赤泥等多固废协同利用理论及其在路面基层材料中的应用

227 编辑：中冶有色技术网来源：北京科技大学

2024-07-26 16:57:24

成果简介：

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中的应用三个方面进行了系统的研究工作，主要技术内容涵盖了材料研发、理论研究和实际工程应用三个层面。

(1)基于热液蚀变理论的惰性硅铝矿物活性增强机理

赤泥、煤矸石、粉煤灰、尾矿等固废中含有大量的硅铝组分，其胶凝活性差的难题一直限制着其在建筑材料中的大掺量利用，研究借鉴地学“热液蚀变”理论，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)基于多聚合度设计的赤泥-煤矸石基胶凝材料配位理论

依托现代分析测试仪器的发展和配位化学理论，采用固体核磁共振(MAS NMR)研究了赤泥-煤矸石基硅铝质胶凝材料的水化产物，阐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，为赤泥等固废综合利用提供了理论依据。

(3)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中的应用

提出并证明了“多种固废资源的复合协同效应”，并成功应用在赤泥等多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公路路面基层材料，为实现固废在建筑材料里的“高掺量利用”奠定了理论基础。

(4)基于湿赤泥均化分散新技术应用

开发了高可靠性、可操作性强的赤泥基路面基层材料施工工艺，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中的应用空白。

2017年11月14日，中国建筑材料联合会在北京市组织召开了由北京科技大学和中色十二冶金建设有限公司完成的“赤泥等多固废协同利用理论及其在路面基层材料中的应用”项目科技成果鉴定会。以中国工程院院士、清华大学李龙土教授为主任的鉴定委员会专家一致认为，该项目成果填补了赤泥基多固废复合材料在路面基层材料中的应用空白。该成果对我国赤泥等大宗工业固废的资源化利用具有重要意义，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，该创新成果已经在中色十二冶金建设有限公司、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等企业应用，不仅保护了环境，而且具有较好的经济效益。

赤泥等多固废协同利用制备路面基层材料是一种赤泥等固废消耗量较大的应用方式，不仅成本低廉、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很高的环境、经济、社会效益，且应用前景广阔。

应用案例

山西阳泉207国道、山西兴县华兴铝厂道路

研发背景

据统计，2018年我国赤泥产生量已超过1亿吨，而利用率仅为4%左右。与此同时，随着国家生态文明建设的深入，政府对环保生产也是越来越重视。因此，加快工业固废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。

目前赤泥等固废的国内外综合利用途径主要有：提取有价组分，生产建筑材料、环保材料和其他材料，填筑路基，建筑工程回填，改良土壤等。然而，许多工业固废中含有一定的对环境有害的重金属等离子。在目前已有的资源化利用方式中，要不就是技术不成熟、产品质量不稳定，产品的环境性能不达标;要不就是现有成熟技术的产品赤泥等固废掺量较低。因此，目前赤泥等固废实际利用率不高，利用量与产量相比还远远不够，很难解决堆积如山的赤泥等固废所造成的环境问题。

目前路面基层材料多以水泥、石灰、石砂等为主，成本高且消耗大量的自然资源。本研究针对各种工业固废(赤泥、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、钢渣、磷渣等)的特征研发通过多种工业固废制备路面基层材料的新技术，不仅可以节约大量的自然资源，而且还能使环境得到有效保护。同时，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，对路面基层材料的物理力学性能、固碱机理和环境性能进行研究，进而克服赤泥等固废在路面基层材料中综合利用的关键问题，使其能够满足大宗处理赤泥等固废的需求，从而减少环境破坏和拓宽路面基层材料的选材范围。

作用原理

热液蚀变理论的惰性硅铝矿物活性增强机理

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

湿赤泥均化分散

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。

声明：

“赤泥等多固废协同利用理论及其在路面基层材料中的应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

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