摘要：社会工业生产离不开大量的能源消耗，我国是资源消耗大国，到2020年为止，我国的工业化水平已经达到较高的水平，与之相对应的是我国居高不下的碳排放量和日益显著的工业废渣污染问题。虽然经济迅速发展，但工业废渣每年约以12亿吨的速度在猛增，其种类繁多、成分复杂、污染严重甚至到了无法忽视的地步。截止2014年，我国未处理的工业废渣可达600亿吨，它们大部分被堆放在废渣场，或用于回填、铺路等附加值用途。从分类上来讲，工业固废主要包括建筑废渣以及化工废料两大类，典型的工业固废如基坑渣土，氯碱工业电石泥，电厂粉煤灰、煤厂煤矸石以及各种含硫甚至重金属的各种尾矿等，其产生量都十分巨大，难以处理，难以运输，难以有效利用，成为遏制城市发展的最重大的阻力。
因此，近年来我国很多学者也提出要对工业废渣进行大量高效的回收利用，并就此展开相关研究工作，他们尝试将工业废渣看作特殊的路基建筑材料或者提高回收利用附加值。目前，对工业固体废渣的处理方法主要有以下几种：①提取废渣中的有价金属。有很多矿产资源开采不完全，炼化后仍有大量的有价金属(金、银、铜、锡、镍等)及伴生金属废弃在工业固体废渣中。因此，从固废中提取有价金属是固废资源化利用的可行方向。然而，用这种方法处理废渣存在两大问题，一是产生新的污染，二是废渣量在处理后并不明显减少，需要进一步处理与利用。②直接用于填充矿坑或者公路。随着我国经济和城镇化建设的快速发展，许多矿山直接进入城市建设圈，交通网络的建设更是加快。因此，利用固体废渣充填采矿形成的采空区或者用于路基建设，有助于固体废渣处理。然而，这种处理方式存在废渣利用率低、充填成本高、有关技术与装备尚待开发等问题。③无害化处理。这种方法可解决由废渣引起的气体对环境的污染问题，但依然不能从根本上减少废渣存量问题。④生产高附加值产品。如用工业废渣生产水泥、墙砖、硅酸盐砌块、加气混凝土、泡沫水泥、泡沫玻璃、陶瓷、微晶玻璃等建筑材料及用作土壤改良剂、水处理剂、回收金属(铁、铝和钛)助剂等等，为废渣利用开辟了新的途径，但缺点在于废渣利用量极低，完全不足以处理。
各类工业废渣已经堆积成山，对社会发展和人类生存环境带来巨大压力，面对如此大量的难以处理的固体废渣，国内外的学者提出了各类回收处理办法并开展了相关研究，一定程度上缓解了压力，但总体看来，尽管在某些领域取得一些进展使得某些工业废渣得到很好地利用，但是这些高利用率的处置方式仍旧不能使它大量消耗，而填埋等方案虽然处理量大，但有效利用率极低，还伴随潜在的二次污染，所以工业固废直接填埋或者废弃在废渣场作为相对低成本的方案依然是各大中小企业处理废渣的首选。毫无疑问，这样的应对方式经济效益极低，无法从根本上解决工业固废堆积问题。
基于以上问题，本课题提出利用工业固废制备高性能的人造轻集料也即陶粒来实现废渣的高效高利用率回收，满足国家清洁要求的同时制备出的新型陶粒还能带来直接的经济效益。本研究将着重围绕城市基坑开挖带来的粘土渣以及氯碱工业废料电石泥这两类顽固工业废渣的高效利用，分别设计不同的回收再生产方案，通过制备新型硅酸盐陶粒实现工业废渣的大储量应用，从企业实际需求出发解决污染问题，具有极高的现实意义。
二、基坑粘土研究及应用
2.1 粘土陶粒
粘土陶粒是一种陶瓷质地的人造颗粒。以黏土、亚黏土等为主要原料，经加工制粒，烧胀而成的，粒径在5 mm以上的轻粗集料称为黏土陶粒。粘土陶粒其本质经济实用、节能环保，具有轻质、强度高、吸水率低、隔热保温、抗冻耐腐蚀等特点，大量应用于配制高层建筑结构砼、屋面找坡、保温隔热、污水处理、园林绿化、无土栽培等领域。
近几年来,由于新型城市的开发建造，城市地下空间的开发与利用率极大提高,而基坑开挖过程中会产生大量渣土,大量的基坑渣土都会被运送到弃土场进行堆积或者填埋,占用了大量的土地资源,造成土壤的污染;此外,在长距离运输过程中,抛洒滴漏现象经常发生,不仅严重影响市容市貌,还会对城市的交通秩序产生威胁。因此,对基坑开挖渣土进行再利用,既可降低渣土外运成本,还能节约资源、保护城市环境,符合国家发展循环经济,保护生态环境,建设资源节约型、环境友好型社会的要求。
基坑渣土实际上还有大量的粘土矿，大量前期研究表明基坑粘土含有石英粉泥、伊利石、钙长石、云母等矿物相。这些粘土矿中含有活性二氧化硅（SiO2）可以参与水化反应。目前,在基坑粘土渣领域的回收利用国内外已开展了较多的研究，包括制备粘土砖，粘土陶粒，多孔吸附材料等多种用途，目前在粘土陶粒方面已经有较多的研究。从现有的资料来看，最早期的人造轻骨料工业生产的就是粘土陶粒。早在20年前，黄纲等人就已经使用粘土或粉质粘土等为主要原料,经加工制粒于1050～1350℃高温烧胀制备出粘土烧结轻陶粒。吴丽芳等人也以粉煤灰为主料,掺加少量粘土与附加剂,通过试验,找到了烧制膨胀型陶粒最佳配比和最佳工艺制度，制备出具有高强度、低吸水率和低表观密度的粘土陶粒。王祝来等人将纳米Al2O3添加到粘土中制作陶粒,考察烧结温度、烧结时间及纳米Al2O3含量对陶粒比表面积和内部孔径变化的影响.结果表明,随着烧结温度的上升,无论是添加0g或2g纳米Al2O3,两种类型陶粒比表面积均呈下降趋势,但后者对陶粒孔径大小影响不大。此外，诸多的利用此类陶粒试配的高强度混凝土也表明了这些陶粒超高的实用性。李文斌等人研究了两种类型粘土陶粒作为骨料和其它普通常规材料配制出粘土陶粒轻骨料混凝土的性能对比，试验结果表明,粘土陶粒轻骨料混凝土具备自重轻、导热系数低等优点，且物理力学性能也优于一般混凝土。高仙等人还将粘土陶粒作为滤料研究其吸附净水效果，实验证明粘土质多孔陶粒体密度低、气孔率高、表面粗糙，对污水中重金属离子Cu2 、Pb2 和Cd2 具有较好的吸附性能。
上述的研究都表明，粘土陶粒具有多种优异性能，具有实用价值。早期使用的粘土原料是具有一定膨胀性能、疏松状的，随着工业的发展，技术的进步，焙烧陶粒的原料已扩展到粘土固结状态的页、泥岩、江河湖海的淤泥、煤矸石、粉煤灰及其它工业固体废弃物等。源于各种因素的制约，我国人造轻骨料工业走过了近半个世纪的艰难曲折、时兴时衰的发展历程，这其中粘土陶粒所占“份额”始终为首。随着我国墙改力度的加快、加大，“禁实”政策的进一步落实，人造轻骨料及其制品的开发应用遇到了千载难逢的好机会，但用粘土焙烧陶粒．却是与“国策”相悖的，为了保护环境、保护生态平衡，仍需另辟蹊径，研究更好的利用办法。本课题在上述基础上提出，以粘土为主要原料制备高性能免烧结陶粒，为处理基坑粘土堆积问题提供全新的思路。
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