处理设备主要包括桥式起重机、板式给料机、粗破碎机、细破碎机、滚筒筛、物理场物质分离富集设备等,其中关键设备如理场物质分离富集设备为专利独有设备,确保设备性能稳定可靠的同时具备⾏业领先。下游资源化⽣产设备采⽤国内领先技术,效率⾼运⾏稳定。
项⽬配备了完善的环保设施,包括废⽔处理系统、废⽓处理系统、噪声控制设施等。废⽔处理系统采⽤"物化+⽣化+深度处理"组合⼯艺,出⽔⽔质达到《城市污⽔再⽣利⽤⼯业⽤⽔⽔质》(GB/T 19923-2005)标准,部分回⽤,部分排放。废⽓处理系统包括焙烧烟⽓净化、⻋间废⽓收集处理等,确保有组织废⽓排放达标。噪声控制设施包括隔声罩、消声器、隔声屏障等,确保⼚界噪声达标,固废资源化项⽬的⼯艺设备规划⼀定重点体现对环境保护的⾼度重视。
五、经济效益与环境效益分析
1.经济效益分析
以⼭⻄省⼭阴县100万吨煤系固废资源化综合利⽤示范项⽬为例,该总投资6.04亿元,其中固定资产投资5.04亿元,流动资⾦4000万元。项⽬建成后,年处理煤系固废140万吨,年发电量1.2亿度,年产有煤系⾼岭⼟40万吨,洁净煤10万吨,⼟壤改良剂10万吨,建材产品20万⽴⽅⽶。特种砂浆20万吨,铁红1万吨,绿矾3万吨,钛⽩粉5000吨,⽔玻璃8000吨,按现⾏市场价格计算,项⽬年收⼊约11.2亿元,利税3.09亿元,项⽬能耗仅694吨标煤,减排⼆氧化碳12万吨,节约砂⽯等⼀次资源100万吨。项⽬投资回收期约3.32年(含建设期1年),内部收益率(IRR)约77.83%(税后)%,远⾼于⾏业平均⽔平,具有很好的经济效益。
从上述成本效益分析来看,项⽬的建设不仅解决了固废处理问题,还创造了可观的经济价值。与传统填埋处理相⽐,项⽬每年可节约填埋成本约3000万元;通过资源回收利⽤,每年可创造资源价值约3.09亿元;减少环境污染,每年可避免环境损失约2000万元以上。综合考虑,项⽬的综合经济效益显著。此外,项⽬还可带动相关产业发展,创造就业机会约220个,产⽣间接经济效益约6000万元,对地⽅经济发展具有积极推动作⽤。
从市场前景来看,固废处理⾏业正处于政策驱动与市场需求双轮驱动的快速发展阶段,预计2025年市场规模将达到1.3万亿元,2027年有望突破1.4万亿元。⾏业增⻓的核⼼动⼒来⾃"⽆废城市"建设的全⾯铺开、碳交易市场的逐步完善以及固废资源化利⽤技术的突破,形成了⼀条从传统处置向资源化、⾼值化转型的清晰发展路径。在细分市场中,危废处理增速最快,2025年市场规模预计达4161亿元,同⽐增⻓142%;⼯业固废处理市场规模6979亿元,占据主导地位;建筑垃圾处理市场499亿元,增速显著;农业固废处理市场4260亿元,呈现稳定增⻓态势。固废资源化项⽬顺应了这⼀发展趋势,具有⼴阔的市场前景。
2.环境效益分析
⼭⻄⼭阴示范项⽬为例环境效益显著,主要体现在减少固废堆存、节约⾃然资源、减少污染物排放等⽅⾯。年处理煤系固废140万吨,可减少固废堆存占地⾯积约200亩,延⻓现有填埋场使⽤寿命约5年。通过资源回收利⽤,每年可节约天然资源约100万吨,其中节约⼟地资源约50亩,节约矿产资源约40万吨,节约⽔资源约8万吨。资源节约不仅减少了资源开采对环境的破坏,还降低了资源消耗带来的能源消耗和污染物排放。
在污染物减排⽅⾯,项⽬每年可减少CO2排放约12万吨,相当于种植树⽊约600万棵的固碳量;减少SO2排放约900吨,减少NOx排放约600吨,减少粉尘排放约300吨。这些污染物的减少,显著改善了区域环境质量,降低了酸⾬、光化学烟雾等环境问题的发⽣概率。同时,项⽬采⽤先进的污染控制技术,确保废⽔、废⽓、噪声等达标排放,不对周边环境造成⼆次污染。
项⽬还具有良好的⽣态效益。通过固废资源化利⽤,减少了⼟地占⽤和⽣态破坏,保护了⽣态环境。特别是“物理场物质分离+硅基胶凝材料=多固废协调资源化”技术路线,最⼤限度回收资源的同时将固废转化为⾼性能环保材料,实现了固废的⾼值化利⽤,为⽣态修复提供了新材料⽀持。例如,在⽣态修复领域,在本地开展“以废治废、⽣态修复、向荒地要耕地”,计划将本地70万亩盐碱荒地通过固废资源化项⽬的“产品⼟壤改良剂”变成耕地,实现了⽣态修复与粮⻝⽣产的双赢。这种创新应⽤为⽣态⽂明建设提供了新思路。
3.社会效益分析
项⽬的社会效益主要体现在改善⼈居环境、促进就业、提⾼公众环保意识等⽅⾯。通过区域性多种固废协调互补的⽆害化、资源化利⽤,有效解决了固废堆存带来的环境问题,改善了周边居⺠的⽣活环境质量。项⽬建设和运营过程中,可创造直接就业机会约220个,间接就业机会约500个,为当地居⺠提供了稳定的就业岗位,促进了社会和谐稳定。
项⽬还具有重要的示范意义。作为区域内多种⼯业固废协同资源化利⽤的示范项⽬,它展示了固废资源化利⽤的技术路径和经济效益,为其他地区和企业的固废处理提供了可借鉴的经验。项⽬运营后,将成为固废资源化利⽤的技术研发中⼼、⼈才培养中⼼和科普教育基地,提⾼公众的环保意识和资源节约意识,推动形成绿⾊低碳的⽣产⽣活⽅式。
从区域发展⻆度看,项⽬的建设符合国家"⽆废城市"建设和"双碳"⽬标的要求,有助于推动区域绿⾊发展转型。项⽬通过固废资源化利⽤,促进了循环经济发展,减少了资源消耗和环境污染,为区域可持续发展提供了有⼒⽀撑。同时,项⽬还带动了相关产业发展,促进了产业结构优化升级,增强了区域经济发展的可持续性。
4.⻛险分析与对策
项⽬⾯临的主要⻛险包括技术⻛险、市场⻛险、政策⻛险和管理⻛险等。技术⻛险主要体现在新技术应⽤的不确定性,如“物理场物质分离富集+硅基纳⽶凝胶”技术在规模化应⽤过程中可能⾯临⼯艺优化、设备适应性等问题。对策是加强技术研发和示范项⽬验证,确保技术⼯业化产业化成熟可靠;同时持续进⾏技术创新和⼯艺优化。
市场⻛险主要体现在终端产品价格波动和市场需求变化等⽅⾯。对策是加强市场调研,准确把握市场需求动态;多元化产品结构,不断降低单⼀产品成本规避市场⻛险;依托产品竞争优势与下游⽤户建⽴⻓期稳定的合作关系,确保产品销售渠道畅通。政策⻛险主要体现在环保政策变化等⽅⾯。对策是密切关注政策动向,及时调整项⽬策略;加强与政府部⻔的沟通协调,争取政策⽀持。管理⻛险主要体现在运营管理、⼈员管理等⽅⾯。对策是建⽴科学的管理制度,加强⼈员培训,提⾼管理⽔平;引⼊专业管理⼈才,提升管理效率。
总体⽽⾔,项⽬⻛险可控,对策有效。通过科学的⻛险管理,可以最⼤限度地降低⻛险影响,确保项⽬顺利实施和稳定运营。同时,项⽬的综合效益显著,不仅具有较好的经济效益,还具有显著的环境效益和社会效益,符合国家可持续发展战略和绿⾊发展理念,具有⼴阔的发展前景。
六、结论与展望
⼤宗固废协同资源化利⽤是实现循环经济和绿⾊发展的重要途径,也是解决资源环境约束的有效⼿段。我们提出的⼤宗固废协同资源化概念,通过"分类预处理—资源回收—协同转化"的全链条技术路线,实现了多种固废的⾼效协同处理和⾼值化利⽤。所规划的项⽬不仅具有显著的经济效益,还具有突出的环境效益和社会效益,符合国家"⽆废城市"建设和"双碳"⽬标的要求,具有⼴阔的应⽤前景。
作为⻓期从事⼤宗固废资源化综合利⽤的从业⼈员,我坚信,通过专业化团队不断的技术创新和专业能⼒,能够为⼤宗固废资源化利⽤事业做出重要贡献。我们将继续加⼤研发投⼊,不断提升技术⽔平,为⼤宗固废资源化利⽤提供更加先进、⾼效的解决⽅案。
展望未来,固废资源化利⽤⾏业将迎来更加⼴阔的发展空间。随着"⽆废城市"建设的全⾯推进和"双碳"⽬标的深⼊实施,固废资源化利⽤将成为绿⾊低碳发展的重要⽀撑。我们将抓住这⼀历史机遇,不断扩⼤项⽬规模,提升技术⽔平,拓展应⽤领域,为推动固废资源化利⽤事业的发展,为建设美丽中国、实现可持续发展作出更⼤贡献。
我们诚挚邀请⾏业合作伙伴携⼿合作,共同推进固废协同资源化产业化的实施,共创绿⾊发展的美好未来。我们相信,通过各⽅的共同努⼒,固废资源化利⽤事业必将取得更加辉煌的成就,共同发展新质⽣产⼒为建设⽣态⽂明社会作出更⼤贡献。(中国环保产业协会固体废物专业委员会 邓福南)