近日，在陜西省榆林市神木市店塔鎮宏業大道，由西安建筑科技大學科研團隊設計、陜西建材科技集團股份有限公司投資建設的年產60萬立方煤基固廢制備云砼石生產線實現全線帶料調試并順利投產。
“煤炭開采、洗選、加工及燃燒過程中會產生煤矸石、粉煤灰、爐渣等固體廢棄物，如何將這些煤基固廢再利用，是煤炭清潔生產和環境保護迫切需要解決的難題。”西安建筑科技大學粉體工程研究所所長程福安告訴《中國科學報》，神木項目的投產，標志著國內第一條煤基固廢再生制備云砼石生產線成功落地，為我國煤基固廢資源化利用開辟出一條全新的產業化路徑。
神?云砼石項?全廠區。西安建筑科技大學供圖
研發自主產權關鍵技術
每開采燃燒一噸煤，就會產生數百公斤固體廢棄物。全國每年新增煤基固廢約15億噸，是目前存量最大的工業固體廢棄物。
傳統的煤基固廢處理方式主要是堆放填埋，這就像給大地套上了一層沉重的“黑色枷鎖”。煤基固廢由于資源化利用技術不成熟、產品市場效應差等問題，始終難以大規模、高質量利用。而長期堆放不僅占用土地，更對水體、大氣和土壤造成持續污染，治理壓力日益嚴峻。
“實際上，這些看似無用的廢棄物，卻富含硅、鋁、鈣等元素，宛如建筑材料的‘基因密碼’，蘊含著巨大的再生潛力。”程福安指著實驗室中陶粒和陶砂說，這些再生物在生活中都有很大的用途。
面對這一棘手難題，程福安團隊以科技之力施展“變廢為寶”的魔法，歷時十余年產學研合作，研發出具有自主知識產權的煤基固廢制備低碳建筑材料系列關鍵技術：煤矸石制備微晶玻璃、粉煤灰制備云砼石、煤矸石制備陶粒關鍵技術。
瞄準“雙碳”目標，如何讓實驗室的技術走向產業化？團隊依托學校技術研發及工程設計平臺，陜西循環經濟工程技術院有限公司為成果轉換平臺、陜西建材科技集團股份有限公司為產業應用平臺協同創新，貫通了材料基礎理論研究、工藝技術創新、裝備研發、工業中試、示范線建設的科技成果轉化全鏈條。
程福安（左一）在生產車間。西安建筑科技大學供圖
“神木粉煤灰制備云砼石項目年消納固廢60萬噸，產出60萬立方云砼石，是名副其實的‘固廢消化器’。它就像一個巨大的‘固廢胃’，不斷消化煤基固廢，將它們轉化為有用的資源。”站在粉體工程研究所展覽室幾臺縮微版的模型設備前，程福安介紹說，這條生產線年均銷售收入約過億元，年均利潤超2000萬元。
產業化的廣闊前景
目前，團隊已開發出煤基固廢再生制備微晶玻璃、云砼石、陶粒全要素工藝包，為煤基固廢大規模、高附加值再生利用提供了新思路，開辟了新方向。
煤矸石制備微晶玻璃技術及專有設備，生產的微晶玉石產品具備優良的耐磨、耐酸堿性能，廣泛應用于裝飾和工業板材領域。
粉煤灰制備云砼石技術，將粉煤灰搖身一變成為輕質高強的“云砼石”，可廣泛應用于節能保溫工程、裝配式建筑、超高性能混凝土及高延性混凝土。
煤矸石制備陶粒工藝技術產出超輕高強陶粒，就像一顆顆神奇的“建筑小精靈”，隔熱保溫性能良好、抗震性能優異，可廣泛應用于各種工程及領域。
“我們打造了三座具有代表性的固廢資源化工廠，依托技術創新，賦能傳統工業升級換代，完善環保產業鏈條，清潔生產、變廢為寶。”程福安說，每一項技術突破，都詮釋了“廢物是放錯地方的資源”這一理念，讓團隊看到了固廢變寶的無限可能。
韓城煤矸石綠色無害化綜合處置示范線位于韓城市經濟技術開發區西原產業園區。前兩天才從現場調試完設備回來的程福安介紹說，這條示范線每天能“吞食”100噸煤矸石，年產90萬平方米微晶玉石，把原本無人問津的煤矸石變成了價值不菲的建筑材料。
團隊打造的第三個固廢資源化工廠位于黃陵，該項目通過燒結法工藝，將煤矸石轉化為陶粒，可年產陶粒43.2萬立方。
“這些項目不僅展示了環保與經濟效益可以同時實現，也讓我們看到了固廢資源化的廣闊市場。”程福安說。
及時調整科研方向
程福安團隊長期從事水泥技術與裝備的研發與科技成果轉化。2012年，我國水泥工業技術發展已達頂峰，趨于完善，行業裝備飽和，技術市場萎縮。這就導致以技術研發為立身之本的科研團隊急需調整研究方向。
此時，我國經濟高速發展，傳統行業高資源消耗引發的環境危機已凸顯。
團隊通過國際交流與合作、交叉創新研發，將水泥工業中先進的技術與裝備應用于鋼鐵冶金廢渣的資源化處理，2017年“冶金渣大規模替代水泥熟料制備高性能生態膠凝材料技術研發與推廣”獲國家科技進步二等獎。
這一成績，極大的增強了科研團隊的信心。科研團隊將目光聚焦于煤基固廢這一堆存量和排放量均居第一位、再生利用難度極大的大宗工業固廢。程福安帶領團隊向這塊“硬骨頭”發起沖擊。
在固廢資源化領域耕耘是一件寂寞的事情。沒有現成的技術裝備、市場前景也不明確，能否突破技術難題并產業化，讓團隊承受著不小的壓力。
經過近10年的努力，團隊終于實現了從理論研究到技術發明，再到工業中試的科技成果研發，研發出煤基固廢制備低碳建筑材料系列關鍵技術，將煤炭開采、燃燒過程中排放的廢棄物，通過生態化的工藝技術和裝備，制備為低碳建筑材料，替代天然材料，為煤基固廢找到了一條綠色、低碳再生的循環經濟之路。程福安稱團隊就像一群默默播種的“科技農夫”。
程福安（左二）在生產車間。西安建筑科技大學供圖
目前，團隊已建立起完整的“基礎理論研究——技術開發——工程化——產業化”完整創新鏈條，在能源化工工業廢渣、電力工業廢渣、冶金工業廢渣、工業副產石膏、工業尾礦尾渣等大宗工業固廢領域儲備多項科技成果，建成了全國大宗工業固廢產學研基地。
從黑色煤渣到綠色建材，固廢“變形記”背后，是污染治理走向資源再生的變革，背后則是技術不斷創新。
展望未來，團隊將繼續深耕技術研發與產業轉化，通過“產學研用”深度融合的創新體系，讓更多新技術、新工藝、新裝備落地結果，“廢料山”終將變身“綠色富礦”。
本文鏈接：他們施展“魔法”，讓煤基固廢“華麗轉身”http://m.sq15.cn/show-11-26667-0.html
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