新征程下大宗固废综合利用产业发展研究

大宗固废综合利用产业发展路径

3.1 提高综合利用水平

2021年,粉煤灰、煤矸石、冶炼渣、尾矿、工业副产石膏、建筑垃圾、农作物秸秆等七种主要大宗固体废物的产量约78亿t,占大宗固废年产生量的90%以上,因此,以粉煤灰、煤矸石、冶炼渣、尾矿、工业副产石膏、建筑垃圾、农作物秸秆为重点,扩大固废的应用范围和利用规模,提高资源综合利用水平,是加快固废消纳,推动产业发展的重要抓手。

1) 加强粉煤灰大掺量规模化利用。一是提升粉煤灰分选、粉磨工艺,加大粉煤灰在水泥、商品混凝土、预拌砂浆中的利用,并推进粉煤灰协同其他工业固废生产胶凝材料,扩大粉煤灰利用量。二是大力发展内墙板材及外墙保温材料等粉煤灰新型墙材,完善粉煤灰墙体材料的建筑标准,增加粉煤灰在建材领域的应用。同时以粉煤灰建材为基础,发展装配式建筑,推动粉煤灰利用向终端建筑产品转变,直接将粉煤灰就地转化为产品。三是积极发展粉煤灰在路基工程、生态恢复、盐碱地治理、复垦回填等领域的应用,带动粉煤灰综合利用技术水平的提升,同时探索粉煤灰提取有价组分的应用,提高粉煤灰综合利用产品附加值。例如,内蒙古蒙西鄂尔多斯铝业有限公司将粉煤灰与石灰石磨细配比混匀,再采用碱溶法在氧化铝熟料中提取氧化铝后,每3.3 t粉煤灰约可生产1 t氧化铝,废渣可用于生产水泥。

2) 推动煤矸石利用提质增效。一是持续提高煤矸石综合利用水平,推进煤矸石在工程建设中的应用,大力发展煤矸石制砖、制水泥、生产轻骨料(陶瓷)和加气混凝土砌块,并加强煤矸石在采空区回填、塌陷区治理、矿井充填、生态修复等方面的利用,加快煤矸石的消纳。二是探索煤矸石的高值化利用,探索用煤矸石制造有机复合肥料、微生物肥料和土壤改良剂等方面的用途,同时推进煤矸石在制备化工产品或提取组分等方面的应用。例如,辽宁省阜新市大力培育煤矸石综合利用产业,积极引进综合利用项目,有效推动了煤矸石在制坯、烧砖、造纸、余热发电等方面的应用,有效促进当地堆存煤矸石的消纳;内蒙古超牌新材料股份有限公司积极探索煤矸石的高值化利用,从煤矸石制备出可用于造纸、涂料、塑料橡胶、电泳漆、陶瓷、高性能混凝土、建材等领域的超细煅烧高岭土产品。

3) 创新冶炼渣综合利用模式。一是以赤泥和钢渣为重点,加强产业协同,将赤泥应用于道路材料等高掺用比的领域,推动钢渣作为混凝土掺合料用于建筑行业,提升赤泥和钢渣的综合利用规模。二是不断探索其他规模化利用渠道,大力开展赤泥回收铁、碱、氧化铝等有用组分的研究;攻克赤泥改性、脱碱等关键技术,扩大赤泥在建材领域的应用;开展钢渣微观结构与激发活性的研究,提升钢渣的安定性,拓展其应用领域;推进从冶炼渣回收稀贵金属和有价组分的技术研究,实现资源二次利用,提高资源综合利用效率。例如,晋钢通过对炼钢钢渣进行破碎、筛分等深加工处理,实现废钢、尾渣等二次回收,实现了钢渣100%综合利用;中铝山东企业通过建设高效压滤系统和赤泥选铁生产线,从赤泥中分选氧化铁,突破了国内赤泥化工业应用的难题。

4) 提高尾矿规模化利用水平。一是以尾矿大规模低成本充填为主要发展方向,推动尾矿制备砂石骨料、砂浆、陶粒和充填胶凝材料,应用于井下充填、修复采空区和塌陷地等生态环境治理领域,并鼓励资源枯竭矿区开展尾矿回填和尾矿库复垦,探索尾矿在改良土壤中的应用。二是以尾矿再选、尾矿伴生有用组分分离提取等方式为重点,加强有价组分梯级回收利用,提升尾矿的利用价值,并打造有价组分提取与剩余废渣综合利用相捆绑的利用模式,切实解决废渣堆存的问题。例如,郴州市是全球重要的有色金属采选生产基地,尾矿资源具有数量庞大、种类多、分布广等特点,经过探索,郴州市形成了利用尾矿改良土壤、回收稀贵金属、改性后用于建材产品、制成膏体填充料用于采空区治理等四种模式,有效缓解尾矿堆存可能带来的安全隐患和环境污染。

5) 拓宽工业副产石膏利用途径。一是完善工业副产石膏相关标准的制订与执行,从源头提高工业副产石膏可资源化品质,提升工业副产石膏质量的稳定性,推动以石膏材料替代水泥用于墙体、地坪、抹灰、装饰、保温等建材领域。二是以规模化高值利用为重点,加快发展以脱硫石膏、柠檬酸石膏等制备绿色新型建材产品,扩大工业副产石膏的应用规模。三是加快推进净化预处理及除杂工艺的研究,拓宽磷石膏的利用范围,并探索磷石膏在土壤改良、路基材料等方面的应用。例如,江苏一夫科技股份有限公司利用乳酸石膏、柠檬酸石膏等副产石膏,开发出乳酸石膏制备β型石膏空心桨叶预干燥+流态化煅烧两步法生产工艺,实现用工业副产石膏制备α型高强石膏,同时解决与传统产业耦合的难题。

6) 加强建筑垃圾回收资源化利用。一是建立健全政策标准,推动形成系统规范的分类收集、运输、处置、再生利用全过程,加强建筑垃圾前段分选技术装备开发,实现建筑垃圾分质分类,促进精细化利用。二是扩大建筑垃圾再生产品的应用范围,大力推广利用建筑垃圾生产的建材产品,鼓励市政交通工程优先采用再生透水混凝土、透水砖等,探索建筑垃圾在农林用土、矿山修复、回填及环境治理等方面的利用。三是围绕建筑垃圾再生产品的多元种类,加快完善产品标准和应用技术规范,建立完善健康的再生产品交易市场。例如,江苏锡城建环科技发展有限公司以“人工+机器”进行前端分拣,经破碎、筛分、除杂后,制成一系列可再生利用的建筑材料,实现年处理建筑垃圾30万t以上,资源化率85%以上。

7) 加强农作物秸秆高值化应用。一是以秸秆肥料化、饲料化和基料化利用为重点,进一步加强秸秆在农业领域的综合利用。积极推进秸秆生物质发电、秸秆热解气、秸秆成型燃料等利用,大力发展秸秆造纸,以及秸秆地膜、秸秆容器、秸秆餐具等秸秆环保产品,鼓励利用秸秆生产秸秆轻体板、轻型墙体隔板、黏土砖、蜂窝芯复合轻质板等建筑材料,实现秸秆的高值化利用。二是加快完善支持秸秆利用的保障措施,建立多元化秸秆收储运体系,建设规范的秸秆资源台账,推进秸秆收储运体系的标准化建设,打造专业化、精细化的运营管理体系,逐步建立秸秆综合利用产品标准与质量检测体系,打通秸秆产业发展的“最初一公里”。例如,黑龙江省海伦市对热锅炉进行改造,以消耗2万t/a秸秆作为燃料,可实现供暖面积23.5万m 2 ,单位供热成本可下降10元/ m 2 ,既实现了秸秆的综合利用,又取得了明显的经济效益。

8) 适度提前布局新型固废利用体系。随着光伏、风电等新能源产业的快速发展,退役的光伏组件、风机叶片将成为新型固废。要加强科技攻关,针对退役光伏组件、风机叶片等新型固废,以高效拆解、安全处置、清洁利用为重点,加大共性关键技术及设备的研究,做好技术储备。积极布局新型固废综合利用项目,探索可持续发展的商业模式。同时强化源头治理,鼓励组件制造企业牵头,构架网络回收体系,加强组件的绿色生产和回收,并逐步建立完善回收标准体系和监管认证体系。

3.2 推动产业绿色发展

随着我国“双碳”目标的推进,新《中华人民共和国环境保护法》实施和税收优惠政策进一步落实,大宗固废综合利用产业迎来绿色转型的挑战与机遇,推动产业绿色发展是“双碳”背景下大宗固废综合利用产业实现高质量发展的必由之路。

一是加快产废行业绿色转型,从源头减少固废的产生。一方面,加强设计规划,通过开展产品的绿色设计,提升材料回收再利用的便利性,同时加强生产各环节的衔接,推动能源与物料的循环利用,提高能资源利用效率,从源头削减固废的产生。另一方面,加强对重点行业的绿色改造,针对矿产行业,大力发展绿色矿业,提高矿产资源的综合利用率,加强对废石废渣、尾矿、共伴生矿的充分利用;针对化工、冶金、能源等行业,以优化工艺流程和技术改造为手段,实现大宗固废产生过程自消纳,降低大宗固废产生强度,同时推动清洁能源替代使用。例如,中国宝武钢铁集团有限公司属下的宝武集团环境资源科技有限公司,通过生产过程源头减量、固废循环利用、固废产品化销售、拓宽固废综合利用途径等多种方式,最大程度减少了固废在社会上的周转量,探索建立了“固废不出厂”的模式,固废不出厂率由原来77.8%提升至近100%。

二是推动利废行业绿色生产,强化过程控制。加大小散乱污企业整治力度,严格清退技术落后、污染大的利废企业,加快培育大宗固废综合利用龙头企业,优化产业结构。同时推动企业进行绿色化和智能化改造,提高企业资源化利用率和无害化处置水平。针对大宗固废的产生、收集、贮存、运输、利用、处置等各个环节,强化规范处置,严格落实环境污染防治责任,加强监管,营造安全良好的生态环境。例如,北京威克冶金有限责任公司在矿山开发过程,探索建立建材行业绿色供应链管理新模式,在加强尾矿的分级利用的同时,自主研发尾矿废石生产机制砂的技术和工艺,优化流程,有效降低了生产成本,提高了产能及综合效益。此外,该公司以“公转铁”和新能源重型卡车的方式运输再生砂石骨料,实现企业砂石全部产能100%绿色运输。

3.3 打造创新发展格局

模式创新是大宗固废综合利用产业实现快速发展重要的突破口,需要从利用模式、技术研发、协同利用、管理方式等方面,打造创新发展的格局,进一步完善产业体系,推动产业发展。

一是创新综合利用模式。一方面,加强固废的协同利用,在煤炭行业把煤矸石用于井下充填和地面回填,减少矸石的堆存;在矿山行业加强尾矿的回收利用,并在绿色矿山建设过程将尾矿用于生态修复和封存保护;在钢铁冶金行业加强冶炼渣的循环利用,打造“固废不出厂”模式;在建筑行业大力推广“原地再生+异地处理”模式,提高建筑垃圾治理和资源化利用效率;在农业领域加强“工农复合”,推动农林废弃物的高值利用。另一方面,打造专业化运作模式,推动形成具有竞争优势的服务型产业,如依托专业公司,解决赤泥等固废由于组分复杂而难以利用的问题,从而提升固废的分选加工处理水平。

二是加强关键技术创新研发。鼓励企业加强产学研合作,强化企业的主体作用,以固废的源头减量和高值化利用为重点,加大研发投入和技术创新力度,加强重污染大宗固废生产过程协同控制技术、多产业大宗固废协同利用生态链接技术、低阶大宗固废规模化增值利用技术、煤基固废综合利用产品多元化技术、复杂多金属固废协同冶炼技术与成套装备等重点领域科技创新研究,推动大宗固废利用过程风险控制的关键技术研发。

三是创新协同利用机制。一方面,加强大宗固废综合利用产业与上下游产业的联系,打通行业间的堵点和痛点,推动形成多产业深度融合、协同利用的发展模式,如构建煤炭-电力-有色-新能源-生态环保多产业循环经济技术模式等。另一方面,建立跨区域、跨部门联动协调机制,把中心城市或城市群市场资源丰富的优势与周边区域固废资源充足的条件相结合,打造大宗固废综合利用产品联动市场,推动形成大宗固废综合利用产业区域协同发展的格局,实现跨区域协同利用。例如,北京金隅集团股份有限公司与河北睿索固废工程技术研究院和矿山企业合作,开发选铁协同生产混凝土骨料技术,解决了承德市大部分钒钛磁铁矿采选比高、尾矿排放量大、难以综合利用等问题,协同推进了京津冀地区尾矿的综合利用。

四是加强管理方式创新。加快推动利废产业建立以互联网技术为基础的固废综合利用信息管理系统,通过大数据、人工智能、互联网等现代化信息技术手段,提高信息化、智能化管理水平,从而提高资源配置效率,促进大宗固废综合利用率整体提升。例如,江苏永钢集团公司通过建设智能转底炉工厂,加强信息化与智能化建设,形成集基础数据、生产运行数据和管理数据于一体的数据平台,实现了自动化和高效化运行,其生产效率相比传统工艺提升36.1%,运营成本下降34.6%,能源利用率提升23.5%。