资源、能源的有效利用和生态环境保护是经济、社会、协调和可持续发展的必然要求，也是工业企业乃至全社会的一项艰巨任务。而循环经济理论就是在这一大背景下提出的，它按照资源减量化、产品反复使用和废弃物资源化原则，组成资源——产品——再生资源——再生产品的闭环经济循环过程，使得整个过程不产生或少产生废弃物，最大限度地减少末端处理，达到物质、能量利用最大化、废弃物排放最小化的目的。在我国，由于人口多、工业起步较晚，发展滞后，基本需求缺口大，因此，全社会对资源、能源的消耗巨大，这在冶金、电力和建材等传统产业尤为突出，甚至造成了资源的无节制开采，能源的低效能过量使用以及废弃物的随意排放和长期堆存，从而增加了社会的负担。建材行业的能耗约占全国工业总能耗的7%，C02和S02的年总排量分别占全国工业企业总排量的26%和14%，煤炭、电力等行业，每年亦排煤矸石、粉煤灰、炉渣等固体废弃物2亿吨以上，对资源、能源和环保带来的压力日显沉重，制砖业亦每年消耗10多亿吨的黏土、标煤约7000万吨，年排C02和S02总量约占建材工业的30%。因此，研究和探讨循环经济理论在制砖业的应用，推行和发展全程生态设计，对提高资源、能量的利用效率和改善生态环境具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。
1 制砖技术发展趋势及国内外发展概况
1.1世界制砖技术发展趋势
世界制砖技术发展趋势是以产品优质、多功能，资源、能源低消耗和环境保护为中心，实现清洁化生产和集团化经营，劳动生产率大幅度提高，在保证产品质量、功能的前提下，加强工业生态化技术研究和开发，通过原料优化配合、处理、工艺设备优化设计、余热回收利用，以及厂区植被的合理设计，实现劣质原料的增值使用和废弃物的资源化利用，达到与生态环境的协调发展。主要技术手段包括多组分原料改性配制，产品的优质、多功能，新技术新装备的开发应用，检测控制技术的系统化应用以及热工设备保温隔热性能改善等。
1.2国外发展概况
a.产品品种多、功能全、价值高。高强砖、工程砖抗压强度通常在30～90 MPa之间；外墙砖具有承重、装饰双重功能；空心砖在烧结制品中用量达70%以上，并具有轻质、大块和良好的保温作用。
b.企业平均生产规模不断提高，人均劳动生产率（实物）达300万块／年；产品全部使用人工干燥、隧道窑焙烧；切、码、运系统为全自动化，整个工艺过程基本实现了中央控制室监测控制。
c.高度重视环境保护问题，建厂时在厂区绿化、清洁生产、废弃物利用和污染物排放等方面都有严格的规定。如厂区周围须建立绿化带，焙烧时排出的氟气体不得超标，否则必须采取石灰吸附等技术措施进行处理。
d.节约能源是制砖工业的首要目标之一，上世纪80年代已提出能源将决定了砖瓦工业的发展方向。因此，生产节能产品、研究、开发节能热工设备已成为制砖工业的焦点，如德国制砖热耗已从上世纪80年代4.18×400 kJ／kg制品下降至目前的约4.18×300 kJ／kg制品。
e.合理利用黏土资源。从上世纪60年代开始，制砖工业已开始了煤矸石、粉煤灰、炉渣、秸秆、锯末等废渣用于制砖的研究开发工作，并着力研究劣质土多组分配合原料的应用，以在不影响产品性能的前提下，节约黏土资源。此外也特别重视原料的利用效率问题，例如通过生产高强砖和空心砖，延长产品的使用周期和提高单位原料的投入产出比，以最大限度地节约资源。
f.生产工艺不断细化，主机和窑炉大型化。原料制备中加强了破碎、混合、均化和陈化工艺环节；成型趋向于多泥条挤出和多品种产品的生产；窑炉趋向于宽断面、高保温和自动监测控制，整个生产工艺日趋合理化、自动化和高效化。
1.3 国内情况及与国外的差距
我国制砖企业约有企业8～9万家，年产量在7000亿块左右，但产品结构极不合理，黏土实心砖约占80%以上，产品质量较差，大部分承重砖抗压强度在15MPa左右，且外观尺寸、色泽不良，一般用于墙体后需要外装修。生产工艺简陋，近90%的产品使用自然干燥，坯场占地严重，90%以上的企业使用轮窑生产，劳动强度大，作业环境差，缺乏应有的自动监测控制手段，大多凭经验操作，产品质量、产量和消耗指标受人为因素影响较为突出，企业废弃物减排、绿化、环保意识较差，还没有引起普遍关注。随着墙材革新与建筑节能工作的推动，制砖工业也发生了深刻的变化，空心砖的生产和应用在逐步增加，普通黏土砖也随之减少，数百家工艺、设备先进、品种多、规模大的隧道窑生产企业相继建成投产，成为行业发展的领头羊，发挥着导向和示范作用，但由于我国砖产品普遍价格较低，企业自我发展能力差，行业总体产品、技术、装备乃至管理水平仍然是滞后的，与国外同业差距较大，表1列出了国内外制砖工业的一些工艺过程对比情况，从中我们可以看出，我国制砖工业还需要加大研究、开发和投入力度，进一步做好改造、提高工作。
1.4我国制砖工业生态化发展方向
a.进一步优化产品结构，大力发展空心制品、高强工程砖、装饰清水墙砖和轻质保温砖。严格限制普通黏土砖生产和应用，逐步提高生态墙材的市场占有率。b.大力推广劣质原料、煤矸石、粉煤灰、炉渣等含热值工业废渣和多组分配合原料以及建筑垃圾的研究开发和应用力度，利用其他工业排出的废料作为制砖原料并与之形成相互依存和共同发展的产业链，以节约优质黏土资源和降低能耗。c.推广人工干燥、节能型轮窑或隧道窑等较先进的生产工艺及窑炉密封、保温技术，加强生产过程监测、控制，不断提高清洁化生产水平。d.增强资源有效利用和环保意识，加强生态技术开发，规模企业实行生态设计，从建厂植被绿化、废坯头、废砖块回收利用，余热回收利用以及烟气净化等都应严格遵循有关规范或标准。e.认真落实国家墙材革新、资源、能量有效使用方面的政策法规，在产品、原燃料消耗和工厂生态化设计方面逐步达到有关规范要求，以实现制砖工业与自然界的和谐和可持续发展。
2制砖工业生态设计的概念
2.1 生态设计的技术与定义
本技术是指制砖工业有利于生态环境的产品、生产工艺与机械装备的设计与开发，以及这些工艺、装备系统的工程设计和控制。本技术领域主要包括生产空心砖、高强工程砖、饰面清水墙砖技术，工业企业废渣、建筑垃圾等的资源化利用技术，以及CO2、SO2和氟气体减排技术，污染物监测技术与装置等。制砖工业的生态设计是指产品功能好、资源、能源高效使用，环境效率改善的砖产品及其生态工艺的设计即砖厂生态设计。砖厂的生态设计水平主要取决于生态设计要素水平，控制内容及其产品与环境的协调性。
2.2生态设计的技术要素与水平
生态设计的技术要素包括产品、原燃料、工艺与装备、生产规模与成品质量以及废弃物排放等。其水平是指产品的质量与功能要求，符合生态化要求的原、燃料、工艺技术与装备，特别是热工设备的先进性和与环境的协调性以及生产过程控制系统的应用程度等。
2.3生态设计的控制内容
2.3.1资源和能源的有效利用是否采用劣质土，如山土、河泥等；是否采用工业废渣如煤矸石、粉煤灰、炉渣等废弃资源；采土后是否回填、植被绿化或利用等；窑炉是否采用密封、保温材料和余热回收利用系统等。
2.3.2产品的质量及其功能是否生产多孔砖、空心砖；产品的强度、外观饰面、孔洞率与孔型设计及保温性能等。
2.3.3生产过程控制如泥料制备、成型及辅助设备电耗；干燥、焙烧系统热耗；废坯头、废砖头回收利用；半成品、成品合格率，以及热工设备监测控制系统应用等。
2.3.4.污染物排放控制包括料场（主要是煤矸石、粉煤灰）、破碎设备、陈化库粉尘排放极限，窑炉烟气、氟、CO2、S02等有害气体排放，废砖块等垃圾排放以及厂界噪声极限，厂区植被绿化率等。
2.3.5与环境的协调性。a.有条件的地方尽量使用煤矸石、粉煤灰、炉渣等含热值工业废料取代部分黏土原料，以节约土地和部分燃料。b.窑炉加强监测控制和烟气净化设备的开发应用，以达到环保要求；c.厂界应建立绿化带，厂区植被面积应达到一定要求，采场取土后应回填、植被绿化或复耕利用；d.产品应逐步实现捆扎吊装，减少产品堆场、运输途中以及使用现场的破损率，减轻因破损废弃对环境产生的压力；e.加强城市建筑垃圾制砖的研究开发和应用，减轻城市垃圾排放负担，改善社会环境。
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