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绿色创新变废为宝:1比1,煤矸石变废为宝
发布时间:2012-10-30 14:58:17

    一块红褐色木质般的板子,均匀分布着蜂窝一样的中空微细小孔,却轻到几乎感觉不到分量。两手紧紧抓住板子两头,拼尽全身力气连掰三下,板子竟然毫无破损。“你肯定掰不碎它,它的强度和砖一样大。”10月21日,在河北勇龙邦大新材料集团测试质检实验室,副总经理陈金德自豪地说,这块貌不惊人的板子,其实是由无数个肉眼几乎看不到的陶瓷“小乒乓球”组成。“它源于一项国际领先的新技术———煤矸石微米级陶瓷空心微珠技术。这些陶瓷空心微珠质量轻强度大,还具有隔热、保温等功能,是一种难得的新型建筑材料。”

    更让人意想不到的是,如此功能强大的建筑新材料,原料竟然是难以消化处理、令世界头痛的废物煤矸石。

    突破煤矸石转化瓶颈

    ———不受化学成分影响,原料100%可利用

    10月21日,在勇龙邦大的产品展厅里,100倍显微镜下显示出黄色、红色或棕色的空心小球让人眼前一亮。这些实际大小比头发丝还细、单位可以用微米计量的小球就是陶瓷空心微珠。“简单来说,陶瓷空心微珠就是由煤矸石做原料,制成的空心‘小乒乓球’。”陈金德表示,这种制作的过程,其实就是利用了煤矸石中的硅酸盐组分,通过成型技术制备出这些空心微珠。“煤矸石中含有的硅酸盐成分,对陶瓷空心微珠的强度、结构都起着关键作用。”“煤矸石资源化利用,一直是个世界性难题。”陈金德介绍说,最主要的原因是煤矸石化学成分的波动和不稳定。

    煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物,目前是我国产生量和堆积量最大的工业固体废弃物之一。全国累计堆存量已超过40亿吨,而且每年仍以煤产量10%的速度递增。“大量堆积的煤矸石,不仅侵占土地、影响生态,煤矸石自燃产生的烟尘还会污染大气,对环境造成极大影响。”“传统的煤矸石提纯方法主要以提炼化学成分为主,但由于不同采煤过程,甚至同一煤矿不同时段采煤排出的煤矸石化学成分都不相同,因而成为制约煤矸石处理转化的技术瓶颈。”陈金德举例说,产业化的煤矸石提纯生产线需要稳定的化学成分含量,如果设定为5%的浓度,那么当煤矸石中这种化学成分的含量低于5%时,这种工艺提纯方法就会受到限制而无法提取。“我们这项新技术的突破在于,只注重产品结构的成型,而不受产品材料组分变化的影响。”陈金德表示,无论煤矸石化学成分如何波动变化,新技术均能稳定生产出陶瓷空心微珠,煤矸石甚至可以100%被利用。“以前煤矸石处理多集中在制砖、回填、修路、发电等低级利用层面,不仅耗资多、回报少,而且利用率低。”陈金德表示,如今新技术的突破不仅解决煤矸石处理的世界性难题,还为煤矸石资源高附加值应用提供了新的方向。

    攻坚微珠成型核心技术

    ———发泡成型,成球率达95%以上

    在一个白色的小桶里放上一些煤矸石粉体,加点发泡剂和水,经过一段时间搅拌,就形成了超稳定泡沫浆料。陈金德说,煤矸石发泡和泡沫分离,是制造陶瓷空心微珠的第一步,同时也是最核心的一步。

    眼前看起来像黑色奶昔,用手摸起来海绵一样柔软有弹性的泡沫浆料,已经形成了千万个直径50微米左右的空心球泡。“不要小看这些空心小泡,它们能保持一个星期不破碎。”陈金德介绍,这种发泡成型技术处于国际领先地位,目前已经在50多个国家申请了专利。

    据介绍,传统空心微珠采用熔融法生产,如氧化铝空心球,把氧化铝粉末在2000多度高温下熔成岩浆一样的液体,然后通过专业设备吹制出空心球珠。这种工艺能耗大、成本高,而且技术应用受制约。“为了让这些泡沫长时间不坍塌,并且能保持高强度,我们可是费了大脑筋。”陈金德表示,整个团队试验了近千种配方,用了几年时间才终于试验成功。现在的发泡技术不仅能使泡沫保证一周时间不变形,还能实现空心微珠的粒径大小、开口闭口、堆积密度等指标生产可控。

    解决了发泡的难题,怎么分离这些泡沫的问题又接踵而至。“其实分离空心微珠和分开肥皂泡相似。”陈金德这样向笔者打比方,大家小时候都玩过肥皂泡,没有成型的空心微珠极易粘连,而且很容易破碎,“你能把它们一个个分开吗?”“分开这些肉眼几乎看不见的小泡沫,靠人工显然不现实。”陈金德说,那么是不是用网格形成的筛眼可以分开呢?这种方法很快被证实也不可行,经过筛眼的空心微珠很多被拉成了长条形,有的即便能顺利通过,又粘连在一起。“同时要解决的是这些小泡沫该如何拿得起来、放得下去的问题。”陈金德说。破解这些难题,整个科研团队用了近两年的时间,终于摸索出了成功分离空心气泡的方法。目前,空心微珠的成型率可达到95%以上,成熟的泡沫分离技术可以使所有泡沫安全分离。

    降低成本打造“金微珠”

    ———每吨成本只要2000多元,转化产品比煤还值钱

    “用陶瓷空心微珠可以进行植物的无土栽培,无毒、无害,还可以起到缓释、保湿的作用。”在陈金德的指引下,笔者看到,勇龙邦大的产品展厅里,一株青翠欲滴的滴水观音静静地扎根在盛满水的透明花瓶里。

    陶瓷空心微珠的用途可不止这一种。“因为特有的中空结构,这是一种具有保温、隔热、吸音、缓释等性能的新型基础工业材料。”据介绍,煤矸石制成的陶瓷空心微珠可以广泛应用于航空、航天、医药、石油、公路、建材、耐火保温材料、水土保持及沙漠治理等多个领域。“以煤矸石为原料,生产1吨陶瓷空心微珠的成本仅为2000多元。”陈金德表示,该产品性价比好,市场前景广阔。“原先的煤矸石用来烧砖、铺路还得赔钱,堆成山都没人愿意要。现在经过转化进行高附加值应用,出来的产品比煤还要值钱,真是‘点石成金’。”新技术刚一突破,便引来山西、内蒙古等地多家煤企负责人前来洽谈。

    那这项技术的生产成本是怎么降下来的呢?陈金德向笔者算了一笔账:煤矸石为工业废弃物,生产原料成本极低,而且国家还会对煤矸石处理给予一定补贴。“除去烧失量,煤矸石原料与产品的比例,可以达到1∶1。这就意味着,1吨煤矸石原料,能生产出1吨空心微珠产品。”“为了降低成本,我们对发泡、烧结等多个环节进行成本控制,光发泡剂一项就几乎试遍了全国所有的产品,通过不断比较,找出了质最优价最廉的发泡剂。”

    陈金德表示,这项技术又是一项平台技术,不仅适用于煤矸石,尾矿、废石、粉煤灰、炉渣等矿业废物、工业废物和陶瓷原料都可以用来生产陶瓷空心微珠。

    (周洁、李治梅、韩英)

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作者:佚名 来源:河北新闻网 编辑:中国环境频道打印此文】【加入收藏】【字体:
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Published at 2018-02-21 20:47:37, Powered By v3.1.3(MSSQL)