王栋民：无机固废的材料属性及建筑垃圾资源化发展瓶颈与突破

在2020年固废战略论坛上，中国矿业大学(北京)王栋民教授对无机固废的材料属性及建筑垃圾资源化发展瓶颈与突破进行了深入浅出的分享。

来源：中国固废网         整理：丁宁

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在2020年固废战略论坛上，中国矿业大学(北京)王栋民教授对无机固废的材料属性及建筑垃圾资源化发展瓶颈与突破进行了深入浅出的分享。

王栋民教授

王栋民教授表示，E20环境平台从水做起，发展到以生活垃圾为主的固体废弃物领域，在环境产业界有举足轻重的地位。而固体废弃物实际上是一个非常宽泛的范畴，大部分固废从业人员目前所指的固体废弃物处理，是市政固废领域，而在王栋民教授看来，除了以有机固废为主的市政固废，还有大量的无机固废有待处理。无机固废包括像工业固废、矿业固废还有建筑固废。针对固体废弃物板块，在生活垃圾处置要求得到基本满足以后，建筑固废将是下一个重点。

王栋民教授表示，人类的文明经历了从原始文明到农业文明、工业文明、现代文明。我们已经建立起美好的家园，在这个过程中，矿产资源的开发是工业文明的一个标志，我们各种矿产，金属矿、非金属矿，有色稀土矿的开发，还有丰富的化石能源。作为中国矿业大学的学术工作者，主要涉及的领域一方面是开矿，一方面是挖煤，包括矿石能源，煤炭，石油，天然气开发。矿产资源被挖掘出来以后，下一步经过开采、冶炼，再往深加工就是材料了，金属材料，混凝土材料，钢筋混凝土结合到一起，就是钢筋混凝土，组成了我们现在的世界。

王栋民教授在论坛中对不同行业产生的固体废弃物进行了分类：

1、煤炭行业 ：煤矸石、煤化工残渣(液化渣、气化渣)

2、电力行业：粉煤灰、脱硫石膏

3、冶金行业：冶金渣(矿渣、钢渣)

4、化工行业：白泥

5、有色行业：赤泥

6、建筑行业：建筑垃圾

7、矿业行业：尾矿

8、市政行业：生活垃圾、污泥

9、医疗垃圾、电子垃圾、危险固废 ………

其中，煤矸石是煤炭行业大量的固废，一年二十几亿吨煤炭的产出，伴随有五六亿吨的煤矸石。

王教授介绍到，在鹤壁的一个煤矸石山，产生一千万吨煤矸石待处理。为此设置了一条生产线，把煤矸石加工成砂石骨料，做道路工程的施工，跟地方政府配套，有了一定程度上产业的推动。同理还有电厂出来的粉煤灰，量也非常大，我们中国的研究，从研究到应用，达到60%-70%利润率，西部问题突出，均面临着较大的处理需求。

建筑垃圾传统模式，从矿山开采，造房子，倒了变成建筑垃圾，我们希望最后让它还变成建筑，这是最经济合理的。传统建筑业发展的基本模式中，在资源的开采、原材料的加工，建筑物的施工，到建筑物的使用和维护，再到建筑物的拆除，最后除很少部分建筑废物回收利用外，其余绝大部分建筑废物均直接排向自然界，整个过程中很少考虑对资源和环境产生的不利影响。而当经济发展和环境保护产生了矛盾，如何平衡就变成我们现在关注的问题。

楼房、桥梁的拆除所产生的建筑垃圾的量，2015年达到20亿吨，到2023年将达到40亿吨。在如此巨大的产生量面前，我们国家利用率是很低的仅有10%左右，而欧美日本是百分之八九十。

无机固废是材料的应用，有机固废是运用能源转化，或者热解，变成大分子，变成小分子去做化工原料。无机固废作为一种材料的原料，它的利用有三个方向和渠道。第一个就是水泥混凝土材料，水泥混凝土是最大宗的人造材料。第二方面是生态修复，第三个是矿井充填，可持续发展跟利用是密切相关的。

王栋民教授分享了两个观点，一个就是地球，地壳结构基本构成，除了山，石灰石矿山为主，整个地球结构组成，黏土矿物的地壳组成，氧化硅，二氧化硅占到50%，三氧化二铝占25%，起来75%，矿的富集是局部的富集。黏土矿物的应用，工业固废、矿业固废可以作为黏土的替代，土地国家有限制，有保护红线。

其次是城市建筑垃圾，也就是城市无机固废。有机材料核心的成分是碳，无机材料核心的成分是硅。硅是材料属性，碳是能源属性。我们对无机固废一般关注它的化学组成，矿物组成，还有分布，这个物质或者固废是什么化学组成，什么样的矿物组成，决定它可以干什么用。还有一个问题就是块头的大小，多大的块，工业固废很多是微米级的，而建筑固废一栋楼砸倒以后，块头很大，不同体积相应的可以有不同的应用和处理方法。

在材料学视角中，我们从原子、分子、纳米，一直到米的尺度，比如北京到上海一条公路是两千公里，也是混凝土连起来的，这是有尺度的概念，拉近了不同原料间的距离，扩大了应用范围。对于建筑垃圾也是如此。建筑垃圾现在处理，业界认为经历了四个发展阶段。建筑垃圾处理的四个版本：

1.0版，采用最原始的一些处理方法，显著特征包括:

规模小 (占地30亩以内，投资500万以内)

设备简陋(二手设备或者矿山设备)

环保差/无环保设施/措施

处置工艺简单落后

处置企业无正规手续

再生产品简单、技术含量低、附加值低(再生骨料/免烧砖)

无国家政策支持

时间区间：2008年以前

2.0版，厂房设备围起来了，有了一定发展：

具备一定规模(占地30-100亩，投资500-2000万)

设备大为改善(专用设备出现)

环保设施水平部分达标

个别企业得到政府授权

可生产相对附加值较高的透水砖、再生砂浆、再生水稳料等

未采用分类分离技术及装备

仍处于粗放式处置模式

处置企业受政府监管

时间区间：2008年—2015年

目前进行的是3.0版本：

规模(投资0.2-3亿不等，占地80-300亩不等)

生产线80%以上采用专用设备

环保设施已经达标，符合国家排放标准

大部分企业得到政府授权

清运\处置一体化越来越多

再生产品丰富：仿大理石透水砖、再生砂浆、再生商混、再生水稳料、再生沥青料、RDF等

分拣、分选、分离技术开始推广

接受政府监管指导

时间区间：2016年—2019年

4.0版本就是未来的发展，智能互联网等等。

规模(投资1-5个亿不等，占地100-500亩不等)

生产线及整个系统全部采用专用设备及软件

环保超过国家标准

建筑固废+工业固废协同处置

分类创造价值分类深度利用

工业“互联网+”APP

再生产品更加丰富：仿大理石透水砖、再生砂浆、再生商混、再生水稳料、再生沥青料、RDF、PC预制构件、3D打印粉、再生水泥等

政府授权并大力支持

时间区间：2020年至今

建筑垃圾资源化典型的一托三示意图如下：

建筑垃圾资源化利用“一拖三”模式是指“一个工艺”，即三分离工艺，将建筑垃圾资源化处置分为三个处置单元，即“废砖处置单元”、“废砼处置单元”、“渣土处置单元”，通过“一拖三”模式，从而实现资源化利用。

第一个部分是一个分离系统，分离以后，变成三个内容。这三个内容，把混凝土的砖跟渣土分成三类，这三类是有不同应用的。混凝土破碎以后，就回归了砂石骨料，还有分体材料，砖瓦结构在我们建筑垃圾里占的比例是比较大的，我们国家在2000年到2005年以后，大规模的混凝土才大量上来。叫一托三的工艺进行了分类，分类以后，可以做成一系列的不同的，根据市场的需求，根据功能的需求，来做成一系列的产品，形成自动化、智能化、模块化、信息化现代状况体系为支撑点，日本、美国的方向应该是我们未来的方向。

技术层面，我们在国内已经形成十大系列产品，再生混凝土，再生砂浆，再生混凝土砌块，墙板，透水砖，还有再生的房屋，从技术上、整体上、战略上是可以解决的。

下面是几个重要的应用领域，建筑固废在循环回去以后，最大的一个市场其实还是建筑市场，再生混凝土，再生建筑。水泥厂可以协同处置有机固废，混凝土公司是可以协同处置建筑垃圾。将来建筑垃圾的处理完全可以跟混凝土公司合理的匹配起来。

另外在道路工程里面应用也是非常广阔的应用市场，王栋民教授表示，展示了一千万吨的煤矸石，是用来做道路工程材料的，可以成为道路的主体材料，修一公里路，可以用六千到八千吨的固废，这是很大的市场。

此外，在城市里面堆山造景，建筑垃圾，有些城市要弄假山，对城市美化功能、休闲功能都有好处。区别于传统的“建筑材料循环利用”的建筑垃圾资源化模式，发展“建筑材料循环利用+绿色生态发展”的新型建筑垃圾资源化发展模式是必要的并且迫切的，是实现可持续发展所要求的环境与循环经济双赢的重要途径。利用建筑垃圾进行堆山造景，不仅有效的对建筑垃圾进行再利用，并且可以提供绿色生态发展空间，减缓城市热岛效应，提高城市绿化面积。建筑垃圾人工山体建成后，具有较高的环境效益和民生功效，同时还可以实现诸如内部停车场、建筑垃圾资源化厂、科普基地等功能。

再一个是海绵城市。中国南部一些地区的强降雨已导致许多城市内涝严重，城市居民的生活受到很大影响。城市交通和安全受到严重威胁。海绵城市的建设理念在减少雨洪灾害和发挥雨、水资源潜在价值间寻求了一种平衡，城市降水能够被积存、净化、回用或入渗补给地下。城市道路透水路面是生态海绵城市建设最有效的技术手段，建筑垃圾处理完以后，分类以后，可以做成系列的透水材料体系。

还有装配式住宅，现在装配式住宅是建设部一直推广的，致力于提高装配率。我们现在比较倡导建筑垃圾拆用还有处理一体化来运营，装配式住宅的好处，可以装上去，也可以拆下来，这个构件在这个楼里不用了，还可以装到那个楼上去。现浇式建筑一旦推倒了全是垃圾，而采用装配式住宅我们废弃的房屋可以按照不同层次来分析，来处理。有些构件可以移植，当然也有建筑整体的移动。这都是形成一些产品。

还有现在比较时髦的3D打印建筑，建筑固废也在3D打印这个领域里面做了一些研究和探索。

王栋民教授介绍到，现在建筑固废从国家到地方也形成了很多政策，这些政策，很多是跟产品有关系的，也有很多规定、管理，整个体系上面已经形成了一系列的标准规范，对产品研究、开发应用都是有保障的。

总体来看，从技术的角度讲，建筑固废的研究，基本上能够满足应用的产业化和应用的需求。但是商业市场运作怎么样把固废处理好，像城市生活垃圾处理一样，推动一批上市公司，有待于行业共同的推动。

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