成果簡介：
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(guān)鍵矛盾，從資源循環(huán)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(shè)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(fù)合協(xié)同效應(yīng)理論及在路面基層材料中的應(yīng)用三個方面進行了系統(tǒng)的研究工作，主要技術(shù)內(nèi)容涵蓋了材料研發(fā)、理論研究和實際工程應(yīng)用三個層面。
(1)基于熱液蝕變理論的惰性硅鋁礦物活性增強機理
赤泥、煤矸石、粉煤灰、尾礦等固廢中含有大量的硅鋁組分，其膠凝活性差的難題一直限制著其在建筑材料中的大摻量利用，研究借鑒地學(xué)“熱液蝕變”理論，提出了赤泥煤矸石物料體系硅鋁質(zhì)惰性礦物復(fù)合熱活化的方法，克服了硅鋁質(zhì)惰性固廢膠凝活性差的難題。
(2)基于多聚合度設(shè)計的赤泥-煤矸石基膠凝材料配位理論
依托現(xiàn)代分析測試儀器的發(fā)展和配位化學(xué)理論，采用固體核磁共振(MAS NMR)研究了赤泥-煤矸石基硅鋁質(zhì)膠凝材料的水化產(chǎn)物，闡明了隨著硅鋁質(zhì)膠凝材料水化齡期的延長，存在硅對鋁的四配位同構(gòu)效應(yīng)，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(jié)的難題，為赤泥等固廢綜合利用提供了理論依據(jù)。
(3)以廢治廢的多種固廢復(fù)合協(xié)同效應(yīng)理論及在路面基層材料中的應(yīng)用
提出并證明了“多種固廢資源的復(fù)合協(xié)同效應(yīng)”，并成功應(yīng)用在赤泥等多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(yōu)勢互補”，以多種固廢制備出性能優(yōu)良的公路路面基層材料，為實現(xiàn)固廢在建筑材料里的“高摻量利用”奠定了理論基礎(chǔ)。
(4)基于濕赤泥均化分散新技術(shù)應(yīng)用
開發(fā)了高可靠性、可操作性強的赤泥基路面基層材料施工工藝，避免了赤泥干燥和脫堿的難題，實現(xiàn)了赤泥等固廢在公路路面基層中的高摻量和低成本利用，填補了國內(nèi)外赤泥在路面基層材料中的應(yīng)用空白。
2017年11月14日，中國建筑材料聯(lián)合會在北京市組織召開了由北京科技大學(xué)和中色十二冶金建設(shè)有限公司完成的“赤泥等多固廢協(xié)同利用理論及其在路面基層材料中的應(yīng)用”項目科技成果鑒定會。以中國工程院院士、清華大學(xué)李龍土教授為主任的鑒定委員會專家一致認為，該項目成果填補了赤泥基多固廢復(fù)合材料在路面基層材料中的應(yīng)用空白。該成果對我國赤泥等大宗工業(yè)固廢的資源化利用具有重要意義，經(jīng)濟、社會效益顯著，應(yīng)用前景廣闊，項目整體技術(shù)達到“國際先進水平”，建議盡快推廣應(yīng)用。
截止到目前，該創(chuàng)新成果已經(jīng)在中色十二冶金建設(shè)有限公司、山西中科弘源環(huán)保科技有限公司、貴州中科見地新材料科技有限公司等企業(yè)應(yīng)用，不僅保護了環(huán)境，而且具有較好的經(jīng)濟效益。
赤泥等多固廢協(xié)同利用制備路面基層材料是一種赤泥等固廢消耗量較大的應(yīng)用方式，不僅成本低廉、性能優(yōu)良，還可節(jié)省大量的石灰、砂石等天然資源，并拓寬了建筑材料的選擇范圍。研究成果對我國赤泥等大宗工業(yè)固廢的資源化利用具有很高的環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益，且應(yīng)用前景廣闊。
應(yīng)用案例
山西陽泉207國道、山西興縣華興鋁廠道路
研發(fā)背景
據(jù)統(tǒng)計，2018年我國赤泥產(chǎn)生量已超過1億噸，而利用率僅為4%左右。與此同時，隨著國家生態(tài)文明建設(shè)的深入，政府對環(huán)保生產(chǎn)也是越來越重視。因此，加快工業(yè)固廢的循環(huán)利用工作迫在眉睫，而利用工業(yè)固廢制備建筑材料是國內(nèi)外公認的大宗消納固廢的最主要途徑。
目前赤泥等固廢的國內(nèi)外綜合利用途徑主要有：提取有價組分，生產(chǎn)建筑材料、環(huán)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，許多工業(yè)固廢中含有一定的對環(huán)境有害的重金屬等離子。在目前已有的資源化利用方式中，要不就是技術(shù)不成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品的環(huán)境性能不達標;要不就是現(xiàn)有成熟技術(shù)的產(chǎn)品赤泥等固廢摻量較低。因此，目前赤泥等固廢實際利用率不高，利用量與產(chǎn)量相比還遠遠不夠，很難解決堆積如山的赤泥等固廢所造成的環(huán)境問題。
目前路面基層材料多以水泥、石灰、石砂等為主，成本高且消耗大量的自然資源。本研究針對各種工業(yè)固廢(赤泥、煤矸石、粉煤灰、脫硫石膏、鋼渣、磷渣等)的特征研發(fā)通過多種工業(yè)固廢制備路面基層材料的新技術(shù)，不僅可以節(jié)約大量的自然資源，而且還能使環(huán)境得到有效保護。同時，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(guān)鍵矛盾，從資源循環(huán)的角度，對路面基層材料的物理力學(xué)性能、固堿機理和環(huán)境性能進行研究，進而克服赤泥等固廢在路面基層材料中綜合利用的關(guān)鍵問題，使其能夠滿足大宗處理赤泥等固廢的需求，從而減少環(huán)境破壞和拓寬路面基層材料的選材范圍。
作用原理
熱液蝕變理論的惰性硅鋁礦物活性增強機理
多聚合度設(shè)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(fù)合協(xié)同效應(yīng)理論
濕赤泥均化分散
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(wěn)定材料鋪設(shè)道路路面基層成本上可節(jié)約20-50%左右。本技術(shù)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(shù)適用在工業(yè)固廢產(chǎn)生量較大、種類較多的地區(qū)，應(yīng)用條件一般在距離氧化鋁赤泥堆場一定距離內(nèi)。赤泥路面基層材料是一種赤泥消耗量較大的應(yīng)用方式，不僅制備工藝簡單、性能優(yōu)良、成本低廉，還可節(jié)省大量的石灰、砂石、粘土等資源，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
聲明：
“赤泥等多固廢協(xié)同利用理論及其在路面基層材料中的應(yīng)用” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：北京科技大學(xué)
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