低成本沥青改性与赤泥资源化应用技术研究

李子云 杨广军

（1.郑州市路通公路建设有限公司，河南 郑州450000；2.郑州航空工业管理学院，河南 郑州 450000）

1 相关领域技术发展水平和趋势

赤泥是氧化铝矿提炼氧化铝生产中排放的一种废弃物，据统计，每生产1吨氧化铝要排放1～1.8t赤泥。近年来，随着全球环保意识的增强，筑坝堆存已成为主要的排放方式，每吨赤泥的管理、堆存费用为50～100元，不仅占用大量土地资源，而且强碱性、高盐度的赤泥废弃物长期堆存渗漏，对生态环境（如土壤、水体和地下水等）造成严重污染。另外，赤泥堆存场表面风干的赤泥扬尘则造成空气悬浮颗粒污染，直接影响区域环境空气质量。因此，铝工业大量赤泥矿渣的堆存已成为新的环境污染源［1-3］。

沥青为不可再生资源，石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油，经适当的工艺处理后得到的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青，石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物。如果原油价格增长，必然带动沥青、改性沥青的价格的不断增长，通过提高我国改性沥青的深加工能力，减少沥青用量，增大废弃资源综合利用能力，具有重大的经济效益和社会效益。

郑州航空工业管理学院“路面材料沥青改性”河南省工程技术研究中心的杨广军教授从2012年6月起，通过和郑州市路通公路建设有限公司合作，利用赤泥资源开发了改性沥青稳定剂，解决高温改性沥青储存稳定问题，为赤泥用改性沥青新技术的工程化应用奠定了基础。

2 低成本沥青改性与赤泥资源化应用技术研究内容

目前国内外改性沥青主要采用以SBS为主要原材料的沥青改性剂进行改性，价格昂贵，每吨改性沥青要高出基质沥青1400元左右；针对河南省气候特点，和郑州地区赤泥材料的性能特点，在固体废弃物-赤泥的物理性能和化学性能充分研究的基础上，采用少量SBS成分，考虑充分利用废弃赤泥资源、高岭土、粉煤灰等低成本原料，根据郑州地区赤泥有价元素含量变化的特点，开发出低成本、高效沥青改性技术，包括基于赤泥材料的沥青改性剂和高温储存稳定剂，制备出符合高等级路面性能指标的高性能改性沥青，使沥青改性成本节约30%左右，提高改性质量，开发出低成本高性能的改性沥青，并成功应用于道路铺筑，在我省形成一支特色鲜明、深受道路工程人员欢迎的科研队伍和成果。

3 低成本沥青改性技术方案和技术经济指标等

为了开发出耐候性、低成本和高性能的沥青路面，以及所需的沥青改性剂和高温储存稳定剂，研究方案如下：

①确定高效、低成本沥青改性剂和高温储存稳定剂的造粒制备工艺和设备，选择来源稳定、成分稳定的赤泥、粉煤灰的供给基地，选择赤泥、粉煤灰的筛选、粉碎、烘干设备，使制备的赤泥、粉煤灰的粒度、干燥度均匀一致，满足改性剂和稳定剂的质量要求；确定出改性剂和稳定剂的生产设备—双螺杆挤出造粒机，根据赤泥、粉煤灰、SBS、芳烃油等原材料，根据研究的配方，制定出改性剂和稳定剂的制备、造粒工艺和加工温度；设备调试，制备出性能稳定的改性剂和稳定剂。

②用沥青测试仪器进行改性沥青性能的测试，研究结构与性能的关系。选择使其60℃黏度超过200 000Pa.s，软化点大于70℃，在5℃温度下碳沥青延度达到30～50mm，具有显著的抗高温车辙、低温抗裂优良性能。在高分子加工设备上制备出直接拌和用改性剂。比较成品改性沥青和直接拌和法制备的改性沥青混合料试验的区别，并改进拌和工艺，使其工艺简单且混合料性能稳定。

③根据气候数据计算沥青路面路用性能，对各级配进行反复调整，根据马歇尔试验得出合适的沥青用量。根据矿料的筛分结果和级配要求进行混合料各项路用性能测试，并得出改性剂和混合料性能之间的关系。

④根据实地路面要求进行路面中面层设计，满足路用性能要求。根据路面需求确定改性剂用量，适时解决改性剂拌和和路面摊铺问题。实地铺设路面并进行路用各性能检测，使其达到设计要求。

4 本技术特色与创新之处

①赤泥的大规模资源化综合利用，是世界性的技术难题，本项目成功把固态废弃物赤泥作为改性沥青改性剂和高温存储稳定剂，不仅可以节省大量沥青材料这一不可再生资源，大大降低改性沥青成本，还可充分对赤泥的资源化大规模利用开辟了全新的道路。

②本技术巧妙地利用了赤泥碱含量高（制约赤泥大规模利用）这一关键点，充分利用赤泥的高碱含量，来提高沥青和混合料的黏结力。

③解决好软化点大于70℃，在5℃温度下碳沥青延度达到30～50mm，具有显著的抗高温车辙、低温抗裂优良性能和低成本之间的矛盾。

④产品的工程化、实用化开发、自主产权技术的改性剂和高温储存稳定剂的开发及其造粒制备工艺，并保证改性沥青有好的抗高温性能和良好的低温延伸性，且在拌和施工温度下黏度小，摊铺快，而在60℃的黏度高。

⑤采用防老剂提高改性沥青的耐老化性能，通过合适的配合比设计，提高了混合料的耐久性，延长功能化道路的使用寿命。

⑥采用直接拌和工艺回避了成品改性沥青贮存过程中沥青性能下降和施工不便的难题，减少能耗，无须添加纤维等添加剂，并保证了路面的优良的路用性能。

5 技术应用前景

对于赤泥资源来说，从中国资源综合利用协会获悉，我国每年产生的赤泥达到3000万吨以上，针对我国赤泥堆放量大、综合利用率低的现象，协会积极配合政府主管部门，多渠道推进赤泥综合利用工作，2011年处置赤泥将近1000万吨，占我国当年产生赤泥的1/2～1/3，资源化利用率达20%以上，直接经济效益超过1亿元，间接经济效益超过6亿元。然对于河南市场对赤泥的资源化综合利用方面，赤泥的资源化利用率很低。因此赤泥资源化综合利用技术具有广阔的市场前景。

［1］卓九凤，康静文，田建民，等.赤泥在环境污染治理中的应用及资源化途径［J］.环境工程化，2009（10）：12-13.

［2］水恒福，朱静.道路沥青老化过程中沥青组成与分子量分布的变化［J］.安徽工业大学学报，2001，18（4）：347-350.

［3］沈金安.改性沥青与SMA路面［M］.北京：人民交通出版社，1991.