赤泥等多固废协同利用理论及其在建筑材料中的应用

合作方式： ☒整体转让 ☒技术许可 ☐作价入股 ☒合作开发 ☐其它_

成果简介： 工业固体废弃物（赤泥、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、尾矿、钢渣等）的无害化、资源化、高掺比综合利用一直是一个世界性难题。随着国家《环境保护税法》于2018年1月的实施，工业固废循环利用的重要性已经上升到前所未有的高度。因此，加快工业固体废弃物的循环利用工作迫在眉睫，而利用工业固废制备建筑材料是国内外公认的大宗消纳固废的最主要途径。

本项目针对赤泥等固废排放和堆积日益增加与资源化利用率过低这一关键矛盾，从资源循环的角度，在基于热液蚀变理论的惰性硅铝矿物活性增强机理、基于多聚合度设计的赤泥-煤矸石基胶凝材料配位理论、以废治废的多种固废复合协同效应理论及在路面基层材料、免烧砖等建筑材料中的应用三个方面进行了系统的研究工作，取得如下创新：

1. 提出了基于“热液蚀变”理论的赤泥煤矸石物料体系硅铝质惰性矿物复合热活化的方法，克服了硅铝质惰性固废胶凝活性差的难题。
2. 开发并应用了胶凝材料的多聚合度物料匹配设计原理，证明了随着硅铝质胶凝材料水化龄期的延长，存在硅对铝的四配位同构效应，解决了赤泥在建材化大宗利用过程中Na固结的难题。
3. 发现了“多种固废资源的复合协同效应”，并成功应用在赤泥、煤矸石、粉煤灰、高炉渣、脱硫石膏等固废的综合利用工作中，充分利用了不同种固废的特点进行“优势互补”，以多种固废制备出性能优良的路面基层材料、免烧砖等建筑材料。
4. 发明了湿赤泥均化分散新技术，开发了高可靠性、可操作性强的赤泥基路面基层材料、免烧砖等建筑材料的施工工艺，避免了赤泥干燥和脱碱的难题，实现了赤泥等固废在公路路面基层材料、免烧砖等建筑材料中的高掺量和低成本利用，填补了国内外赤泥在路面基层材料、免烧砖等建筑材料中的应用空白。

该项目成果已经获得国家发明专利4项，在国内重要期刊和国外高水平期刊上发表SCI论文100余篇。该项目由以中国工程院院士、清华大学李龙土教授为主任，中材国际工程股份有限公司副总裁隋同波教授级高工和中国矿业大学（北京）王栋民教授为副主任的中国建筑材料联合会鉴定委员会对成果进行了综合评价。鉴定委员会专家一致认为，该成果对我国赤泥等大宗工业固废的资源化利用具有非常重要意义，经济、社会效益显著，应用前景广阔，项目整体技术达到国际先进水平。建议尽快推广应用。

截止到目前，本技术已经在山西中科弘源环保科技有限公司、贵州中科见地新材料科技有限公司、河北子瑜环保科技有限公司、山西绿固源环保科技有限公司等4家企业应用，资源化利用约90万吨赤泥和201万吨煤矸石和粉煤灰等其他固废材料，不但保护了环境，而且为上述企业取得了新增利润1.12亿元，节支1.19亿元的经济效益。

因此，赤泥等多固废协同利用制备建筑材料，不仅固废消耗量大，而且生产成本低廉、产品性能优良，还可节省大量的石灰、砂石等天然资源，并拓宽了建筑材料原材料的选择范围。研究成果对我国赤泥等大宗工业固废的资源化利用具有较高的环境、经济、社会效益，且应用前景广阔。

成熟程度及推广应用情况： 目前处于何种研发阶段：☐研发 ☐小试 ☐中试 ☐小批量生产 ☒产业化； 样机：☒有 ☐无

表1 项目成果推广应用现状

技术优势： 1. 提出了赤泥煤矸石物料体系硅铝质惰性矿物复合热活化的方法，克服了硅铝质惰性固废胶凝活性差的难题。 2. 开发并应用了胶凝材料的多聚合度物料匹配设计原理，证明了随着硅铝质胶凝材料水化龄期的延长，存在硅对铝的四配位同构效应，揭示了物料硅（铝）氧四面体聚合度对胶凝材料硬化体中Na的固化机理，解决了赤泥在建材化大宗利用过程中Na固结的难题。 3. 发现了“多种固废资源的复合协同效应”，并成功应用在赤泥、煤矸石、粉煤灰、高炉渣、脱硫石膏等固废的综合利用工作中，充分利用了不同种固废的特点进行“优势互补”，以多种固废制备出性能优良的路面基层材料、免烧砖等建筑材料，实现了固废在建筑材料里的“高掺量利用”。 4. 发明了湿赤泥均化分散新技术，开发了高可靠性、可操作性强的赤泥基路面基层材料、免烧砖等建筑材料的施工工艺，避免了赤泥干燥和脱碱的难题，实现了赤泥等固废在公路路面基层材料、免烧砖等建筑材料中的高掺量和低成本利用，填补了国内外赤泥在路面基层材料、免烧砖等建筑材料中的应用空白。

性能指标： 本技术协同利用赤泥等固废，多固废掺量达97%，基层材料7天无侧限抗压强度达6.2MPa，7天钠元素的模拟浸出0.0013%（质量百分比），产品满足相关国家标准和环境性能指标；具有国家建筑材料测试中心、中国铁道科学院等权威测试部门的检测报告20余份。

市场分析： 目前，公路路面基层材料多以石灰、石子、粘土和水泥为主，成本高且使用自然资源。采用赤泥路基材料代替水泥碎石稳定材料铺设道路路面基层成本上可节约20-50%左右。本技术理论不仅适用于赤泥路面基层材料的制备，同时还适用于利用赤泥等固废制备水泥混凝土、墙体砌块材料、矿山充填材料等水泥基建筑材料的制备。本技术适用在工业固废产生量较大、种类较多的地区，应用条件一般在距离氧化铝赤泥堆场一定距离内。赤泥路面基层材料是一种赤泥消耗量较大的应用方式，不仅制备工艺简单、性能优良、成本低廉，还可节省大量的石灰、砂石、粘土等资源，具有广阔的市场应用前景。

经济效益分析： 以山西阳泉道路工程成本分析为例：

从表1和表2可以看出，赤泥路基混合材料实际铺设施工成本为186.45元/m³，传统水泥碎石稳定材料实际铺设施工成本为232.33元/m³。采用赤泥路基材料代替水泥碎石稳定材料铺设道路路面基层成本上就可节约45.88元/m³左右，为企业创造了良好的经济和社会效益。

成果亮点： 1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利4项，申请5项。 2. 成果来源：自然基金青年基金、面上项目、中色十二冶金建设有限公司企业横向项目等。 3. 技术先进性：国际先进。 4. 获奖情况：2019年中国建筑材料联合会·中国硅酸盐学会建筑材料科技进步二等奖。

工业固体废弃物（赤泥、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、尾矿、钢渣等）的无害化、资源化、高掺比综合利用一直是一个世界性难题。随着国家《环境保护税法》于2018年1月的实施，工业固废循环利用的重要性已经上升到前所未有的高度。因此，加快工业固体废弃物的循环利用工作迫在眉睫，而利用工业固废制备建筑材料是国内外公认的大宗消纳固废的最主要途径。

本项目针对赤泥等固废排放和堆积日益增加与资源化利用率过低这一关键矛盾，从资源循环的角度，在基于热液蚀变理论的惰性硅铝矿物活性增强机理、基于多聚合度设计的赤泥-煤矸石基胶凝材料配位理论、以废治废的多种固废复合协同效应理论及在路面基层材料、免烧砖等建筑材料中的应用三个方面进行了系统的研究工作，取得如下创新：

成熟程度及推广应用情况：

市场分析：

经济效益分析：

成果亮点：