矽鋁基礦物環境修複材料構建共性關鍵技術開發與應用

技術聯系人：侯浩波

聯系人單位：88858cc永利官网

聯系人電話：13908644407

項目一：基于工業廢渣的矽鋁基環境修複材料的研發與應用

項目來源：國家重點研發計劃，建築垃圾資源化全産業鍊高效利用關鍵技術研究與應用，2017YFC0703307；863計劃，脫硫石膏與钛白石膏制備高端建材資源化技術與示範，2012AA06A111；湖北省重大科技專項，利用低品位工業廢渣開發特種膠凝材料及産業化，2009ACA003

主要創新點：産品創新，基于同相類同相理論，研發針對淤泥固化、軟基處理軟土固化劑。固化過程中改變了固化土中孔徑分布并有效降低填充土壤顆粒間空隙，使土壤顆粒表面産生不可逆轉的凝結硬化，固化後的軟土具有很高的水穩性和強度穩定性。

土壤固化機理

客觀評價：餘永富院士于2007年鑒定“基于工業廢渣的高強耐水土壤固化劑研制及應用”成果後評價：該技術以工業廢渣為主要原料（>80%）。采用機械、化學的方法，充分活化和激發工業廢渣的活性，研制出矽鋁基環境修複材料系列産品。突破了傳統高鈣基水泥物料體系，創新性地提出了液态渣三層次結構模型，有效提高灰渣活性。深入研究矽鋁基環境修複材料固化劑固化土壤的機理，通過改善土壤（粘土、粉細砂、淤泥等）顆粒接觸，強化結構聯結，增加顆粒接觸面積，使顆粒從過度接觸轉化為同相類同相接觸，使土體在固化過程中産生物理結合和化學結合，提高土體強度、水穩定性和耐久性。已成功編制行業規範《軟土固化劑》 (CJ/T526-2018)。該項目研究成果處于國際領先水平。

工程實例：武漢市三環線東段青化路立交至老武黃立交建設項目，是武漢三環線最後施工的一段，全長9646米。該段采用HAS固化劑固化20～30mm碎石和石屑做60cm穩定碎石基層，上面直接鋪瀝青路面，質量要求高。但所用石屑基本成粉狀，無明顯級配，含泥量高大14.5%，采用水泥穩定碎石石屑無法滿足要求。

 

該段采用5%HAS固化劑、60%石屑和35%碎石穩定基層，7天無側限抗壓強度平均4.2MPa,現場鑽芯取樣強度平均高達6.8MPa，性能良好，滿足設計要求。該工程于2011年建成，通車後車流量巨大，且常年受大量重型車碾壓，使用至今，未發現有開裂沉降現象。

鹦鹉洲長江大橋漢陽岸接線工程是二環線的組成部分，沿墨水湖北路中線布設，設雙向6車道。在鹦鹉大道路口與鹦鹉洲長江大橋漢陽岸引橋相接。由于現場工地存在大量生活垃圾土，常規處理方法檢測結果均不能達标，施工方采用HAS土壤固化劑處理垃圾土後，彎成值和密實度檢測達标，效果獲得施工的好評。

 

項目二：重金屬污染土壤靶向修複共性關鍵技術開發與應用

項目來源：湖北省技術創新專項重大項目，重金屬污染場地土壤協同阻控與生态修複關鍵技術研究，2016ACA162

主要創新點：提出了亞納米矽鋁基高硫型、鹵素型兩類環境材料常溫下對重金屬的修複機理，發現了鈣礬石、AFm、氯鋁酸鈣能與重金屬陰離子團發生置換反應，根據化學反應平衡常數不同，砷酸根優先與Cl^-置換，鉻酸根優先與硫酸根置換，緻使重金屬晶格化。兩類材料分别固化砷、鉻污染土壤時，實現了固結體浸出濃度值達到國家規定的《地表水環境質量标準》（GB 3838-2002）IV類水體标準排放限值。

客觀評價：倪晉仁院士于2018年鑒定“重金屬污染土壤靶向修複共性關鍵技術開發與應用”成果後評價：該項目成果從1998年開始應用在國内二十餘個省300餘項工程項目中，在國家首例重金屬類污染場地修複示範項目原武漢染料廠場地修複、“長江大保護”戰略的标志性項目宜昌田田化工遺留場地修複，使“泥變土、土變岩石”，降低修複材料用量30%，提升施工效率30%，降低施工成本40%。項目成果推動了土壤生态修複與固體廢物循環利用學科的發展，解決了固體廢物綜合利用與土壤修複的難題，該項目研究成果處于國際領先水平。

項目創建的重金屬污染土壤靶向修複技術體系，為研究重金屬污染土壤防治技術理論提供了可靠的科學依據。成果于2013年發表在《Construction and Building Materials》等雜志上，并引起了國内外關注。Shen 教授在《Chemical Engineering Journal》上評價：“由于Cl^-具有高交換容量和大比表面積，Friedel’s鹽是陰離子污染物的優良捕捉劑”肯定了該固溶體材料的靶向固結作用。

重金屬靶向修複機理

工程實例：原武漢染料廠生産場地重金屬複合污染土壤修複治理工程，該地塊廠區占地面積約262.5畝，瀕臨漢江，地勢低，環境風險大；重金屬污染面積為27261m²，重金屬污染土壤總量為26.45萬m³。該項目為國家發改委在全國啟動的首個重金屬污染土壤治理與修複試點示範工程，88858cc永利官网是該項目的核心技術支持單位。

污染場地土壤經修複後，取樣實測Pb浸出濃度值為0.008~0.04 mg/L、總砷的濃度值為0.01~0.06 mg/L、鉻的濃度值為0.01~0.05 mg/L，達到國家規定的《地表水環境質量标準》（GB 3838-2002）IV類水體的排放限值，土壤固化體28d強度達到3MPa以上，滿足後續基礎工程對土壤地基的需求。

項目三：有機污染土壤高效修複共性關鍵技術開發與應用

項目來源：NSERC項目，石油污泥廢物利用

主要創新點：集加熱有機污染土壤，分離有機污染物，冷卻、回收污染物于一體。無有二次污染；最終檢測排放最小；耗能低，效率提高1倍；設備靈活，可移動、現場處理，低運費，占地小。

技術原理 生物炭吸附土壤有機物

HQ高效氧化劑對有機物污染土壤的原位修複，氧化電位超過氧化性極強的羟基自由基；與羟基自由基原理相同，但更穩定；适用範圍廣，在任何條件下都适用；可氧化降解大部分有機物。

工程實例：某有機物複合污染土壤修複治理工程，采用HQ高效氧化劑對有機物污染土壤的原位修複，-9m以下污染區有機污染土壤，采用原位高壓旋噴注射氧化藥劑的方式進行修複。

翻抛機常溫解吸 雙軸攪拌式土壤改良機藥劑混合

原位施工布點 高壓旋噴現場施工

熱脫附現場

項目四：湖泊内源污染生态清淤-污泥綠色改性技術開發與應用

項目來源：國家科技支撐計劃，中部水網區連片村鎮控源與水體強化淨化技術集成與示範，2012BAJ21B06

主要創新點：基于污泥含水率高難脫水的特點，提出污泥綠色預處理技術體系與深度脫水理論體系，研發了綠色改性低能耗預處理與高效脫水一體化技術、高效厭氧消化與資源再生綜合利用技術、污泥低能耗與高效脫水幹化裝備開發技術和工業污泥多重重金屬複合共穩定及深度晶格固化技術等關鍵共性技術，實現了污/淤泥的快速固液分離，提高了機械脫水效率和污泥處理效率。

客觀評價：張勇傳院士于2013年鑒定“污泥機械脫水化學改性一體化處理技術”成果後評價：該技術利用脫硫灰渣、鋼渣等工業廢渣開發出了具有自主知識産權的污/淤泥改性劑，提出了“深度破壁理論”，提高了污泥處理效率，可有效地應用于大規模湖泊清淤和疏浚污泥的就地利用。該項目創新明顯，總體技術達到國際領先水平。

污泥改性原理

工程實例：滇池寶象河和外海北部疏浚底泥脫水工程，目前世界最大的湖泊清淤工程，滇池外海主要入湖河口及重點區域底泥疏浚工程——第三标段外海北部疏浚底泥脫水工程，所實施工程泥漿來源為疏浚工程外海北部标段，本期處理淤泥工程量400萬m³，工期為2014-2015年。采用88858cc永利官网專有技術綠色改性-高級氧化改性-并行式攪拌-壓濾脫水可将淤泥含水率快速降低至30%以下；脫水效率提高1倍；尾水SS小于20mg/L，清澈見底且無任何異味，可以達标排放入湖。

外海北部 發改委主任何立峰視察工程現場

綠色改性生産線 闆框壓濾脫水

尾水達标回流入湖 脫水泥餅再利用

項目五：尾礦庫生态修複共性關鍵技術開發與應用

項目來源：863計劃，氟石膏無害化處理及資源化利用關鍵技術研發與示範，2009AA06400；國家重點研發計劃，重金屬尾礦庫污染高效固化/穩定化材料、技術與裝備，2018YFC1801700

主要創新點：提出靜态塌陷區全尾砂固結濕法充填技術和動态塌陷區半幹法固結尾礦充填技術，研發出矽鋁基高硫型尾礦固化劑，實現了全尾礦固結充填，解決了傳統水泥固結必須使用分級尾礦的難題，極大地改善了固結尾礦流動度。尾礦固結體浸出濃度值及尾礦固結後尾水的重金屬濃度值可以達到國家規定的《地表水環境質量标準》（GB 3838-2002）IV類水體标準排放限值；基于尾砂改性功能材料與生物炭複合微球的協同作用機制，實現尾礦庫表層阻隔、重金屬鈍化抑制與吸附，貧瘠尾砂改良為土壤；針對重金屬尾礦庫存在邊坡缺陷與安全度不足，現有表層覆蓋裝備效率低等問題，基于穩定化噴射和高壓網噴技術，研發物化/生物覆蓋高效施工裝備以及邊坡覆蓋裝備；通過多層級生态修複理論體系的建立，構建由阻隔層-導水層-植物生長層組成的生态修複技術，通過具有完整分布結構的适生植物生态群落重構尾礦庫生态功能，實現重金屬尾礦庫區生态重構。

項目目标：項目選取西南地區銅礦、鉛鋅礦、鎳钴礦、錫礦、汞礦、砷銻礦、鉻礦等典型礦種，針對尾礦中Pb、Hg、Cd、Cr、As、Cu、Zn、Sn、Ni、Sb等重金屬開展：尾礦庫重金屬遷移轉化行為、重金屬多尺度多層級污染阻控機制、尾礦庫表土生态重構機制等重大科學問題的研究；基于尾礦分級分類處置的尾礦高效穩定化環境功能材料、尾砂自膠結、高壓旋噴灌漿、尾礦庫結構優化、表土生态功能重構等關鍵共性技術及裝備研發；通過典型礦種尾礦安全處理處置與生态重構的集成示範，開發出适合西南重有色金屬尾礦及尾礦庫重金屬污染高效阻控以及表土生态功能重構的新理論和技術；最終通過集成與示範驗證形成可複制、可移植、經濟高效的重金屬尾礦安全處置及侵蝕土壤修複整體解決方案。

尾礦庫生态修複效果示意圖

工程實例：大冶鐵礦尾礦膠結充填工程，本項目揭示了高硫型環境修複材料與矽鋁質尾礦固結微觀架構及作用機制，構建尾礦固結體強度和硫酸鹽侵蝕下損傷模型，解決尾礦利用率低、污染風險大、全尾礦固結充填效果差和尾礦固結體浸出污染物濃度不達标等難題，尾礦固結體浸出液中重金屬含量符合污水綜合排放标準GB8978-1996，且均在地下水質量标準(GB/T14848-93)IV類限值以下。

充填車間 充填現場

尾礦庫表土生态重構 尾礦庫無土覆綠