低成本瀝青改性與赤泥資源化應用技術研究

李子云 楊廣軍

（1.鄭州市路通公路建設有限公司，河南 鄭州450000；2.鄭州航空工業管理學院，河南 鄭州 450000）

1 相關領域技術發展水平和趨勢

赤泥是氧化鋁礦提煉氧化鋁生產中排放的一種廢棄物，據統計，每生產1噸氧化鋁要排放1～1.8t赤泥。近年來，隨著全球環保意識的增強，筑壩堆存已成為主要的排放方式，每噸赤泥的管理、堆存費用為50～100元，不僅占用大量土地資源，而且強堿性、高鹽度的赤泥廢棄物長期堆存滲漏，對生態環境（如土壤、水體和地下水等）造成嚴重污染。另外，赤泥堆存場表面風干的赤泥揚塵則造成空氣懸浮顆粒污染，直接影響區域環境空氣質量。因此，鋁工業大量赤泥礦渣的堆存已成為新的環境污染源［1-3］。

瀝青為不可再生資源，石油瀝青是將精制加工石油所殘余的渣油，經適當的工藝處理后得到的產品。工程中采用的瀝青絕大多數是石油瀝青，石油瀝青是復雜的碳氫化合物與其非金屬衍生物組成的混合物。如果原油價格增長，必然帶動瀝青、改性瀝青的價格的不斷增長，通過提高我國改性瀝青的深加工能力，減少瀝青用量，增大廢棄資源綜合利用能力，具有重大的經濟效益和社會效益。

鄭州航空工業管理學院“路面材料瀝青改性”河南省工程技術研究中心的楊廣軍教授從2012年6月起，通過和鄭州市路通公路建設有限公司合作，利用赤泥資源開發了改性瀝青穩定劑，解決高溫改性瀝青儲存穩定問題，為赤泥用改性瀝青新技術的工程化應用奠定了基礎。

2 低成本瀝青改性與赤泥資源化應用技術研究內容

目前國內外改性瀝青主要采用以SBS為主要原材料的瀝青改性劑進行改性，價格昂貴，每噸改性瀝青要高出基質瀝青1400元左右；針對河南省氣候特點，和鄭州地區赤泥材料的性能特點，在固體廢棄物-赤泥的物理性能和化學性能充分研究的基礎上，采用少量SBS成分，考慮充分利用廢棄赤泥資源、高嶺土、粉煤灰等低成本原料，根據鄭州地區赤泥有價元素含量變化的特點，開發出低成本、高效瀝青改性技術，包括基于赤泥材料的瀝青改性劑和高溫儲存穩定劑，制備出符合高等級路面性能指標的高性能改性瀝青，使瀝青改性成本節約30%左右，提高改性質量，開發出低成本高性能的改性瀝青，并成功應用于道路鋪筑，在我省形成一支特色鮮明、深受道路工程人員歡迎的科研隊伍和成果。

3 低成本瀝青改性技術方案和技術經濟指標等

為了開發出耐候性、低成本和高性能的瀝青路面，以及所需的瀝青改性劑和高溫儲存穩定劑，研究方案如下：

①確定高效、低成本瀝青改性劑和高溫儲存穩定劑的造粒制備工藝和設備，選擇來源穩定、成分穩定的赤泥、粉煤灰的供給基地，選擇赤泥、粉煤灰的篩選、粉碎、烘干設備，使制備的赤泥、粉煤灰的粒度、干燥度均勻一致，滿足改性劑和穩定劑的質量要求；確定出改性劑和穩定劑的生產設備—雙螺桿擠出造粒機，根據赤泥、粉煤灰、SBS、芳烴油等原材料，根據研究的配方，制定出改性劑和穩定劑的制備、造粒工藝和加工溫度；設備調試，制備出性能穩定的改性劑和穩定劑。

②用瀝青測試儀器進行改性瀝青性能的測試，研究結構與性能的關系。選擇使其60℃黏度超過200 000Pa.s，軟化點大于70℃，在5℃溫度下碳瀝青延度達到30～50mm，具有顯著的抗高溫車轍、低溫抗裂優良性能。在高分子加工設備上制備出直接拌和用改性劑。比較成品改性瀝青和直接拌和法制備的改性瀝青混合料試驗的區別，并改進拌和工藝，使其工藝簡單且混合料性能穩定。

③根據氣候數據計算瀝青路面路用性能，對各級配進行反復調整，根據馬歇爾試驗得出合適的瀝青用量。根據礦料的篩分結果和級配要求進行混合料各項路用性能測試，并得出改性劑和混合料性能之間的關系。

④根據實地路面要求進行路面中面層設計，滿足路用性能要求。根據路面需求確定改性劑用量，適時解決改性劑拌和和路面攤鋪問題。實地鋪設路面并進行路用各性能檢測，使其達到設計要求。

4 本技術特色與創新之處

①赤泥的大規模資源化綜合利用，是世界性的技術難題，本項目成功把固態廢棄物赤泥作為改性瀝青改性劑和高溫存儲穩定劑，不僅可以節省大量瀝青材料這一不可再生資源，大大降低改性瀝青成本，還可充分對赤泥的資源化大規模利用開辟了全新的道路。

②本技術巧妙地利用了赤泥堿含量高（制約赤泥大規模利用）這一關鍵點，充分利用赤泥的高堿含量，來提高瀝青和混合料的黏結力。

③解決好軟化點大于70℃，在5℃溫度下碳瀝青延度達到30～50mm，具有顯著的抗高溫車轍、低溫抗裂優良性能和低成本之間的矛盾。

④產品的工程化、實用化開發、自主產權技術的改性劑和高溫儲存穩定劑的開發及其造粒制備工藝，并保證改性瀝青有好的抗高溫性能和良好的低溫延伸性，且在拌和施工溫度下黏度小，攤鋪快，而在60℃的黏度高。

⑤采用防老劑提高改性瀝青的耐老化性能，通過合適的配合比設計，提高了混合料的耐久性，延長功能化道路的使用壽命。

⑥采用直接拌和工藝回避了成品改性瀝青貯存過程中瀝青性能下降和施工不便的難題，減少能耗，無須添加纖維等添加劑，并保證了路面的優良的路用性能。

5 技術應用前景

對于赤泥資源來說，從中國資源綜合利用協會獲悉，我國每年產生的赤泥達到3000萬噸以上，針對我國赤泥堆放量大、綜合利用率低的現象，協會積極配合政府主管部門，多渠道推進赤泥綜合利用工作，2011年處置赤泥將近1000萬噸，占我國當年產生赤泥的1/2～1/3，資源化利用率達20%以上，直接經濟效益超過1億元，間接經濟效益超過6億元。然對于河南市場對赤泥的資源化綜合利用方面，赤泥的資源化利用率很低。因此赤泥資源化綜合利用技術具有廣闊的市場前景。

［1］卓九鳳，康靜文，田建民，等.赤泥在環境污染治理中的應用及資源化途徑［J］.環境工程化，2009（10）：12-13.

［2］水恒福，朱靜.道路瀝青老化過程中瀝青組成與分子量分布的變化［J］.安徽工業大學學報，2001，18（4）：347-350.

［3］沈金安.改性瀝青與SMA路面［M］.北京：人民交通出版社，1991.