低成本瀝青改性與赤泥資源化應(yīng)用技術(shù)研究

李子云 楊廣軍

（1.鄭州市路通公路建設(shè)有限公司，河南 鄭州450000；2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展水平和趨勢(shì)

赤泥是氧化鋁礦提煉氧化鋁生產(chǎn)中排放的一種廢棄物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1噸氧化鋁要排放1～1.8t赤泥。近年來，隨著全球環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，筑壩堆存已成為主要的排放方式，每噸赤泥的管理、堆存費(fèi)用為50～100元，不僅占用大量土地資源，而且強(qiáng)堿性、高鹽度的赤泥廢棄物長(zhǎng)期堆存滲漏，對(duì)生態(tài)環(huán)境（如土壤、水體和地下水等）造成嚴(yán)重污染。另外，赤泥堆存場(chǎng)表面風(fēng)干的赤泥揚(yáng)塵則造成空氣懸浮顆粒污染，直接影響區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量。因此，鋁工業(yè)大量赤泥礦渣的堆存已成為新的環(huán)境污染源［1-3］。

瀝青為不可再生資源，石油瀝青是將精制加工石油所殘余的渣油，經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に囂幚砗蟮玫降漠a(chǎn)品。工程中采用的瀝青絕大多數(shù)是石油瀝青，石油瀝青是復(fù)雜的碳?xì)浠衔锱c其非金屬衍生物組成的混合物。如果原油價(jià)格增長(zhǎng)，必然帶動(dòng)瀝青、改性瀝青的價(jià)格的不斷增長(zhǎng)，通過提高我國(guó)改性瀝青的深加工能力，減少瀝青用量，增大廢棄資源綜合利用能力，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院“路面材料瀝青改性”河南省工程技術(shù)研究中心的楊廣軍教授從2012年6月起，通過和鄭州市路通公路建設(shè)有限公司合作，利用赤泥資源開發(fā)了改性瀝青穩(wěn)定劑，解決高溫改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定問題，為赤泥用改性瀝青新技術(shù)的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2 低成本瀝青改性與赤泥資源化應(yīng)用技術(shù)研究?jī)?nèi)容

目前國(guó)內(nèi)外改性瀝青主要采用以SBS為主要原材料的瀝青改性劑進(jìn)行改性，價(jià)格昂貴，每噸改性瀝青要高出基質(zhì)瀝青1400元左右；針對(duì)河南省氣候特點(diǎn)，和鄭州地區(qū)赤泥材料的性能特點(diǎn)，在固體廢棄物-赤泥的物理性能和化學(xué)性能充分研究的基礎(chǔ)上，采用少量SBS成分，考慮充分利用廢棄赤泥資源、高嶺土、粉煤灰等低成本原料，根據(jù)鄭州地區(qū)赤泥有價(jià)元素含量變化的特點(diǎn)，開發(fā)出低成本、高效瀝青改性技術(shù)，包括基于赤泥材料的瀝青改性劑和高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定劑，制備出符合高等級(jí)路面性能指標(biāo)的高性能改性瀝青，使瀝青改性成本節(jié)約30%左右，提高改性質(zhì)量，開發(fā)出低成本高性能的改性瀝青，并成功應(yīng)用于道路鋪筑，在我省形成一支特色鮮明、深受道路工程人員歡迎的科研隊(duì)伍和成果。

3 低成本瀝青改性技術(shù)方案和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等

為了開發(fā)出耐候性、低成本和高性能的瀝青路面，以及所需的瀝青改性劑和高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定劑，研究方案如下：

①確定高效、低成本瀝青改性劑和高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定劑的造粒制備工藝和設(shè)備，選擇來源穩(wěn)定、成分穩(wěn)定的赤泥、粉煤灰的供給基地，選擇赤泥、粉煤灰的篩選、粉碎、烘干設(shè)備，使制備的赤泥、粉煤灰的粒度、干燥度均勻一致，滿足改性劑和穩(wěn)定劑的質(zhì)量要求；確定出改性劑和穩(wěn)定劑的生產(chǎn)設(shè)備—雙螺桿擠出造粒機(jī)，根據(jù)赤泥、粉煤灰、SBS、芳烴油等原材料，根據(jù)研究的配方，制定出改性劑和穩(wěn)定劑的制備、造粒工藝和加工溫度；設(shè)備調(diào)試，制備出性能穩(wěn)定的改性劑和穩(wěn)定劑。

②用瀝青測(cè)試儀器進(jìn)行改性瀝青性能的測(cè)試，研究結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。選擇使其60℃黏度超過200 000Pa.s，軟化點(diǎn)大于70℃，在5℃溫度下碳瀝青延度達(dá)到30～50mm，具有顯著的抗高溫車轍、低溫抗裂優(yōu)良性能。在高分子加工設(shè)備上制備出直接拌和用改性劑。比較成品改性瀝青和直接拌和法制備的改性瀝青混合料試驗(yàn)的區(qū)別，并改進(jìn)拌和工藝，使其工藝簡(jiǎn)單且混合料性能穩(wěn)定。

③根據(jù)氣候數(shù)據(jù)計(jì)算瀝青路面路用性能，對(duì)各級(jí)配進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)得出合適的瀝青用量。根據(jù)礦料的篩分結(jié)果和級(jí)配要求進(jìn)行混合料各項(xiàng)路用性能測(cè)試，并得出改性劑和混合料性能之間的關(guān)系。

④根據(jù)實(shí)地路面要求進(jìn)行路面中面層設(shè)計(jì)，滿足路用性能要求。根據(jù)路面需求確定改性劑用量，適時(shí)解決改性劑拌和和路面攤鋪問題。實(shí)地鋪設(shè)路面并進(jìn)行路用各性能檢測(cè)，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 本技術(shù)特色與創(chuàng)新之處

①赤泥的大規(guī)模資源化綜合利用，是世界性的技術(shù)難題，本項(xiàng)目成功把固態(tài)廢棄物赤泥作為改性瀝青改性劑和高溫存儲(chǔ)穩(wěn)定劑，不僅可以節(jié)省大量瀝青材料這一不可再生資源，大大降低改性瀝青成本，還可充分對(duì)赤泥的資源化大規(guī)模利用開辟了全新的道路。

②本技術(shù)巧妙地利用了赤泥堿含量高（制約赤泥大規(guī)模利用）這一關(guān)鍵點(diǎn)，充分利用赤泥的高堿含量，來提高瀝青和混合料的黏結(jié)力。

③解決好軟化點(diǎn)大于70℃，在5℃溫度下碳瀝青延度達(dá)到30～50mm，具有顯著的抗高溫車轍、低溫抗裂優(yōu)良性能和低成本之間的矛盾。

④產(chǎn)品的工程化、實(shí)用化開發(fā)、自主產(chǎn)權(quán)技術(shù)的改性劑和高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定劑的開發(fā)及其造粒制備工藝，并保證改性瀝青有好的抗高溫性能和良好的低溫延伸性，且在拌和施工溫度下黏度小，攤鋪快，而在60℃的黏度高。

⑤采用防老劑提高改性瀝青的耐老化性能，通過合適的配合比設(shè)計(jì)，提高了混合料的耐久性，延長(zhǎng)功能化道路的使用壽命。

⑥采用直接拌和工藝回避了成品改性瀝青貯存過程中瀝青性能下降和施工不便的難題，減少能耗，無須添加纖維等添加劑，并保證了路面的優(yōu)良的路用性能。

5 技術(shù)應(yīng)用前景

對(duì)于赤泥資源來說，從中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)獲悉，我國(guó)每年產(chǎn)生的赤泥達(dá)到3000萬噸以上，針對(duì)我國(guó)赤泥堆放量大、綜合利用率低的現(xiàn)象，協(xié)會(huì)積極配合政府主管部門，多渠道推進(jìn)赤泥綜合利用工作，2011年處置赤泥將近1000萬噸，占我國(guó)當(dāng)年產(chǎn)生赤泥的1/2～1/3，資源化利用率達(dá)20%以上，直接經(jīng)濟(jì)效益超過1億元，間接經(jīng)濟(jì)效益超過6億元。然對(duì)于河南市場(chǎng)對(duì)赤泥的資源化綜合利用方面，赤泥的資源化利用率很低。因此赤泥資源化綜合利用技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。

［1］卓九鳳，康靜文，田建民，等.赤泥在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用及資源化途徑［J］.環(huán)境工程化，2009（10）：12-13.

［2］水恒福，朱靜.道路瀝青老化過程中瀝青組成與分子量分布的變化［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，18（4）：347-350.

［3］沈金安.改性瀝青與SMA路面［M］.北京：人民交通出版社，1991.