利用赤泥制备海绵砖的关键技术研究

赵雷 郭志东

（1.山东轻工职业学院，山东 淄博 255000；2.山东理工大学，山东 潍坊 261000）

一、前言

利用赤泥制备海绵砖项目的技术内容，本项目主要利用赤泥或黄金尾渣等工业固废为主要原料，将其制备成生态海绵砖和砂石制品。制备的赤泥生态海绵砖外形美观、强度大、透水性好，环境安全性高；生产的赤泥生态砂石坚固性好，耐磨、含泥量低、粒度可控、环境安全性好，这两种产品在海绵城市建设和美丽乡村建设中可发挥重要作用。项目研究中，本着基础理论研究——关键技术突破——产业突破的路径，对赤泥生态海绵砖及砂石产业化过程中的赤泥高碱性、重金属浸出、放射性等关键问题进行重点研究，并最终获得理想的技术及产品解决方案[1]。

二、利用赤泥制备海绵砖的关键技术

—是无害化，解决了含碱性、辐射性、重金属污染三大难题。经国家权威性检测机构——国家建筑材料工业陶瓷产品质量监督检验测试中心、国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验中心检测，“赤泥生态海绵砖”和“赤泥生态砂石”各项指标均达到或优于建筑材料要求。并且在整个生产过程中，不会产生二次污染，无废水和固体废弃物排放，各项排放指标均达到环保要求。二是原料的替代性，可节省大量不可再生资源。目前，粘土砖和II、III 类建筑用砂石都来自不可再生的矿、土、沙资源，耗费巨大。“赤泥生态海绵砖”完全可以替代粘土砖，有铺路砖、广场砖等各种型号，用途广泛，而且渗水性、抗冻融、防滑性均优于粘土砖；“赤泥生态砂石”则是II、III 类建筑用砂的完美替代品，用于路基、地基施工，强度大、安全性高、适应性强，还可以用来制作各种免烧砖、路沿石、砌块等生态砂石衍生产品。三是综合利用程度高，可全面消化赤泥。国家工信部、发改委、科技部等有关部门曾提出赤泥综合利用率达到20%的规划目标。目前这一目标远未实现。而淄博天之润公司赤泥生态产品的赤泥掺加率已高达80%以上，综合利用率之高无人企及，能使赤泥被大量消减。项目产品的关键技术1、生态环保海绵砖项目主要研究赤泥的固废制备生态环保透水砖工艺中几项重要的关键性技术。赤泥制备海绵砖工艺中，适合低温快烧工艺的烧结助剂的体系的确定。制备海绵砖过程中赤泥高碱性的消除。解决赤泥制备海绵砖后重金属溶出的消除。赤泥制备海绵砖后微量辐射的消除技术。适于赤泥海绵砖生产线的专用关键设备改进与研发。建立赤泥生态环保海绵砖的质量评价标准体系[2]。选用合适的造粒制砂工艺，合理的颗粒级配，研制赤泥或黄金尾渣等工业固废生态砂石。已使其性能指标满足建筑砂指标要求。优化批量化生产工艺参数，建立产品质量保证体系。复合结合剂的配制。赤泥或黄金尾渣等工业固废生态砂石环境安全性指标的控制，主要包括赤泥或黄金尾渣生态等工业固废砂石制备过程中的重金属溶出问题、放射性等环境安全性问题。经国家建筑材料工业陶瓷产品质量监督检验测试中心及国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验中心检测，赤泥透水砖放射性、重金属溶出等指标均符合和优于建筑材料要求。而且，生产过程不产生二次污染，该产品的研发成功为赤泥废渣的综合利用开辟了一条新途径[3]。

三、应用推广及效益情况

以赤泥制备生态海绵砖为例来进行产品的效益分析将海绵城市建设中市场需求潜力巨大的生态透水砖产品与我国现存大宗赤泥固废资源结合在一起，利用淄博市作为全国赤泥固废资源丰富的特点，以赤泥为主要原料，研制一种外形美观、强度大、透水性好，环境安全性高的赤泥生态透水砖产品，并在国内率先对这一技术进行产业化研究，建成一条年产400 万平方米赤泥生态透水砖生产线，实现年消耗30 万吨赤泥的生产能力，是本项目立项研发的初衷。对赤泥制备生态透水砖过程中烧结助剂、玻化助剂、提高环境安全性的辅助材料等关键性原料进行自主研发。对赤泥高碱性、重金属浸出、放射性等环境安全性指标进行系统研究，并提出解决方案。同时，对赤泥透水砖产业化的关键问题进行研究，建成了一条技术科学、工艺先进、节能环保的产业化生产示范线，目前，淄博天之润生态科技有限公司是国内首家实现了赤泥综合利用产业化的企业。建立赤泥透水砖产品的质量评价标准体系，校企携手，努力形成自主知识产权输出体系，不断为淄博市及周边地区的工业固体废弃物的资源化处理和利用提供技术支撑，为建设“绿色、生态、环保”淄博做出贡献。该项目的验收完成标志着淄博工业固体废弃物特别是赤泥固废的资源化处理、无害化、减量化利用已经完成了从产业链的低端走向了高端，夯实了产业发展的技术沉淀，在全国处于领先地位。完成期间累计实现3000 余万元的销售收入，产品的覆盖面从住宅区、道路、公园、植物园、工厂区域、停车场，到高速公路护坡、广场、花房及轻量交通路面等场所，完善了淄博赤泥固废产业终端应用的深度拓展，有效地带动了当地的社会就业和消费，减少了环境污染和土地占用。以赤泥制备生态砂石为例来进行产品的效益分析在中国氧化铝企业生产排放1 吨赤泥需要交纳25 元/吨的环境保护税；运输、固化并维护治理费用大约在35-50 元/吨；赤泥的堆存绝大部分采用筑坝的方式，节约土地占有费35-50 元（每处理1 万吨赤泥可节约1-1.5 亩土地，按每亩大约35-50 万元左右估算，相当于每吨赤泥节约35-50 元土地占有费）。综上所述，氧化铝企业少外排1 吨赤泥可减少95-125 元的综合费用，不仅占用大量土地，耗费堆场建设和维护费用，同时储存裸露赤泥易形成扬尘，更危险的是重金属溶液向地下渗透，造成土壤和地下水体的污染。利用赤泥制备海绵砖的关键技术属于环保循环经济领域，可给生产氧化铝企业的完善产业链，不仅仅能够消耗赤泥等固废，还可作为该类企业的一个下游产业做大做强，确保主导产业持续健康稳定的发展。以淄博市为例，每年估计建设道路、铺设广场大约在1000 万m2（2014-2016 年平均铺设2200 万m2），使用赤泥生态砂按40%计算，地基铺设按20cm 厚度计算至少使用200 万吨赤泥生态砂（使用赤泥250 万吨左右）。目前建筑用砂为河砂和水洗砂（石灰石），目前受环保政策限制，建筑用砂需要从辽宁、胶东等外地船运或者汽运，费用较高，目前较好的河砂每吨达到了170 元左右，水洗砂也达到每吨120 元左右，但是河砂及水洗砂需要露天开采并用水洗刷，破坏了环境不说还浪费水资源。目前赤泥生态砂每吨成本在135 元左右。每年使用200 万吨赤泥生态砂可节约河砂、水洗砂（石灰石）200 万吨。这样以来本市内每年建设使用200 万吨赤泥生态砂，也就是消灭了一座200 余万吨的赤泥大山，同时又保住了200 万吨的不可再生的宝贵资源[4]。目前赤泥生态砂每吨成本在135 元左右（中国山东省当地价格），主要是使用能源为天然气高温烧制，生产成本中天然气成本占到了总成本的70%左右，若改为先进和环保的清洁煤制气可有效降低总成本40%左右。而且每年消化30 万吨赤泥也节省出大约30-45 亩左右的土地。利用赤泥制备海绵砖的关键技术减少了铝业公司堆场建设费、堆存费、堆场维护费，又节约了30 万吨的宝贵资源和保护了环境。带来了较好的经济效益同时，即缓解了铝工业的环保压力，又优化了氧化铝生产的终极产业链，从而实现良性闭环发展壮大。是赤泥固废无害化、减量化、资源化、产业化的最佳运行模式。产品产量按一期工程结束产量每年30 万吨赤泥生态砂计算，根据目前铺路材料的价格情况，该产品出厂价平均135 元/吨（中国山东省当地价格），税金及附加综合按销售收入的9%计算。此产品广泛用于路基、地基施工，强度大、安全性高、适应性强，还可以制作各种免烧砖、路沿石、砌块等生态砂石衍生产品，可大幅提高产品的附加值，扩大利润增长点[5]。

四、总结

国外在城市透水铺装这一领域主要采用透水混凝土、透水沥青等材料及其制品等，国外在利于工业固废制备生态海绵砖这一领域报道尚少，目前主要有日本部分公司利用废陶瓷制备陶瓷颗粒烧结透水砖的报道，尚未发现有用赤泥等工业固废制备生态透水砖的报道，下表为国内外同类产品的主要技术参数比较。砂石是我国当前生产量和消费量最大的矿产资源，它在现代经济社会发展中的重要性日益凸显。目前，我国的砂石骨料年产销量已经达到200 亿吨，约占世界年产销总量的1/2。伴随着环保政策的趋紧，砂石骨料行业越来越成为全社会关注的焦点。一方面，露头矿山关闭，砂石骨料短缺，砂石骨料价格暴涨，各地砂石告急，严重制约了地方建设和经济发展；另一方面，非法采砂、绿色矿山建设、砂石运输等均受到地方乃至中央部门的密切关注，砂石行业的社会关注度正不断提升。砂石骨料作为基础设施建设用量最大、不可或缺、不可替代的原材料，每年产量达200 亿吨，产值约2 万亿元，是一个庞大的产业。砂石矿山规划成为国家和各地政府关心的重要内容之一。近年来，随着砂石骨料行业的关注度越来越高，行业发展备受各界关注。目前我国机制砂石产业发展迅速，2018 年6 月，自然资源部发布由中国砂石协会组织专家编制的《砂石行业绿色矿山建设规范》，砂石上升到九大矿业之一。