走进蔡美峰院士专家工作站——亿吨工业固废有望“点废成金”

发布时间：2022-12-01 05:41:37 文章来源：广州日报

坐落于广东韶关仁化县澌溪河畔的凡口铅锌矿，是亚洲最大的铅锌矿。曾经，在1968年刚投产时，采矿后剩下的如山废渣就堆积在巨大的矿坑外。数十

坐落于广东韶关仁化县澌溪河畔的凡口铅锌矿，是亚洲最大的铅锌矿。曾经，在1968年刚投产时，采矿后剩下的如山废渣就堆积在巨大的矿坑外。数十年后的今天，“绿色矿山”已成为共识：不远处韶关冶炼厂、丹霞冶炼厂排放的冶炼渣，被开发成为充填凡口铅锌矿井巷的新型胶结材料，不仅有助于支撑矿山、降低发生岩爆的风险，也能最大限度地减少污染。

这项技术来自中国工程院院士蔡美峰在固岩科技发展有限公司联合设立的“绿色矿山技术与工程”院士专家工作站。作为中国矿山地应力测量的主要开拓者，蔡美峰院士正与这家位于广州南沙的企业一起，致力于用科学技术建设绿色低碳矿山，“变废为宝、点绿成金”。如今，曾经的矿坑变身为凡口国家矿山公园——草木葱郁、白鹭戏水、风景如画。

从有“去处”到有“用处”，

【资料图】

科技让冶炼渣、尾砂变废为宝

我国是人口大国，也是固体废物排放大国，目前各类固体废物累积堆存量800多亿吨，年新增排放近30亿吨。固废的处理，是一项有难度又有极大社会、经济及环保意义的科技课题。

放错地方叫垃圾，放对地方叫资源。工作站团队把目光投向年产量达850万吨的铅锌冶炼渣。“目前国内外还没有对铅锌冶炼渣真正实现大规模、实用化开发利用，以致各冶炼企业渣场已堆积成山。大量冶炼渣排放不仅带来有价金属资源浪费，而且给厂区及周边环境带来污染。”固岩科技董事长陈忠平表示。

团队发现，铅锌冶炼渣经过高温冶炼和快速冷却过程，其化学组成与晶体结构含有大量玻璃体，具有潜在的胶凝活性。“我们通过前期对韶关冶炼厂冶炼渣进行胶凝活性评价发现，冶炼渣微粉活性激发后，28天胶砂强度水平介于粉煤灰和钢渣之间，完全可以用于低成本生态胶凝材料及其制品开发。”

化“渣”为“胶”后，去向何处？矿山充填和路基、路面工程皆是方向。“尤其是，目前矿山填充采用的胶结料主要为普通硅酸盐水泥，成本占工艺的70%以上，随着水泥成本逐渐提升，充填成本也在进一步提升。我们研发的胶凝材料能自流、不离析，胶结剂生产强度高，正适合代替水泥。”他说。

在他看来，利用钢厂冶炼固废开发用于矿山井下充填的新型胶结材料，既能有效降低胶凝材料成本，充分利用矿山选矿尾砂，同时为钢铁企业固废处置和资源化利用开辟了一条新的途径，并可为钢铁企业创造经济和环境效益，具有重大的社会经济效益。

更重要的一项创新是对细粒级尾砂的资源化利用。尾砂是矿山企业在生产过程中排放的废弃物。在过去，有色金属矿山企业对于尾砂的处理通常都是经过一定的处理后将细粒级尾砂直接排入尾砂库。根据国家相关要求政策，尾砂库将在2025年关闭废除。因此，“无废矿山”“无尾矿山”才是未来的发展方向。

为实现这个目标，固岩科技在蔡美峰院士带领下，自主研发了固岩胶结料——超细尾砂专用充填胶结料。“我们在5个方面取得突破，包括尾砂废水中的超细尾砂高效捕获沉淀、超细尾砂低成本充填胶结料、充填浆料高浓度长距离自流输送、高含水率尾砂快速固结、充填料浆流变稳定性控制。”陈忠平说。

他向记者展示了一个装着灰白色粉末的瓶子，“这是我们开发的针对尾砂固废的一种激发剂。胶结料以工业固废为基材、与固岩的激发剂互配而成，主要用于矿山的尾砂胶结充填。”

2021年6月，工作站项目《矿区空间生态修复关键技术与应用》荣获广东省环境保护科学技术奖一等奖。2021年12月，项目《钢铁工业固废协同激发新材料研究以及应用》荣获2021年度中国循环经济协会科技进步一等奖。2022年3月，固岩科技自主研发的铅锌尾矿胶结料（固岩胶结料）获得了“新材料首批次认证”。

绿色发展共同理念，让院士和企业13年来“双向奔赴”

“实现废弃物大规模资源化利用，消化和处理掉堆存的废弃物，并大幅度减少今后的排放和堆存，对环境保护的意义重大。”蔡美峰院士是岩土工程专家、中国矿山地应力测量的主要开拓者。近年，他持续为我国矿业转型升级、实现绿色高质量发展建言献策。

“对不可避免产生的废弃物，尽可能直接在原地回收和有效利用。例如将采矿产生的废石、选矿产生的尾矿用于充填地下采空区，对维护地下采场的稳定与安全将发挥重要作用，同时避免和控制废弃物排放对环境和生态造成污染和危害。”在蔡美峰看来，这是工作站成果的意义所在。

实际上，绿色发展的理念贯穿在蔡美峰院士整个学术生涯。他所专长的矿山地应力测量，为金属矿采矿优化理论、露天转地下开采优化理论等奠定了坚实的基础。

地应力，是指存在于地壳中的应力。上世纪80年代，因为地应力测量难度大、成本高，落后的测量技术严重制约了我国采矿工程发展。因为没有摸清地应力的分布规律，有些矿井建了十多年都不能投产。

从在江苏如东的一个渔村成长、到上海交通大学工程力学专业求学、地方工作，再到北京钢铁学院（现北京科技大学）攻读采矿专业硕士学位，一路走来，蔡美峰深刻体会着国家发展离不开科学研究。因此，当他有机会作为访问学者赴澳大利亚攻读博士学位时，他选择了相对没那么容易出成果、却是国家急需的地应力测量研究方向，并在拿到博士学位半个月后毫不犹豫地回到了祖国怀抱。

也许是对绿色发展的理念一致，也许是都怀抱着科技报国的信念，蔡美峰院士与陈忠平在13年前便一见如故，更在2020年联合建立起这个院士专家工作站。

陈忠平是一位非典型企业家——作为国家双创领军人才、广东省首届特支计划领军人才、广州大学工程材料研究所教授的他，一直致力于填补“行业技术空白点”，通过研发多项“前所未有但行之有效”的创新固废技术，解决固废行业的“卡脖子”难题。

1997年，陈忠平博士毕业于日本国立九州大学岩土工程专业，并留在日本担任劳动部产业技术研究所研究员。3年后，他选择回国并来到广州。

“回国是我做出的最正确的决定。虽然日本那个时候的条件好一些，但中国是一个发展中国家，反而给我们这帮知识分子提供了很好的机会。只要有想法、有知识，就能有更大的舞台来实现自己的愿望。”陈忠平说，“广州离我家乡湖南近，而且处在改革开放前沿，是个干事业的地方。”

学界跨业界，解决赤泥资源化利用世界性难题

如今，60岁的陈忠平仍奔走在大学教学和企业管理乃至现场调研之间，十分忙碌。但在他看来，这样的跨界是必要的。“我认为，创新如果不在一线，那么创新就是脱离实际的。我所做的创新，都是围绕产业化的创新。”

“很多高校老师一辈子的目标就是寻找先进点，发掘创新点。但对于企业来说，技术光有先进性是不够的，还要有市场前景和经济优势。没有这两点，很多研究成果发表论文后就被丢到垃圾桶去了，没法产业化。”这让陈忠平十分痛惜。

“昨天我给学生上土木工程课，对他们说土木工程跟数学、跟计算机不一样。数学和计算机坐到电脑前面就行了，而土木工程需要走向实践、走向一线。只有在一线，才能不断发现还有很多问题需要我们去解决，并且反过来，解决问题的方式又能够贴近实际，做出有经济优势的创新。”

对赤泥的资源化利用，就是体现陈忠平这一理念的绝佳例子，也是工作站的另一项成果。

赤泥是氧化铝生产过程中排放的细颗粒碱性固体废渣。我国赤泥堆存量超过30亿吨，占全球的60%，且每年以1.2亿吨的排放速度增加。因为赤泥碱性强、颗粒细、含水率高、工程力学特性差，目前资源化率仅为5%左右，其资源化利用一直是个世界性难题。

通过采用物理化学降碱、多固废协同激发改性等技术手段，工作站攻克了赤泥规模化路用系列关键技术难题，并开发出赤泥基的混凝土、装配式路基、直立式轻质路基等多款路用产品，实现了赤泥规模化增值路用。

“最初我们做了100米的试验段，今年做了2公里的，马上就有一个30公里的试验段准备开展。”陈忠平欣喜地说道。他也谈到，固废资源化利用是一个需要政府主导的系统工程。除了政策、技术、市场等难题，改变人们对固废产品的认知也十分重要。他期待通过院士专家工作站、通过企业的努力，实现更多大宗固废综合利用典型案例，让“点废成金”成为社会新风尚。

文/方晴

图、视频/受访者提供

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