铝在我们的生活中能够说是无处不在,然而铝给我们生活带来极大便利的同时,也带来了一个严重的环境公害——赤泥。截至2017年底,我国赤泥累计堆存量已超过11.8亿吨,同时还以每年1.12亿吨的速度迅速增加。赤泥无害化处理迫在眉睫!程钰博士,便是赤泥克星,一个专门与这种固体废渣作斗争的人。
程钰介绍,赤泥是炼铝过程中产生的一种碱性固体废渣。在氧化铝生产中,铝土矿石首先要经过粉碎研磨制成矿粉,再将矿粉加入到氢氧化钠溶液中,在高温度高压力条件下,矿粉中的铝与氢氧化钠反应生成水溶性的铝酸钠,而其他不能与碱反应的成分则仍然以固体形式存在。经过滤将固液分离,固体部分经压滤去除绝大部分碱液后成为的红色粘土,这种废弃物之所以呈现红色,是因为其中主要成分是暗红色的三氧化二铁。因此,人们给这种废弃物起了一个非常形象的名字——赤泥。由于压滤过程中残余的微量氢氧化钠,使得赤泥pH值偏高,约为10.5~12.0,与肥皂水相当。由于氧化铝的特殊生产的基本工艺造成了赤泥碱性强、含水量高、水稳定性差的特性,给赤泥低成本、大规模利用带来了极大困难。
据了解,截至2017年底,我国赤泥累计堆存量已超过11.8亿吨,足够能填满60个西湖;赤泥堆场占地面积超过12万亩,大约相当于北京主城四个区的面积。同时,赤泥还以每年1.12亿吨的速度迅速增加。更糟糕的是,所有赤泥露天堆存,就没有得到任何利用。赤泥的大量堆存在带来非常大的环境与安全隐患的同时,慢慢的变成了制约世界铝产业高质量发展的最大技术瓶颈,也成为中国生态文明建设与新旧动能转换的一大痛点,是公认的世界性难题。
山东省是我国铝业产销第一大省。省委书记刘家义对全省铝业发展格外的重视和关切,2018年10月在滨州邹平市调研时指出:要把铝业作为加快新旧动能转换的重要着力点,坚定践行新的发展理念,加快供给侧结构性改革,推动全省铝业高水平质量的发展,努力打造山东铝业品牌。
目前,山东铝业发展面临的突出矛盾是:制铝业长期产生的固体废渣赤泥得不到有效利用,现在已经成为严重制约铝行业绿色发展的突出瓶颈和发展死结,对生态环境和周边群众安全健康的威胁日趋严峻。已成为高悬人们头上的达摩克利斯之剑,踩在脚下的定时炸弹。
要想从根本上解决赤泥的大量堆存问题,可行的办法只能是将赤泥的解决方法从简单的堆存变成大规模综合利用。除了从赤泥中回收铁等金属元素,研究人员们还开发出其他利用赤泥的方法。例如,赤泥可以被用作生产砖瓦、水泥和陶瓷等建筑材料。赤泥的粉末颗粒非常小,很容易吸附其他物质,因此一些研究人员尝试利用赤泥吸附污水中的有害于人体健康的物质。还有人尝试将赤泥用作化学反应的催化剂。这些研究虽然在实验室取得了不错的进展,但是任旧存在很多的问题。许多利用赤泥的方法生产所带来的成本较高,得到的产品的性能也不完全令人满意,因此很难得到大规模的推广应用。另外,许多方法都只能利用到很少一部分赤泥,例如赤泥用于污水处理虽然效果不错,但是处理污水一般只需要很少量的赤泥,因此希望用这种方法消化掉每年产生的上亿吨赤泥无疑是不现实的。因此,到目前为止,全世界大量的赤泥仍然只可以通过堆放的办法处理。
结合工业与信息化部、科学技术部印发的《赤泥综合利用指导意见》的通知,交通运输部于2015年2月颁布的《公路路基设计规范》中增加了工业废渣路堤的应用内容,生态环境部《有色金属工业固态废料污染控制标准》(GB5058-85)规定:凡综合利用具有环境效益、经济效益与社会效益的有色金属工业固态废料,必须积极开发利用。这为赤泥在公路等工程建设中大规模利用提供了标准依据。
2020年12月25日山东省9部门联合印发的《关于支持发展环保产业的若干措施》中专门提出,要加快赤泥和黄金冶炼尾渣利用。推动赤泥在生产透水砖、砂石、高速路填充料上的综合利用。《关于快速推进淄博市工业资源综合利用基地建设的实施建议(2021-2025年)》、《滨州市大宗固体废弃物综合利用基地建设方案》都将赤泥转化成绿色环保、优质可靠的工程填筑材料应用于公路、市政、建筑、厂矿、港口等工程基础填筑材料建设的最主要内容之一。
山东海逸团队在程钰博士的带领之下,从2012年就开了赤泥规模化工程利用这一伟大而又艰难的攻关之路。程钰,男,1979年6月生,山东泗水人,2002年1月加入中国。中国科学院岩土工程博士毕业,正高级工程师、山东科技大学博士生导师,山东海逸生态环境保护有限公司董事长。
程钰出生在泗水县星村镇一个偏僻的小山村,2000年9月考入山东科技大学交通工程专业;2004年9月考入东南大学岩土工程专业,攻读硕士学位;经历二十三载寒窗苦读,2009年7月中国科学院博士毕业之后,程钰和大部分同学一样,进入济南市一家科研单位工作,生活如水一般平静。
2012年5月的一次常规调研,迎来了他人生方向的转折,当时他还没意识到,那像山一样的赤泥堆场除了带给他感叹,还将成为他为之不懈奋斗的目标,给他的人生带来非常大转变。十几年的专业相关知识积淀和敢想敢干的性格让程钰毅然做出了抉择,向赤泥减量化、资源化、无害化、产业化利用的世界性难题发起挑战。这一人生的重大决定,让他在接下来的8年多时间里,几乎走遍了全国近百座赤泥堆场。他人生目标也随着红色的足迹慢慢的变清晰,脚下的这片红土也成为他起飞的航线。
2012年10月,程钰带领团队开始了艰难的技术攻关之路。2016年4月,程钰决然放弃了舒适安逸、待遇优厚的科研工作,全身心投入到这个前人从来就没成功过的赤泥大规模产业化利用工作中去。同年4月,程钰在滨州北海经济开发区注册成立山东海逸交通科技有限公司,依托魏桥铝电公司庞大的赤泥存量开启了推动赤泥大规模产业化工程利用之路。
正如最初的预见,赤泥利用的产业化之路布满荆棘。尽管筚路蓝缕,他未轻言放弃。最初的他们,没有启动资金、没有专业的实验室、没有成熟的生产设备,甚至连像样的办公室都没有,程钰与团队想尽了一切办法去克服这些困难。为了一个合格的指标,他们连续在办公的地方吃住一周,为了可以做出符合标准要求的设备,他们自己动手焊接改造。经过了最艰苦的3年,他们终于实现了核心改性材料走出实验室、走进生产车间,从最初的一公斤到一吨、从一吨到百吨千吨的突破。通过在赤泥中掺加核心改性材料以及机械压实作用,促使赤泥颗粒间发生一系列物理化学反应,将具有一定污染性的赤泥转化成绿色环保、优质可靠的工程填筑材料用于工程建设,以此来实现赤泥低成本大规模的工程利用。技术层面的突破让接下来的创业之路走的更加平坦、也更加自信。
科学技术是产业化的基础,比技术更重要的是市场条件下的推广应用。不仅仅包括试验数据、科研成果、知识产权等,还包括标准规范、认证认可、政府推广、社会接受、经济效益等一系列需要完全解决的难题。
2017年5月,山东省住房和城乡建设厅率先对改性固化赤泥路用材料的科研成果进行了鉴定验收(鲁建科鉴字[2017]第19号),给出了“技术成果国际领先水平,填补了国内空白”的成果评价,并颁发了新技术新产品推广证书(鲁建科[2017]010号)。同年6月,国家知识产权总局给程钰团队授权了发明专利“拜耳法赤泥路基专用固化剂、其制备方法及应用方法”。在中国环境科学研究院、山东省交通科学研究院、山东省交通规划设计院、山东省科学院分析测试中心等权威部门的参与下,基于滨州北海静脉产业园试验路、淄博市政东一路、聊城茌平周庄村试验路、烟台龙口东海氧化铝试验场、济青高速公路淄博试验段反复测试之后,2018年4月~6月由山东海逸提供技术支持在济青高速改扩建工程滨州段K289+200~ K294+100右幅实施了交通部绿色科技示范赤泥路用示范推广项目,全长4.9公里,这是世界第一次将改性固化赤泥大规模的应用于高速公路的建设。
随着产业化成果的持续不断的发展,赤泥资源化利用成果得到了相关部委的认可。2018年6月山东海逸交通科技有限公司获得中央预算内生态文明建设专项投资(鲁发改投资[2018]476号)642万元资金支持,并入选山东省重点节能技术产品和设备推广目录(鲁经信资[2018]260号)。
由于在赤泥大规模产业化利用方面的突破,2018年12月,程钰博士成功入选山东省泰山产业领军人才,并在氧化铝产业聚集且赤泥资源化利用迫切的滨州市、淄博市,分别入选了渤海英才杰出贡献专家、淄博杰出精英等人才称号,这是对他多年来推动科研成果产业化的充分肯定。
随着企业的发展以及产业布局需要,2018年11月,程钰带领团队将总部公司(山东海逸生态环境保护有限公司)迁驻省会济南,落户济南市历下区科技金融大厦。落户济南为山东海逸公司发展插上了腾飞的翅膀,2019年6月,由程钰主编的我国首部赤泥路用区域标准《公路工程赤泥(拜耳法)路基应用作业规程》(DB37/T3559-2019)正式对外发布施。
2020年9月份,团体标准《拜耳法赤泥路基工程技术标准》(T/CNIA0068-2020)发布实施。11月份,山东省交通运输厅、中国公路学会组织了对交通运输部绿色科技示范工程改性固化赤泥路基材料在济青高速改扩建工程利用项目进行了评价验收,并给出了结论性意见,认为:研究成果总体达到国际领先水平,其中研发的高效复合激发与表面活化改性固化赤泥技术应用达到了国际领先水平。与此同时,由于济青高速改扩建工程通过新研发技术应用实现了世界首次将工业固废赤泥无害化应用于高速公路建设,为化解赤泥污染问题提供了有效途径,进而获得2020年国际道路联合会(IRF Global)杰出工程奖(GRAA)。此国际行业大奖的获得,为程钰团队多年努力给出了最好的回答。
赤泥大规模工程利用带来非常大社会与生态效益的同时,节省了大量土地资源,也为公路等工程建设提供了充足的原材料。根据权威部门数据预测,到2025年,赤泥的堆存量将达到25.9亿吨,形成一个市场规模超过3000亿元的赤泥大规模产业化利用全新产业。下一步,山东海逸团队将以大宗工业固废利用基地建设为契机,建设以赤泥为主导的固废利用产业基地,逐步构建赤泥规模化工程利用标准体系,推动改性固化赤泥减量化、资源化、无害化全面利用。