【原创】工业固废资源化利用的“道”与“术”——专访西南科技大学孙红娟教授

中国粉体网讯  工业固废资源化利用产业是绿色环保产业的重要子领域，可以节约大量的资源和能源，具有循环利用、节能减碳的优势，对于推动形成绿色低碳生产方式、实现“双碳”战略目标、促进美丽中国建设具有重要意义。在“2024（第二届）全国集成电路及光伏用高纯石英材料产业发展大会”召开期间，中国粉体网专访了固体废物处理与资源化教育部重点实验室常务副主任、西南科技大学孙红娟教授，请她与我们分享在工业固废资源化与高值化利用方面的研究心得。

据中国粉体网了解，孙红娟教授在高纯石英原料判别与提纯、蒙脱石、蛭石和石墨等层状矿物材料、典型工业固废（石棉尾矿、粉煤灰、高炉渣、磷石膏等）资源化评价与开发利用关键技术研究等多项研究成果经鉴定达国内领先和国际先进水平，具有重要的理论意义和社会效益。

中国粉体网：如何判断一种工业固废是否值得开发利用？

孙教授：在评估工业固体废弃物的开发利用价值时，需要综合考虑其资源化利用潜力、环境影响、经济效益等方面。

工业固废的资源化利用是消除工业固废不良影响的根本措施。工业固废能否被资源化和高值化利用不仅取决于工业固废本身的属性，更取决于对工业固废的认识和资源化的技术。资源化是将工业固废由废弃物变化资源的过程，目的是利用或高值化利用，是指通过特定的技术和工艺处理，将工业固废转化为具有经济价值的原材料或产品生产过程，从而实现减排污染物、资源循环利用和经济效益最大化的多重目标。例如，石棉尾矿、粉煤灰、高炉渣等工业固废，经过适当的加工技术处理后，即可转化为高附加值原材料，从而体现出工业固废的资源化利用潜力。这种潜力的评估需要综合考虑固废的物理化学特性、开发技术水平以及潜在应用领域等因素。

环境影响评估是工业固废资源化利用过程中不可忽视的关键环节。根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的规定，工业固废的综合利用必须遵守相关生态环境法律法规，并符合固体废物污染环境防治技术标准。同时，固体废物综合利用产物的使用应当符合国家规定的用途和标准，以防止对环境造成二次污染。评估过程中应充分考虑资源化利用全生命周期的环境影响，包括但不限于能源消耗、碳排放、有害物质释放等方面。

经济可行性是判断工业固废资源化利用价值的重要指标，最好能实现固废资源的高附加值利用。这涉及多个方面的成本效益评估，包括技术研发投入、处理成本、最终产品的市场价值等。通过全面评估这些经济因素，可以更准确地判断工业固废的开发利用是否具有经济可行性，从而为实际的资源化利用实践提供科学依据。

中国粉体网：目前有哪些种类工业固废值得开发利用？

孙教授：单纯从工业固废的“资源”属性出发，目前绝大多数的尾矿、工业生产的副产物都具有开发利用的潜力。

值得开发的工业固废有:

（1）矿山剥离废石和选矿尾矿，其成分、性质因矿种而异，这种多样性为其高附加值应用提供了可能。通过适当的技术处理，这些固废通过物理加工可制备砂石材料，通过化学处理可以提取有价组分制备高端粉体材料，通过热加工可制备陶瓷、铸石、矿棉纤维等高价值产品。更重要的是，矿山废石和尾矿的资源化利用还能助力矿山治理和矿区生态环境恢复，减轻长期采矿活动带来的生态压力。

（2）冶炼废渣，如高炉渣和钢渣。冶炼废渣化学组分和矿物组成比较复杂，除与被冶炼的精矿有关外，在冶炼过程中还加入了球团粘结剂、助熔剂和除渣剂等，通常对于某冶炼厂某一种工艺排除的废渣其成分是比较稳定的，相当于规模化稳定化的产出，因而具有显著的利用价值。这些废渣中不仅含有大量可供利用的金属和非金属矿物组分，而且通过热处理过程使废渣含有较高的内能，具有较高的活性，可通过适当处理用作水泥辅料、碱激发胶凝材料、道路工程材料与建筑材料等，也可用做土壤改良剂或微肥等。其应用不仅能创造经济效益，还能有效减少天然资源开采，减少固废堆存量。

（3）煤矸石与粉煤灰。煤矸石是煤层中矸石，因热值低被废弃，因煤的成因不同，可主要含高岭石、石英或蒙脱石、石英等，我国北方产出的煤矸石主要含高岭石，经煅烧处理后可得到白度较高的煅烧高岭土，用作涂料、油漆、造纸及橡胶和塑料聚合物填料等；粉煤灰是煤中存在的或添加的在燃烧过程中残留的不能燃烧和未燃烬的物质，因其大量可得性和独特的物理化学性质而具有利用价值，如粉煤灰凭借其火山灰活性可用作高品质水泥和混凝土添加剂，也可提取其中的氧化铁、三氧化二铝和二氧化硅组分等。

（4）化工废渣，如磷石膏和钛石膏等。虽然因其复杂的化学组成和潜在的环境风险而被视为棘手问题，但恰恰是这些特性使其成为资源化利用的重要对象。如利用磷石膏和钛石膏制备石膏晶须材料和碳酸钙粉体材料等。通过不断创新的处理技术，化工废渣可在建材生产、土壤改良、甚至稀土元素提取等多个领域发挥作用。化工废渣的资源化利用不仅能解决其处置难题，还能创造新的经济价值，同时减少原生资源的开采，体现了化工行业向绿色循环方向转型的努力。

此外，电子废物、废橡胶等，也是值得开发利用的工业固废。这些工业固废的资源化利用是一个多赢的策略，它不仅能解决固废处置问题，还能创造经济价值，节约自然资源，减少环境污染。

中国粉体网：工业固废开发利用过程中有哪些关键的点需要注意？

孙教授：表面上看制约工业固废开发的关键因素是经济成本，因为工业固废资源化生产的产品都是市场上已经存在的、技术很成熟的稳定产品，它们两者开展竞争，当然以固废为原料就没有优势，但其实透过现象看本质，最根本的还是技术问题。

对于工业固废的资源化利用，我们不能仅仅依托其“资源”属性，更应该着眼于其整个产业全流程，其是如何产生的？最初的原料是什么？采用的何种工艺产生的？主要有用的化学成分或性质有哪些？采用何种关键技术才能实现固废的高值化利用？我们在制定工业固废资源化利用技术路线时必须全盘考虑，尽可能让工业固废的资源化利用融入整个产业，并做到整体利用。

举个简单的例子：电石渣是电石生产乙炔气时产生的一种以氢氧化钙为主要成分的固体废弃物，由于其钙含量较高，目前大部分企业都是用于烧水泥，附加值极低。如果我们着眼于电石渣的形成过程，以及它整个的产业链就会发现：乙炔气是生产聚氯乙烯的主要原料，而聚氯乙烯就是PVC，我们日常生活中用的大量塑料制品的原料；PVC的制品需要填充大量的碳酸钙粉体用于增强、降低成本。基于此我们就给出了电石渣生产高纯异型碳酸钙用于PVC填料的资源化方案；这样既实现了电石渣的资源化利用，又避免了后端PVC制品生产时对碳酸钙粉体的外购，一举多得。

中国粉体网：工业固废开发之后面向的应用市场主要有哪些？

孙教授：工业固废开发后的应用市场可以分为以下几个主要方向:

（1）建筑材料市场是工业固废利用的最大市场。许多工业固废，如冶炼废渣、粉煤灰、煤矸石等，可以用来生产水泥、混凝土和砖瓦等。这不仅降低了建筑成本，还解决了大量工业固废堆存问题。

（2）道路建设也是一个重要的应用领域。如钢渣和矿渣等固废可以作为优质的路基材料或沥青混凝土骨料，不仅能提高道路的耐久性和稳定性，还能显著减少道路建设对自然资源的开采需求。

（3）化工领域是工业固废高值化利用的一个重要方面。工业固废中的有价组分或有价矿物可以回收利用，生产工业原料。例如，冶炼废渣中的有价金属可以被回收并重新投入工业生产。石棉尾矿中的硅、镁组分也可以被提取制备成白炭黑、碱式碳酸镁等粉体材料。

（4）农业领域也逐渐成为工业固废应用的新兴市场。部分经过处理的工业固废可以转化为肥料或土壤改良剂，既能提高土壤质量，又能减少化肥使用，促进农业可持续发展。

（5）能源产业对工业固废的需求也在不断增加。比如，从含稀土元素的工业固废中提取稀土元素，可用于生产高性能电池等新能源设备，为绿色能源发展提供原料支持。

（6）环保产业本身也是工业固废应用的重要市场。利用工业固废进行盐碱地生态修复可促进环境修复和生态平衡，制备吸附剂等环保产品，在治理环境污染方面发挥着重要作用，形成了“以废治废”的良性循环。

此外，工业固废开发后还可以应用在冶金、陶瓷等工业领域。随着技术进步和环保意识的提高，相信未来会有更多创新的应用方向被开发出来。

中国粉体网：在工业固废领域，您的研究方向和特长是什么？

孙教授：我和我的团队在工业固废方面的研究方向有：典型工业固废（石棉尾矿、粉煤灰、高炉渣、工业副产石膏等）资源化评价与开发利用关键技术研究。

主要包括三个方面：

一是提取有价组分制备高附加值微纳粉体材料，如石棉尾矿制备含硅镁系列化合物粉体材料，如高纯氧化镁、碱式碳酸镁、氢氧化镁、超细白炭黑等；粉煤灰制备4A沸石、三氧化二铝粉体、白炭黑等；

二是制备系列建筑材料，如石棉尾矿、提钛渣制备微晶陶瓷、泡沫陶瓷、道路工程材料、建筑砌块、墙体材料等；

三是在固废资源化和高值化利用的同时充分考虑节能降碳或固碳材料，如工业副产石膏制备微纳石膏或硬石膏晶须、碳酸钙晶须或纳米粉体等，以及我们最近鉴定的“攀钢含钛渣的非金属矿资源属性与开发利用基础研究”项目，专家给出的鉴定意见中研究成果达到国际先进水平，其中一项成果是将提钛渣处理后用作胶凝材料，与生产水泥相比，可大大减少二氧化碳的排放。

中国粉体网：您怎么看工业固废资源化利用的行业现状和发展趋势？

孙教授：不管是什么行业产生的工业固废，其资源化利用是大势所趋。一方面，这些工业固废都是来自于天然矿产或天然矿产经过加工后产生的，而这些天然的矿产资源都是不可再生的，用一点就少一点，社会的持续发展需要寻找替代资源，而各种类型的工业固废是一个巨大的“矿产资源”宝库；另一方面，工业固废的存在也确实一定程度上威胁着人类的生存环境，所以十八大以来，国家出台了很多支持工业固废资源化利用的政策、法规。

当然随着技术的不断发展，我们对工业固废的处理就不是等其已经产生了，已经对环境产生污染了，之后再对其进行资源化；而是“追根溯源”，从源头出发，着眼整个工艺全流程，让其每一步转化为市场需要的“副产品”，而不是污染环境、给企业带来负担的“副产物”。最终，真正实现我们工业生产的“无废排放”。

（中国粉体网编辑整理/平安）

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