利用赤泥制備海綿磚的關鍵技術研究

趙雷 郭志東

（1.山東輕工職業學院，山東 淄博 255000；2.山東理工大學，山東 濰坊 261000）

一、前言

利用赤泥制備海綿磚項目的技術內容，本項目主要利用赤泥或黃金尾渣等工業固廢為主要原料，將其制備成生態海綿磚和砂石制品。制備的赤泥生態海綿磚外形美觀、強度大、透水性好，環境安全性高；生產的赤泥生態砂石堅固性好，耐磨、含泥量低、粒度可控、環境安全性好，這兩種產品在海綿城市建設和美麗鄉村建設中可發揮重要作用。項目研究中，本著基礎理論研究——關鍵技術突破——產業突破的路徑，對赤泥生態海綿磚及砂石產業化過程中的赤泥高堿性、重金屬浸出、放射性等關鍵問題進行重點研究，并最終獲得理想的技術及產品解決方案[1]。

二、利用赤泥制備海綿磚的關鍵技術

—是無害化，解決了含堿性、輻射性、重金屬污染三大難題。經國家權威性檢測機構——國家建筑材料工業陶瓷產品質量監督檢驗測試中心、國家陶瓷與耐火材料產品質量監督檢驗中心檢測，“赤泥生態海綿磚”和“赤泥生態砂石”各項指標均達到或優于建筑材料要求。并且在整個生產過程中，不會產生二次污染，無廢水和固體廢棄物排放，各項排放指標均達到環保要求。二是原料的替代性，可節省大量不可再生資源。目前，粘土磚和II、III 類建筑用砂石都來自不可再生的礦、土、沙資源，耗費巨大。“赤泥生態海綿磚”完全可以替代粘土磚，有鋪路磚、廣場磚等各種型號，用途廣泛，而且滲水性、抗凍融、防滑性均優于粘土磚；“赤泥生態砂石”則是II、III 類建筑用砂的完美替代品，用于路基、地基施工，強度大、安全性高、適應性強，還可以用來制作各種免燒磚、路沿石、砌塊等生態砂石衍生產品。三是綜合利用程度高，可全面消化赤泥。國家工信部、發改委、科技部等有關部門曾提出赤泥綜合利用率達到20%的規劃目標。目前這一目標遠未實現。而淄博天之潤公司赤泥生態產品的赤泥摻加率已高達80%以上，綜合利用率之高無人企及，能使赤泥被大量消減。項目產品的關鍵技術1、生態環保海綿磚項目主要研究赤泥的固廢制備生態環保透水磚工藝中幾項重要的關鍵性技術。赤泥制備海綿磚工藝中，適合低溫快燒工藝的燒結助劑的體系的確定。制備海綿磚過程中赤泥高堿性的消除。解決赤泥制備海綿磚后重金屬溶出的消除。赤泥制備海綿磚后微量輻射的消除技術。適于赤泥海綿磚生產線的專用關鍵設備改進與研發。建立赤泥生態環保海綿磚的質量評價標準體系[2]。選用合適的造粒制砂工藝，合理的顆粒級配，研制赤泥或黃金尾渣等工業固廢生態砂石。已使其性能指標滿足建筑砂指標要求。優化批量化生產工藝參數，建立產品質量保證體系。復合結合劑的配制。赤泥或黃金尾渣等工業固廢生態砂石環境安全性指標的控制，主要包括赤泥或黃金尾渣生態等工業固廢砂石制備過程中的重金屬溶出問題、放射性等環境安全性問題。經國家建筑材料工業陶瓷產品質量監督檢驗測試中心及國家陶瓷與耐火材料產品質量監督檢驗中心檢測，赤泥透水磚放射性、重金屬溶出等指標均符合和優于建筑材料要求。而且，生產過程不產生二次污染，該產品的研發成功為赤泥廢渣的綜合利用開辟了一條新途徑[3]。

三、應用推廣及效益情況

以赤泥制備生態海綿磚為例來進行產品的效益分析將海綿城市建設中市場需求潛力巨大的生態透水磚產品與我國現存大宗赤泥固廢資源結合在一起，利用淄博市作為全國赤泥固廢資源豐富的特點，以赤泥為主要原料，研制一種外形美觀、強度大、透水性好，環境安全性高的赤泥生態透水磚產品，并在國內率先對這一技術進行產業化研究，建成一條年產400 萬平方米赤泥生態透水磚生產線，實現年消耗30 萬噸赤泥的生產能力，是本項目立項研發的初衷。對赤泥制備生態透水磚過程中燒結助劑、玻化助劑、提高環境安全性的輔助材料等關鍵性原料進行自主研發。對赤泥高堿性、重金屬浸出、放射性等環境安全性指標進行系統研究，并提出解決方案。同時，對赤泥透水磚產業化的關鍵問題進行研究，建成了一條技術科學、工藝先進、節能環保的產業化生產示范線，目前，淄博天之潤生態科技有限公司是國內首家實現了赤泥綜合利用產業化的企業。建立赤泥透水磚產品的質量評價標準體系，校企攜手，努力形成自主知識產權輸出體系，不斷為淄博市及周邊地區的工業固體廢棄物的資源化處理和利用提供技術支撐，為建設“綠色、生態、環保”淄博做出貢獻。該項目的驗收完成標志著淄博工業固體廢棄物特別是赤泥固廢的資源化處理、無害化、減量化利用已經完成了從產業鏈的低端走向了高端，夯實了產業發展的技術沉淀，在全國處于領先地位。完成期間累計實現3000 余萬元的銷售收入，產品的覆蓋面從住宅區、道路、公園、植物園、工廠區域、停車場，到高速公路護坡、廣場、花房及輕量交通路面等場所，完善了淄博赤泥固廢產業終端應用的深度拓展，有效地帶動了當地的社會就業和消費，減少了環境污染和土地占用。以赤泥制備生態砂石為例來進行產品的效益分析在中國氧化鋁企業生產排放1 噸赤泥需要交納25 元/噸的環境保護稅；運輸、固化并維護治理費用大約在35-50 元/噸；赤泥的堆存絕大部分采用筑壩的方式，節約土地占有費35-50 元（每處理1 萬噸赤泥可節約1-1.5 畝土地，按每畝大約35-50 萬元左右估算，相當于每噸赤泥節約35-50 元土地占有費）。綜上所述，氧化鋁企業少外排1 噸赤泥可減少95-125 元的綜合費用，不僅占用大量土地，耗費堆場建設和維護費用，同時儲存裸露赤泥易形成揚塵，更危險的是重金屬溶液向地下滲透，造成土壤和地下水體的污染。利用赤泥制備海綿磚的關鍵技術屬于環保循環經濟領域，可給生產氧化鋁企業的完善產業鏈，不僅僅能夠消耗赤泥等固廢，還可作為該類企業的一個下游產業做大做強，確保主導產業持續健康穩定的發展。以淄博市為例，每年估計建設道路、鋪設廣場大約在1000 萬m2（2014-2016 年平均鋪設2200 萬m2），使用赤泥生態砂按40%計算，地基鋪設按20cm 厚度計算至少使用200 萬噸赤泥生態砂（使用赤泥250 萬噸左右）。目前建筑用砂為河砂和水洗砂（石灰石），目前受環保政策限制，建筑用砂需要從遼寧、膠東等外地船運或者汽運，費用較高，目前較好的河砂每噸達到了170 元左右，水洗砂也達到每噸120 元左右，但是河砂及水洗砂需要露天開采并用水洗刷，破壞了環境不說還浪費水資源。目前赤泥生態砂每噸成本在135 元左右。每年使用200 萬噸赤泥生態砂可節約河砂、水洗砂（石灰石）200 萬噸。這樣以來本市內每年建設使用200 萬噸赤泥生態砂，也就是消滅了一座200 余萬噸的赤泥大山，同時又保住了200 萬噸的不可再生的寶貴資源[4]。目前赤泥生態砂每噸成本在135 元左右（中國山東省當地價格），主要是使用能源為天然氣高溫燒制，生產成本中天然氣成本占到了總成本的70%左右，若改為先進和環保的清潔煤制氣可有效降低總成本40%左右。而且每年消化30 萬噸赤泥也節省出大約30-45 畝左右的土地。利用赤泥制備海綿磚的關鍵技術減少了鋁業公司堆場建設費、堆存費、堆場維護費，又節約了30 萬噸的寶貴資源和保護了環境。帶來了較好的經濟效益同時，即緩解了鋁工業的環保壓力，又優化了氧化鋁生產的終極產業鏈，從而實現良性閉環發展壯大。是赤泥固廢無害化、減量化、資源化、產業化的最佳運行模式。產品產量按一期工程結束產量每年30 萬噸赤泥生態砂計算，根據目前鋪路材料的價格情況，該產品出廠價平均135 元/噸（中國山東省當地價格），稅金及附加綜合按銷售收入的9%計算。此產品廣泛用于路基、地基施工，強度大、安全性高、適應性強，還可以制作各種免燒磚、路沿石、砌塊等生態砂石衍生產品，可大幅提高產品的附加值，擴大利潤增長點[5]。

四、總結

國外在城市透水鋪裝這一領域主要采用透水混凝土、透水瀝青等材料及其制品等，國外在利于工業固廢制備生態海綿磚這一領域報道尚少，目前主要有日本部分公司利用廢陶瓷制備陶瓷顆粒燒結透水磚的報道，尚未發現有用赤泥等工業固廢制備生態透水磚的報道，下表為國內外同類產品的主要技術參數比較。砂石是我國當前生產量和消費量最大的礦產資源，它在現代經濟社會發展中的重要性日益凸顯。目前，我國的砂石骨料年產銷量已經達到200 億噸，約占世界年產銷總量的1/2。伴隨著環保政策的趨緊，砂石骨料行業越來越成為全社會關注的焦點。一方面，露頭礦山關閉，砂石骨料短缺，砂石骨料價格暴漲，各地砂石告急，嚴重制約了地方建設和經濟發展；另一方面，非法采砂、綠色礦山建設、砂石運輸等均受到地方乃至中央部門的密切關注，砂石行業的社會關注度正不斷提升。砂石骨料作為基礎設施建設用量最大、不可或缺、不可替代的原材料，每年產量達200 億噸，產值約2 萬億元，是一個龐大的產業。砂石礦山規劃成為國家和各地政府關心的重要內容之一。近年來，隨著砂石骨料行業的關注度越來越高，行業發展備受各界關注。目前我國機制砂石產業發展迅速，2018 年6 月，自然資源部發布由中國砂石協會組織專家編制的《砂石行業綠色礦山建設規范》，砂石上升到九大礦業之一。