[00109279]赤泥等多固廢協同利用理論及其在建筑材料中的應用
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技術詳細介紹
合作方式：?整體轉讓 ?技術許可 ?作價入股 ?合作開發 ?其它_____
成果簡介：
工業固體廢棄物（赤泥、煤矸石、粉煤灰、脫硫石膏、尾礦、鋼渣等）的無害化、資源化、高摻比綜合利用一直是一個世界性難題。隨著國家《環境保護稅法》于 2018 年 1 月的實施，工業固廢循環利用的重要性已經上升到前所未有的高度。因此，加快工業固體廢棄物的循環利用工作迫在眉睫，而利用工業固廢制備建筑材料是國內外公認的大宗消納固廢的最主要途徑。
本項目針對赤泥等固廢排放和堆積日益增加與資源化利用率過低這一關鍵矛盾，從資源循環的角度，在基于熱液蝕變理論的惰性硅鋁礦物活性增強機理、基于多聚合度設計的赤泥-煤矸石基膠凝材料配位理論、以廢治廢的多種固廢復合協同效應理論及在路面基層材料、免燒磚等建筑材料中的應用三個方面進行了系統的研究工作，取得如下創新：
1. 提出了基于“熱液蝕變”理論的赤泥煤矸石物料體系硅鋁質惰性礦物復合熱活化的方法，克服了硅鋁質惰性固廢膠凝活性差的難題。
2. 開發并應用了膠凝材料的多聚合度物料匹配設計原理，證明了隨著硅鋁質膠凝材料水化齡期的延長，存在硅對鋁的四配位同構效應，解決了赤泥在建材化大宗利用過程中 Na 固結的難題。
3. 發現了“多種固廢資源的復合協同效應”，并成功應用在赤泥、煤矸石、粉煤灰、高爐渣、脫硫石膏等固廢的綜合利用工作中，充分利用了不同種固廢的特點進行“優勢互補”，以多種固廢制備出性能優良的路面基層材料、免燒磚等建筑材料。
4. 發明了濕赤泥均化分散新技術，開發了高可靠性、可操作性強的赤泥基路面基層材料、免燒磚等建筑材料的施工工藝，避免了赤泥干燥和脫堿的難題，實現了赤泥等固廢在公路路面基層材料、免燒磚等建筑材料中的高摻量和低成本利用，填補了國內外赤泥在路面基層材料、免燒磚等建筑材料中的應用空白。
該項目成果已經獲得國家發明專利 4 項，在國內重要期刊和國外高水平期刊上發表 SCI 論文 100 余篇。該項目由以中國工程院院士、清華大學李龍土教授為主任，中材國際工程股份有限公司副總裁隋同波教授級高工和中國礦業大學（北京）王棟民教授為副主任的中國建筑材料聯合會鑒定委員會對成果進行了綜合評價。鑒定委員會專家一致認為，該成果對我國赤泥等大宗工業固廢的資源化利用具有非常重要意義，經濟、社會效益顯著，應用前景廣闊，項目整體技術達到國際先進水平。建議盡快推廣應用。截止到目前，本技術已經在山西中科弘源環?？萍加邢薰?、貴州中科見地新材料科技有限公司、河北子瑜環保科技有限公司、山西綠固源環?？萍加邢薰?/span>司等 4 家企業應用，資源化利用約 90 萬噸赤泥和 201 萬噸煤矸石和粉煤灰等其他固廢材料，不但保護了環境，而且為上述企業取得了新增利潤 1.12 億元，節支1.19 億元的經濟效益。
因此，赤泥等多固廢協同利用制備建筑材料，不僅固廢消耗量大，而且生產成本低廉、產品性能優良，還可節省大量的石灰、砂石等天然資源，并拓寬了建筑材料原材料的選擇范圍。研究成果對我國赤泥等大宗工業固廢的資源化利用具有較高的環境、經濟、社會效益，且應用前景廣闊。
成熟程度及推廣應用情況：
目前處于何種研發階段：?研發 ?小試 ?中試 ?小批量生產 ?產業化；
樣機：?有 ?無
表 1 項目成果推廣應用現狀
技術優勢：
1. 提出了赤泥煤矸石物料體系硅鋁質惰性礦物復合熱活化的方法，克服了硅鋁質惰性固廢膠凝活性差的難題。
2. 開發并應用了膠凝材料的多聚合度物料匹配設計原理，證明了隨著硅鋁質膠凝材料水化齡期的延長，存在硅對鋁的四配位同構效應，揭示了物料硅（鋁）氧四面體聚合度對膠凝材料硬化體中 Na 的固化機理，解決了赤泥在建材化大宗利用過程中 Na 固結的難題。
3. 發現了“多種固廢資源的復合協同效應”，并成功應用在赤泥、煤矸石、粉煤灰、高爐渣、脫硫石膏等固廢的綜合利用工作中，充分利用了不同種固廢的特點進行“優勢互補”，以多種固廢制備出性能優良的路面基層材料、免燒磚等建筑材料，實現了固廢在建筑材料里的“高摻量利用”。
4. 發明了濕赤泥均化分散新技術，開發了高可靠性、可操作性強的赤泥基路面基層材料、免燒磚等建筑材料的施工工藝，避免了赤泥干燥和脫堿的難題，實現了赤泥等固廢在公路路面基層材料、免燒磚等建筑材料中的高摻量和低成本利用，填補了國內外赤泥在路面基層材料、免燒磚等建筑材料中的應用空白。
性能指標：
本技術協同利用赤泥等固廢，多固廢摻量達 97%，基層材料 7 天無側限抗壓強度達 6.2MPa，7 天鈉元素的模擬浸出 0.0013%（質量百分比），，產品滿足相關國家標準和環境性能指標；具有國家建筑材料測試中心、中國鐵道科學院等權威測試部門的檢測報告 20 余份。
市場分析：
目前，公路路面基層材料多以石灰、石子、粘土和水泥為主，成本高且使用自然資源。采用赤泥路基材料代替水泥碎石穩定材料鋪設道路路面基層成本上可節約 20-50%左右。本技術理論不僅適用于赤泥路面基層材料的制備，同時還適用于利用赤泥等固廢制備水泥混凝土、墻體砌塊材料、礦山充填材料等水泥基建筑材料的制備。本技術適用在工業固廢產生量較大、種類較多的地區，應用條件一般在距離氧化鋁赤泥堆場一定距離內。赤泥路面基層材料是一種赤泥消耗量較大的應用方式，不僅制備工藝簡單、性能優良、成本低廉，還可節省大量的石灰、砂石、粘土等資源，具有廣闊的市場應用前景。
經濟效益分析：
以山西陽泉道路工程成本分析為例：
從表 1 和表 2 可以看出，赤泥路基混合材料實際鋪設施工成本為 186.45 元/m3，傳統水泥碎石穩定材料實際鋪設施工成本為 232.33 元/m3。采用赤泥路基材料代替水泥碎石穩定材料鋪設道路路面基層成本上就可節約 45.88 元/m3左右，為企業創造了良好的經濟和社會效益。
成果亮點：
1. 具有自主知識產權，研究成果已授權發明專利 4 項，申請 5 項。
2. 成果來源：自然基金青年基金、面上項目、中色十二冶金建設有限公司企業橫向項目等。
3. 技術先進性：國際先進。
4. 獲獎情況：2019 年中國建筑材料聯合會·中國硅酸鹽學會建筑材料科技進步二等獎。
