摘要：
针对海上油田产生的含油固废，2016版危废名录明确焚烧后的炉渣属于HW18类管理，规定的实施对焚烧工艺产生了影响，增加了二次处置环节。通过系统分析国内炉渣危害性、处置现状等，均存在一定的弊端，无法最终实现无害化、资源化的处置。近年来烧结技术应用到其他固废处置环节，结果表明具备无害化、资源化的处置能力，按照国家十四五固废发展规划，大力发展资源化处置路径，未来炉渣、含油固废的处置将向烧结方向转型。
海上油田开发过程中，产生了大量的含油类废弃物（含油污水、含油泥浆、含油钻屑），按照环保处置要求，所有废弃物全部集中至陆地终端进行无害化处置，以实现油田绿色环保发展。目前陆地针对含油污泥处置采用回转窑焚烧居多，小部分进行水泥窑协同处置。焚烧产生的炉渣以一般固废进行资源化利用。但是2016版《国家危险废物名录》明确规定，“HW18焚烧处置残渣 危险废物焚烧、热解等处置过程产生的底渣、飞灰和废水处理污泥（医疗废物焚烧处置产生的底渣除外）[1]”。政策的实施对含油固废处置企业提出了新的难题，如何实现炉渣的后续处置？
一、炉渣的危害
（1） 无机盐危害
海上油田作业过程中添加各类化学药剂进行提高产出率，导致钻井平台产生的含油污泥中盐份含量约为7~10%，危废经过焚烧处理后，其炉渣中盐的浓度约达到15%以上，炉渣的随意排放，会导致土壤盐碱化，污染地下水资源，造成环境不同程度污染；
（2） 重金属危害
重金属在自然环境下不能发生分解反应，只会在生物体内转移，因此会导 致重金属污染[2]。炉渣中的重金属元素来源于海底岩层中，在打井过程中部分重金属元素会迁移到废弃物当中，导致炉渣中残存少量的重金属元素。炉渣在存储、使用过程中会通过雨水冲洗渗透至土壤中，按照元素转移方式，后续会转移至动植物中，甚至人体中。对环境生长造成不可逆的危害。
二、目前国内炉渣的处置技术
通过前期的物性分析，炉渣的主要成份为A12O3、SiO2、CaO等化合物组成，与目前市面建筑原材料组分相同，因此目前高校、企业开展了利用炉渣飞灰等废弃物替代建筑材料的探索及应用。研究表明，炉渣可以用于制备水泥、混凝土及免烧砖等[3]。
（1） 用于制备混凝土
混凝土主要就是将砂石、水泥按照比例混合，掺入一定比例的水，制备形成混凝土。当前混凝土市场用途较广，市政建设需求量大。2019年孙金峰等人研究利用炉渣替代部分砂石生产混凝土，并对制备的混凝土特性进行深入分析。结果表明，掺入炉渣的混凝土其抗压强度与常规标号混凝土性质相当[4]。且该类混凝土通过浸出液物性分析，未对环境造成影响，实现了炉渣的资源化利用。
（2） 水泥制备
水泥是通过煅烧石灰石和粘土从而制备的工业产品，其消耗矿山资源，煅烧环节产生大量尾气。将炉渣作为原料小比例掺混用于煅烧环节，可有效降低矿山资源使用，减少气体排放，并且在烧制过程中固化炉渣由重金属元素，降低重金属污染。
（3） 制备免烧砖
由于国内严格限制烧结砖的制备，极大推动了免烧砖的应用。炉渣制免烧砖可以消纳大量的炉渣(占比30％)，免烧砖生产工艺流程短，简单操作，处置效率快的特点。但是由于炉渣残存各类元素，导致其制备的砖质量相对较差，强度低、浸出液存在盐类物质，因此在具体实施过程中只能少量掺比，且项目产品只能用作道路砖，不用于地面以上的建筑物。
三、固废烧结技术发展
陶粒是一种新型的建筑材料，颗粒状，表面坚硬，内部呈蜂窝状，密度小，质量轻。常规陶粒是由黏土、岩石等材料经过物料破碎、筛分，制粒，在1200℃下下烧制而成。其尺寸为10-30mm。烧结后的陶粒球体坚硬，内部呈蜂窝状小孔，其物化性质稳定，具有不易受外界侵蚀、抗高温、耐磨损的特点，目前应用广泛较广。2017年国内开始利用淤泥、垃圾等废弃物替代原料进行烧结资源化利用，目前已经进行了相关的成果落地转化工作，其具备成本成本低、无二次污染等优点。
烧结技术是指原料球在高温条件下发生烧结反应，体积不膨胀或者负膨胀，反应产生新的物相玻璃相、辉石相等，冷却后结晶材料密度和硬度较高[5]。由于烧结反应未发生任何的膨胀反应，所以其烧结球密度较大，堆积密度控制在750kg/m³以上，筒压强度不低于4MPa。炉渣烧结资源化处置是将炉渣及其他固体废弃物与粘土等材料进行加水混合，经过造粒形成毛坯小球，利用烧结设备制得的一种轻集料。对于炉渣陶粒进行烧结时，由于烧结温度和时间的不同，其制备陶粒产品的性能也存在一定的差异。大量的实验研究结果表明[6]，当烧制的温度为 950-1100℃时，产出的陶粒硬度低，比表面积大，密度高；当烧制的温度大于 1100℃时，产出的陶粒具有很高的硬度，且其隔热性能好，密度小，物理和化学性质更加稳定。
炉渣制备陶粒需要满足如下调节：1.必须利用SiO2和 Al2O3作为主要成分，两种物质是构成陶粒的骨架结构，并提高抗压强度。 2.内部必须有产气物质，包括H2O、 碳酸盐、碱性金属氧化物等，其中碱金属氧化物可作为助剂。炉渣、含油污泥、岩屑等主要成份都是 SiO2和 Al2O3，王萍等根据赤泥、煤矸石、粉煤灰在回转 窑中按照不同的配比烧制陶粒，得到的陶粒各项性能指标符合国家标准。胡超超 [7]等用飞灰与电解锰渣、粉煤灰等按照 12:43:45 的比例混合烧制陶粒，通过单因素法确定原材料最佳配比以及最佳烧制工艺，此时陶粒的颗粒强度为769N， 堆积密度为 687kg/m3，此时重金属被固定在以硅铝成分为骨架的晶格中，浸出 毒性低于国家标准。。薛凯旋[8]通过研究以污水处理厂污泥与 黄土、膨润土粉磨后制成球，将其烘干研究烧结温度、时间、原料掺量对陶粒性 能的影响，研究结果确定，污泥：黄土：膨润土的质量比为 20%:30%:50%，在 1180℃保温 20min 时陶粒性能最佳。为了探究水玻璃碱渣的胶粘性，将印染污 泥、碱渣、粉煤灰按照 2:1:1 的配比制成料球，研究表明，小球自然晾干和烘干 会产生不同的效果[9]，烘干的由于水分失去较快可能会产生较多裂纹，保温时间越长，增多的液相填充体积膨胀产生的空隙，故陶粒烧结体的密度和强度都变大。
2021年工业和信息化部发布了《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录（2021年版）》（征求意见稿），其46条明确提出“新型陶粒高效烧结设备”，该工艺技术是针对黄金尾砂溢流泥资源化利用开 发出的“新型陶粒高效烧结设备”，利用黄金尾 渣溢流泥生产陶粒，不仅可以变废为宝，还可以大幅降低溢流泥堆存造成的污染和溃坝风险。因此将炉渣等物质利用高温烧结技术进行资源化处置，既可解决目前HW18类固废处置去向，也可实现危废的资源化利用，一举多得。
四、未来发展
2021年国家发布《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》明确指出，到2025年，大宗固废综合利用水平不断提高，综合利用产业体系不断完善；关键瓶颈技术取得突破，大宗固废综合利用技术创新体系逐步建立。后续针对海上油田焚烧后的炉渣、以及岩屑泥饼等危险废弃物，应在目前处置技术的基础上，深入探索资源化处置路径，替代目前焚烧数量，降低双碳总量，树立企业形象。
[1] 国家危险名录-2016版
[2] 张小俊. 土壤重金属污染及其危害[J]. 农业开发与装备, 2020, 46(10): 109-110.
[3] 罗任宏, 李菁若, 张东长, 等. 生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用概况[J]. 环境影响评价, 2019, 41(04): 63-66.
[4] Jinfeng Sun, Xiaodong Shen, Gang Tan, et al. Compressive strength and hydration characteristics of high-volume fly ash concrete prepared from fly ash[J]. Springer International Publishing, 2019, 136(2): 251-273.
[5] 林慧, 宋晓岚. 利用赞比亚铜尾矿制备高强陶粒及其机理研究[J]. 陶瓷学报, 2016,37(04):404-408
[6] 荣辉, 张鸿飞, 张磊, 等. 污泥陶粒焙烧制度优化及其对陶粒性能的影响[J]. 新型建筑材料, 2019, 46(04): 68-87.
[7] 胡超超. 电解锰渣协同城市生活垃圾焚烧飞灰制备陶粒试验研究[D]. 重庆: 重庆大学,2018
[8] 薛凯旋, 林聪, 杨翔, 等. 污泥陶粒的制备及研究[J]. 江苏建材, 2018, (06): 24-26
[9]李寿德, 刘蓉. 利用印染污泥和建筑淤泥焙烧陶粒的试验研究[J]. 砖瓦, 2020(03):18-22
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