工业固废资源化利用在耐火材料方面的研究进展

工业固废资源化利用在耐火材料方面的研究进展

王林峰370303197811112833山东耐火材料集团有限公司

摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，一般工业固体废弃物通常含有丰富的氧化铝、氧化硅、氧化镁等氧化物，将工业废渣资源化利用制备耐火材料，不但有助于解决固废的污染问题，还能减少资源的浪费。本文首先分析工业固废的资源化利用，其次探讨“双碳”目标下工业固废综合利用产业高质量发展的任务，为高质量发展注入新动能、塑造新优势。

关键词：固废；耐火材料；粉煤灰；煤矸石；尾矿

引言

传统绿色低碳产品装备的发展是应对全球气候变化和环境问题的重要手段之一。随着环保意识的逐渐增强，越来越多的企业开始投入大量资源进行绿色低碳产品装备的研发和生产。绿色低碳产品装备主要包括节能、环保、低碳等方面的产品和技术。这些产品和技术通过提高资源利用率、减少温室气体排放、降低能源消耗，实现对环境的友好和可持续发展。

1工业固废的资源化利用

1.1粉煤灰

粉煤灰是燃煤发电厂产生的一种主要固体废弃物，我国每年的粉煤灰排放量超过5.5亿t，且呈逐年上升的趋势。例如，2022年我国粉煤灰产量达到8.31亿t，同比增长0.48%，其中燃煤电厂粉煤灰产生量占比约86%，其他领域产生量占比约14%。粉煤灰富含SiO2、Al2O3，主要由球形的富铁微珠、沉珠、空心漂珠、不规则颗粒与残碳组成；其物相组成主要为石英、莫来石和玻璃相。以粉煤灰为主要原料可制备多孔陶瓷整体材料、多孔陶瓷膜、陶粒、保温隔热材料等，这些材料通常添加不同的添加剂和采用特定的生产工艺来制备。其中，粉煤灰的成分和比例、添加剂的种类和数量、以及烧结温度等因素都会对最终产品的性能产生显著影响。

1.2焚烧处理技术

在处理工业固体废弃物时，许多固体废物内部含有的有机成分使焚烧技术成为处理这些废物的有效手段之一。通过对这些有机废弃物进行焚烧，不但能显著降低废物的总体积，还能在燃烧过程中释放出热能，且此热能可以被回收利用，为其他工业活动提供动力支持。焚烧技术因其能实现废物减量化及能量回收的双重效益，对推动资源的循环利用、提升效率具有积极意义。

1.3超高温生物发酵技术

超高温好氧发酵技术是在传统高温堆肥工程实践的基础上发展而来的，大量研究表明通过接种超高温生物菌剂提高发酵温度可显著加速有机物降解和促进腐熟。是一种先进的有机固体废物处理与资源化利用技术。该技术最显著的特点是发酵温度高达80℃-120℃，通过超高温发酵菌剂，促进有机物降解，使发酵过程从几个月缩短到8-12小时。该技术不依靠持续的外源加热，通过嗜热微生物代谢分解有机物释放的生物热能提升温度，有效节省能源。在这个过程中，快速腐熟、高效杀灭病虫卵等有害物质以及微耗能近零碳等方面具有明显优势。超高温好氧生物发酵技术可以促进含氮有机物缩合形成腐殖酸，减少有机固废资源化过程的氮素损失，通过抑制硝化和反硝化反应速率，有效抑制N2O，也能促使更多含氮有机组分转化为腐殖质组分，提高资源化产品氮含量。该技术在减排N2O、CO2、CH4、硫化物、钝化重金属、消灭抗生素残留等方面更具优势，实现减污降碳。

2“双碳”目标下工业固废综合利用产业高质量发展的任务

2.1高度关注“双碳”目标下新能源、新产业、新业态的发展所产生固体废弃物的综合利用

在实现“双碳”目标任务下，除了关注传统工业产业的绿色低碳转型、产业结构升级，对其产生的固废本着减量化、无害化、资源化加以处置外，我们还应当高度重视一些新型产业可能产生的固体废弃物。如：新能源汽车的废旧电池，风力发电机组的大型风机叶片，失效或发电效率低下的光伏发电的硅晶板，生活垃圾焚烧发电产生的飞灰，更新换代的数字电子产品，报废淘汰的共享单车，线上销售的商品外包装等等。这些都需要产废企业与综合利用企业紧密协作，提前谋划对产品的生命全周期的资源、能源消耗和对环境的影响做出科学合理的安排，以达到资源能源消耗和碳排放强度的降低。

2.2热化学制氢提供了制取高纯度氢气的有效方法

该技术CO2排放量大，若没有妥当处理，将会加剧全球变暖形势，且由于需要外界提供大量热能，能耗较大导致成本较高。汽化过程中通常会有副产物生成，如焦油等，需要进行后续处理和回收，增加了工艺复杂度。相比于生物制氢，热化学制氢在工程上具备更高的优势，有望实现大规模制氢。3种常见的热化学制氢技术优缺点总结如下。①等离子体汽化制氢技术可以利用各种碳质材料制氢，同时也可以产生其他有用的化学品，废气相比其他2种热化学处理方法要清洁许多，但成本较高。未来如果能够克服技术和经济挑战，等离子体汽化制氢有可能成为未来制氢的重要方式之一。②超临界水汽化制氢技术是利用高温高压的超临界水将有机固废分解成气态产物，将有机固废高效转化为氢气。但有机固废超临界水汽化技术目前仍然存在一些挑战和限制，未来需要加强相关技术进一步的研究和发展，提高能源效率和降低成本，以促进该技术在实际工程中的推广与应用。③热解汽化制氢技术是一种将有机固废转化为氢气的技术，具有能源和环境双重效益。但目前热解汽化制氢技术仍存在一些问题，如产氢效率不理想、成本高、催化剂可再生困难等，未来需要开发一种高效、可再生循环利用的催化剂，同时降低氢气提纯成本和完善汽化体系结构，在实现提高汽化制氢效率的同时，达到降低成本的目的，以期实现有机固废大规模制氢。

2.3工业化进程与市场竞争力提升

推动工业固废制备耐火材料的生产工艺向标准化和自动化方向发展，提高生产效率和产品质量稳定性；加强产品的市场推广工作，提升产品的知名度和影响力；探索构建基于工业固废的循环经济模式，实现固废的减量化、资源化和无害化，促进可持续发展。

2.4扩大开放，积极寻求国际合作

发达国家经过几百年的发展，已经走过了工业化历史发展阶段，进入后工业化时代。在全球应对气候变化的大背景下，世界各国对碳排放提出严格的要求。一些国家已经达到或接近碳达峰。美国、日本、德国、英国、法国等发达国家已跨越碳达峰阶段，承诺实现碳中和的时间集中在2040年、2045年、2050年，进入实现碳中和的历史阶段。这些国家在工业固废综合利用领域也拥有先进技术与装备，有着丰富的生产实践经验。我国是最大的发展中国家，对工业固废综合利用产业与国际发达国家有着广泛的合作空间。我们要积极引进消化吸收国际先进技术与装备，结合我国企业和市场具体情况，进行提升改造创新。

结语

综上所述，工业固废综合利用是一项复杂的系统工程，任重而道远。“双碳”目标下，行业发展面临着新的机遇和挑战，需要政府、高校、科研院所、行业协会、企业等社会力量共同携手努力，更需要全社会对新发展理念的深刻理解，对工业固废综合利用产业发展的支持。我们要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，紧抓当前的发展机遇，强化内功修炼，勇于担当作为，合作奋力创新，多途径推进工业固废综合利用产业高质量发展，为实现“双碳”目标，促进生态文明建设作出新的贡献。

参考文献

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