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工业固体废弃物，是指在工业生产活动中产生的固体废弃物，是固体废弃物的一类，可分为一般工业固体废弃物(如高炉渣、钢渣、赤泥、有色金属渣、粉煤灰、煤渣、硫酸渣、废石膏、脱硫灰、电石渣、盐泥等)和工业有害固体废弃物。工业固体废弃物数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理相当困难。工业固体废弃物经过适当的工艺处理，可实现资源化利用，如制成水泥、混凝土骨料、砖瓦、纤维、铸石等建筑材料；提取铁、铝、铜、铅、锌等金属和钒、铀、锗、钼、钪、钛等稀有金属；制造肥料、土壤改良剂等。此外，还可用于处理废水、矿山灭火，以及用作化工填料等。本文介绍的常见工业固体废弃物主要是煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏，这三类是目前堆存量较大的工业固体废弃物，主要来源于煤炭开采、洗选和燃煤电厂。

1、煤矸石综合利用概况

在煤炭资源开采、洗选加工过程中，产生了大量的煤矸石固体废弃物，据统计，煤矸石的产生量约占原煤产量的15%~20%，在部分中小型煤矿，该比例超过30%。根据预测，2021年山西省煤炭产量将突破12亿吨，按比例计算，将产生煤矸石2.4亿吨。目前，全国煤矸石累计堆存量超过70亿吨，且每年以3亿~3.5亿吨的体量在持续增加，而山西省煤矸石累计堆存量占全国累计堆存量的1/3，也就是说目前山西煤矸石的累计堆存量超过20亿吨。目前，煤矸石的综合利用主要有以下几个途径。

1.1露天填埋

煤矸石传统的处理方式是露天堆放和填埋，煤矸石露天堆放，一方面压占大量的土地，另外暴露在空气中极易发生一些物理化学反应，发生自燃、扬尘等现象，对矿区及其周边地区的大气、水体等造成严重污染；另一方面煤矸石山在外力的作用下还可能发生坍塌、泥石流等地质危害，产生生态破坏、景观破坏，引发社会问题，最终危害矿区的生态安全和人类健康。

近年来，对煤矸石山的治理取得了一些成效，但要满足国家相关标准和规范要求，涉及到煤矸石自燃处理、边坡覆土、绿化、复垦等工程，治理费用投入较大。

1.2煤矸石发电

煤矸石含有一定数量的固定碳和挥发分，发热量一般为1000~3000cal/kg（1cal=4.18J），含碳量高的煤矸石可作为燃料用于发电。煤矸石发电主要采用的是循环流化床（CFB）发电技术，利用热值在6.53~8.37MJ/kg之间的洗煤矸和掘进矸，采用最多、技术成熟的是35t/h和75t/h的循环流化床锅炉。煤矸石发电可以减少煤炭资源的使用，减轻煤矸石堆存对生态环境的污染，为当地提供就业岗位，余热还可以为当地冬季供暖等。但是，煤矸石发电存在着前期成本投入高，产能较低；由于煤矸石热值低，含灰量大，含硫量高，锅炉点火过程复杂，发电厂能耗较大，尾气处理需要投入大量资金等。因此，煤矸石发电会受到一定的限制，效益较低。

1.3煤矸石制砖

   煤矸石制砖是目前主要的利用方式，有着煤矸石消耗量大，节约能源，减少传统制砖对粘土的用量、降低生产原材料成本，技术要求和前期投入较低等优势，具有一定的市场前景。煤矸石砖对其热值和可塑性等有着一定的要求，一般发热量要求在400~600 cal/kg，发热量过高需要掺入适量的粘土或低活性的工业废渣。目前，煤矸石制砖存在着产品销售半径有限、运输成本高，市场占有率低等不利因素，限制着煤矸石制砖产业的发展。

   利用煤矸石制砖或其它建材产品前，要对所用煤矸石的化学成分、发热量、物理性能等指标进行综合性分析评价，并做小试；如果原料成分复杂、波动较大时，应进行半工业试验（即中试），并对煤矸石做放射性元素含量的检测，符合相关要求才能使用。

1.4煤矸石生产水泥

   对于含二氧化硅成分高的煤矸石，可以作为硅质原材料生产水泥熟料；二氧化硅含量较少的煤矸石可以作惰性材料生产水泥，降低水泥生产成本，提升煤矸石的经济价值。但需要注意煤矸石中有害成分对水泥性能的影响。

1.5 煤矸石生产预制件

     利用煤矸石具有一定发热量的特点，可将煤矸石经800℃煅烧后成为熟煤矸石，再加入适量磨细的生石灰、石膏，经轮辗、蒸汽养护可生产矿井支架、水沟盖板等预制构件，其强度可达200~400kg/cm2，这种水泥预制构件的参考配比为：熟煤矸石85%~90%，生石灰8%~10%，石膏1%~2%，外加水18%~20%。

1.6煤矸石的高附加值利用

   在高附加值利用方面，煤矸石主要用于烧制白色陶瓷、生产4A沸石、煅烧高岭土、生产陶瓷聚空心球产品、提取有价元素等。

1.7 小结

   煤矸石的正确处理方式应该是尽量将其资源化，以减少对生态环境的污染。从煤矸石的含碳量区分，含碳量较高的煤矸石可作燃料，用于发电；含碳量较低和自燃后的煤矸石可用于生产砖瓦、水泥和轻骨料；含碳量很少的煤矸石可用于回填造地和用作路基材料；煤矸石粉可用于改良土壤或作肥料。

2、粉煤灰综合利用概况

我国粉煤灰主要应用于建材、道路工程、回填工程、农业、矿物提取等领域。在建材工业，粉煤灰主要用于水泥、商品混凝土以及粉煤灰砖，加气混凝土制品等新型墙体材料的生产；在筑路工程中，粉煤灰的主要利用形式是作为道路的路基，以及作为道路的路面混凝土参合料；在农业方面，粉煤灰主要用于土壤的改良等。

2.1生产粉煤灰烧结砖

这种砖粉煤灰参量在30%~70%之间，其特点是体积轻、强度高、导热系数小、砌筑效率快。这种粉煤灰烧结砖要求粉煤灰中的二氧化硅含量不得高于70%，超过这个标准，混合料的可塑性将受很大的影响，产品的抗压和抗折强度将大大降低。三氧化二铝含量以20%为宜，三氧化二铁含量以8%为宜，氧化镁含量不超过3%，硫化物含量要求低于1%。

2.2生产粉煤灰蒸压砖

这种工艺粉煤灰的特点是在湿热条件下，能与石膏、石灰等胶凝材料反应，生成具有一定强度的水化产物。高压养护的特点是粉煤灰强度高，但对粉煤灰有一定的要求，即含碳量要低，活性要高。

2.3生产粉煤灰砌块

这种生产工艺要求粉煤灰的烧失量不得高于10%，胶凝材料中要有足够的氧化钙，水灰比不大于0.55，产品比重为1800kg/m?，抗压强度可达到1-15MPa，特点是产品收缩值偏大，碳化系数低，抗冻性能差。

2.4生产加气混凝土

粉煤灰加气混凝土是新型、轻质保温节能的墙体材料。主要原料为粉煤灰，占70%左右，其它为石灰、水泥、石膏、发气剂等，将这些原料经过加工配料、搅拌、浇注、发气稠化、切割、蒸压养护等工序制成。可用作屋面保温、维护墙、隔断墙，亦可做最高楼层为五层的承重墙，特别适用于高层建筑填充墙、寒冷地区的外墙和地震区使用，可减轻墙重，增加使用面积。

2.5 生产粉煤灰陶粒

粉煤灰陶粒是以粉煤灰为主要原料(85%左右)，掺入适量石灰(或电石渣)、石膏、外加剂等，经计量、配料、成型、水化和水热合成反应或自然水硬性反应而制成的一种人造轻骨料。

陶粒具有优异的性能，如密度低、筒压强度高、孔隙率高，软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等。特别由于陶粒密度小，内部多孔，形态、成分较均一，且具一定强度和坚固性，因而具有质轻，耐腐蚀，抗冻，抗震和良好的隔绝性(保温、隔热、隔音、隔潮)等多功能特点。利用陶粒这些优异的性能，可以将它广泛应用与建材、园艺、食品饮料、耐火保温材料、化工、石油等部门，应用领域越来越广，还在继续扩大。在陶粒发明和生产之初，它主要用于建材领域，由于技术的不断发展和人们对陶粒性能的认识更加深入，陶粒的应用早已超过建材这一传统范围，不断扩大它的应用新领域。现在陶粒在建材方面的应用，已经由100%下降到80%，在其他方面的应用，已占20%。随着陶粒新用途的不断开发，它在其他方面的比例将会逐渐增大。

当前粉煤灰陶粒生产工艺主要有焙烧型、养护型和免烧型三种，其中焙烧又可分为烧结法和回转窑法，养护分为自然养护和蒸汽养护。而免烧型是以粉煤灰为主，掺入固化剂、成球剂和水，以强制搅拌、蒸压成型、自然养护而成。具有能耗低、工艺简单、成本低等优点，主要原理是利用激发剂来激发粉煤灰的活性，使粉煤灰受激发后，形成类似水泥水化产物的水化硅酸钙和钙矾石，即依靠水化产物来获得强度的一种产品。

陶粒主要用于建筑工程领域、农业领域、石油开采领域、以及环境工程领域等，尽管各个领域中所用的产品都可以叫做陶粒，但是根据其用途不同，其性能参数具有一定的差别。在建筑工程领域，陶粒主要用作混凝土、砌块和板材的骨料，其内部具有无毛细现象的蜂巢状多孔结构，具有导热系数低，吸水率小，强度高等特点，具有良好的隔热、保温、防潮、抗冻、隔音、抗震等性能。

在地震频繁的发生的地带，采用陶粒作材料的建筑其抗震性好，不容易被地震破坏。轻质陶粒用于建筑工程上，可以减轻建筑物的重量，大大减轻桩基的承受能力，节省原材料和建筑成本。在路桥工程中，陶粒可以用作公路的绝缘层，也可以用来处理高速公路的路基以及大跨度的桥梁。

因此在建筑工程领域，对陶粒的要求重要的是强度和容重。高强、质轻的陶粒既能保证建筑物的质量，又可以减轻建筑物的重量。因此建筑上用的陶粒表面有一层坚固的釉层，强度很高且吸水率低。

2.6作为生产水泥的原料

从化学结构上看，粉煤灰的成分与粘土相似，完全可以代替粘土生产水泥，利用粉煤灰中残余的碳，还可以在熟料煅烧工艺过程中节约燃烧。

2.7在砂浆生产中代替水泥

在砌筑和抹灰施工中，粉煤灰加上一定比例的添加剂（俗称参合料），可改变混凝土的和易性和可泵性，有利于增加混凝土后期强度，提高混凝土的抗渗性，改善混凝土耐腐蚀性，降低混凝土因水化引起的温差裂缝。同时还可以提高工程质量，节省水泥用量，降低混凝土成本，节约资源，保护环境。

2.8用于筑路和回填

用粉煤灰筑路既可以增加路面强度，又可以减少投资。粉煤灰用于砌筑、回填，技术成熟、工艺简单，而且吃灰量大，属于大力推广应用的技术。

2.9粉煤灰高附加值的利用

目前，粉煤灰高附加值的利用主要集中在处理污水、废气、提取氧化铝、氧化硅及稀有金属，合成陶瓷材料和沸石分子筛等方面。

3、脱硫石膏综合利用概况

脱硫石膏也叫工业副产石膏，是烧结烟气脱硫的副产品，主要成分为CaSO4·2H2O，含量约为90%，脱硫石膏含水量较大，约为10%~17%，主要灰分有Fe2O3和SiO2，所含杂质种类较多，氯元素含量较高，以可溶性盐为主，其晶体内部和表面都含有杂质。

脱硫石膏作为石膏的一种，其主要成分和天然石膏一样，都是二水硫酸钙(CaSO4.2H20)。脱硫石膏和天然石膏经过煅烧后得到的熟石膏粉和石膏制品在水化动力学、凝结特性、物理性能上无显著的差别。可以替代天然石膏作建材，脱硫石膏无放射性，不污染和危害健康。

我国石膏工业经历了30余年的发展至今，已经形成了以建筑石膏粉、高强石膏粉为主要基料的石膏胶凝材料及制品体系，形成了以纸面石膏板、纤维石膏板、装饰石膏板、石膏砌块、粉刷石膏等为主的建筑石膏系列产品。

当前，脱硫石膏综合利用主要有两个途径：一是用作水泥缓凝剂，约占脱硫石膏利用量的70%；二是生产石膏建材制品，包括纸面石膏板、石膏砌块、石膏空心板、干混砂浆、石膏砖等。高端的利用途径有纳米级石膏晶须等。

3.1脱硫石膏在水泥行业的应用

脱硫石膏在水泥基材料中的应用是大规模处置利用脱硫石膏的重要途径。研究表明，脱硫石膏不含对水泥基材料性能有负影响的杂质，适宜作水泥基材料添加剂。脱硫石膏中含有部分未反应的CaCO3和部分可溶盐，如K+、Na+盐，这些杂质的存在有利于加速水泥水化，激发水泥混合材或混凝土掺合料活性的充分发挥，加之脱硫石膏细度大，在水泥中能与水泥颗粒和混合材颗粒充分接触，迅速发生反应，能有效调节水泥凝结时间。对于矿渣水泥、粉煤灰水泥和复合水泥，脱硫石膏既是缓凝剂，同时又是混合材水化时的硫酸盐激发剂，其中含有的CaCO3对水泥硬化浆体的结构与性能也有改善作用。只是因为含水率比天然石膏大，故需要将石膏投料口处的设备作一些调整，或者将原状脱硫石膏造粒，即先自然干燥，然后预热烘干，最后得粒状脱硫石膏。试验表明，这种造粒方式虽然使得脱硫石膏的成本提高了5～10元／吨，但此粒状脱硫石膏能够正常调节水泥的凝结时间，水泥性能正常发展，水泥强度、凝结时间等指标均达到国家有关标准。

3.2脱硫石膏在石膏制品中的应用

（1）石膏砌块

石膏砌块是以石膏为主要原材料，经加水搅拌、浇注成型和干燥制成的块状轻质隔墙材料。石膏砌块适用于工业和民用建筑中的非承重内隔墙。

（2）纸面石膏板

纸面石膏板的生产是以脱硫建筑石膏为基材，掺入以纸纤维等外加剂和水混合成石膏料浆，挤压成型纸面石膏板带，经切割干燥而成，干燥温度均匀，效率高，能耗低。

（3）粉刷石膏

粉刷石膏是以建筑石膏为主要成分，掺入少量工业废渣、多种外加剂和集料制成的气硬性胶凝材料。作为新型抹灰材料，它既具有建筑石膏快硬早强、粘结力强、体积稳定性好、吸湿、防火、轻质等优点，又克服了建筑石膏凝结速度过快、粘性大和抹灰操作不便等缺点。

4、结束语

煤矸石主要来源为煤炭开采和洗选生产过程，其中露天剥离及巷道掘进过程产生的矸石约占45%、采煤和煤巷掘进过程中排出的普矸约占35%，煤炭洗选过程产生的矸石约占20%。煤矸石的堆存占用大量的土地资源，造成生态环境的污染，给生产生活带来极大的影响。煤矸石的处置和综合利用可以变废为宝，但要从根本上解决煤矸石堆存问题，还需要从煤炭开采、洗选过程中，如何减少煤矸石排放方面来考虑。近年来，我国煤矸石资源的开发利用研究已经取得了一定进展。在工业、农业、能源中都有着广阔的应用前景。只要改进现有的技术，加大开发煤矸石高效利用技术的研发，实现煤矸石的高附加值利用，不仅能够变废为宝，节能减排，还可以提高企业经济效益。所以，煤矸石的利用将向污染小、经济效益好、综合利用率高的方向发展。

粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，大量的粉煤灰不加处理，就会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，是解决我国电力生产环境污染，资源缺乏之间矛盾的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。粉煤灰综合利用的途径已从过去的路基、填方、混凝土掺和料、土壤改造等方面的应用外，发展到在粉煤灰烧结砖、粉煤灰蒸压砖、蒸压砌块及板材，水泥原料、水泥混合材，大型水利枢纽工程，泵送混凝土、大体积混凝土制品，高级填料等高级化利用途径。

脱硫石膏是燃煤或油的工业企业在治理烟气中的二氧化硫后而得到的工业副产石膏。主要成分和天然石膏一样，为二水硫酸钙 CaSO4·2H2O，含水量一般在10%左右甚至更高，流动性差。脱硫石膏是燃煤电厂排放的固体废弃物之一，在电厂排放的脱硫石膏综合利用方面，存在的主要问题是电厂排放的脱硫石膏成分不稳定，主要表现在脱硫石膏的纯度不达标，含水率较高，有害成份超标，未反应的碳酸钙超标，白度不够等现象，严重影响了下游企业利用脱硫石膏的积极性。

目前，煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏的资源化综合利用大都还处于低端化产品阶段，高附加值利用率低，并且总体消纳量还不是很大，产品市场认可度低，技术研发成果转化少，企业在这方面的投资积极性不高等，这给煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏的资源化综合利用带来一定的影响。随着国家对大宗工业固体废弃物资源化利用的重视，以及在综合利用技术方面的新突破，将来煤矸石、粉煤灰和脱硫石膏会得到更加多元化、高附加值的利用。