自2004年以来,我院相关科研人员及时把握社会经济发展对环境保护与工程安全的双重要求,积极拓展研究领域,以尾矿库的治理与开发利用为新的专业研究方向,以纯碱工业废料的综合利用为突破口,将岩土力学与环境科学密切结合,在国内外首次研究出通过工程手段进行碱渣利用与处理的技术,有效解决了当前该行业发展的瓶颈问题,填补了国内外的一项空白,研究成果已成功运用于中国石化集团南化有限公司连云港碱厂,取得了显著的社会与经济效益。目前已获得《碱渣筑坝方法》、《采用工程方式实现碱渣真空脱水的方法》两项国家发明专利,开发了从规划、设计、施工、监测、开发到运行管理的成套技术,形成了自主知识产权体系,我院尾矿库治理与开发利用取得重大进展。
我院以目前在我国尾矿料中占据40%以上数量的碱渣为研究对象,通过几年的扎实工作,取得了一系列技术成果并及时应用到工程实际中:
一是消除了渣场安全的重大隐患,满足工程安全与环境保护的企业需要和社会要求。由于科技发展和人类思想意识水平有限,长期以来国内外普遍存在着重前端生产、轻后端排放现象,在运行过程中不断出现渗漏、垮塌、滑坡、缺口等问题,一方面严重影响渣场正常排放,另一方面因赔偿带来经济上的巨大损失。自2004年下半年开始,我院与连云港碱厂紧密合作,在不影响渣场运行的前提下,弥补先天不足,科学规划,严谨设计,精心施工,严格管理,从思想观念到技术方法一着不让地贯彻“以高新科技作支撑,以经济实用为准则”的原则,认真落实每一项技术工作。6年多来3个渣场从未出现工程安全事故,那种“提及渣场,人人心烦,个个心忧”的状况不复存在。
二是规范了渣场加高扩容工作,避免了无序建设、低效建设。以往我国渣场建设普遍缺乏全局性的规划,完全根据眼前排放情况临时决定加高的部位和规模,随机性太大,常常顾此失彼,生产成本不断增加,利润率难以提高。我院积极引进新理念,采用新技术,结合具体的设计任务对渣场进行总体规划,提出了0#渣场与1#渣场交替使用最终合二为一、2#渣场择机重新启用等一系列方案,这样使得渣场建设有章可循、有的放矢,避免了无序杂乱、多花钱还不放心的情况。
三是实现了渣场建设的高效化,通过优化设计为企业节省了巨额资金。在做好渣场整体规划的同时,对具体设计进行多方案比较,每次设计至少提出5种方案,按照“技术先进、经济合理、施工可行、安全适用”的精神确定最终方案,这几年来通过创新设计、精心设计,为渣场节省总费用超过7500万元。
四是完成了通过工程手段对碱渣脱水加固的开创性工作,既解决了现实问题,又为大规模开发利用进行了技术储备。碱渣亲水性强、含水率较高(170%以上)、强度低,必须脱水后才能利用,为此国内外曾经做过两种尝试:一种在碱渣中加入脱水剂或固化剂等化工材料以吸出水分,但采用化学手段不仅成本较高,不具备合理的投入产出比,而且带来二次污染,不符合环境保护要求,因而该方法仅局限于室内少量研究而已,不符合企业经济性的基本要求和国家环保性的强制规定,没有大规模推广应用的可能性;另一种是采用大型压滤设备,购置费用较高(国产为500~1000万元人民币/套,进口为120~160万美元/套),而且运行成本太高(1吨纯碱压滤费用30~40元人民币,以年处理碱渣130万吨为例,年运行费用3900~5200万元人民币),因而该方法只能少量应用。鉴于上述问题,目前大量碱渣未能加以利用,仍靠渣场长期贮放。
我院积极发挥科技先导型科研院所的作用,在掌握碱渣物理化学力学特性的基础上,充分调研国内外现状,以技术可行为前提、经济合理为标准,不拘泥于化学方法和面大量广的探索研究,着眼于通过工程手段处理碱渣,不局限于工厂化配制技术的研究,提出新型碱渣综合利用方法,节省了土地资源和避免了环境污染,有效解决纯碱工业进步的制约问题及其世界性难题,创造了十分显著的社会和经济效益。
五是在国内外首次提出了碱渣坝工程技术体系并及时应用,以资源再利用和环境保护为基本原则,切实解决连云港碱厂乃至国际上碱渣综合利用这一世界性难题,开辟碱厂废弃材料筑坝的新领域,填补国际上的一项空白。碱渣筑坝可以使企业摆脱不能停产与碱渣又无出路的困境,大量消纳了废料,腾出了库容,实际上也是企业的增效。从环境角度看,碱渣筑坝类似于垃圾填埋,只要采取适当的上部覆盖、下部隔离等工程措施,就能避免污染空气、侵蚀土壤等情况的发生,符合环境保护的要求。目前0#渣场和1#渣场加高均采用碱厂自有的碱渣、粉煤灰、返石筑坝,真正实现废料的二次利用,为此节约了巨额资金,也符合循环经济、环保优先的发展要求,成功解决了困扰企业多年的渣场安全问题,强力规范了渣场建设程序,切实优化了渣场运行方案,有效提高了渣场管理水平。
通过几年的努力,连云港碱厂渣场规划、设计、施工和管理已处于全国纯碱行业的领先位置,随着安全管理和监测措施的全面落实,连云港碱厂渣场建管模式将成为国内标本,对全国尾矿库的管理与利用起着示范和引导作用。今后我院将继续发挥国家级科技先导型科研应用机构的技术优势,在前期所取得的碱渣性质研究、脱水加固和筑坝技术等方面成果的基础上,加快碱渣作为工程土大规模利用的研究与应用步伐,以适应周边沿海开发需要大量回填土的形势,实现既腾空库容、保证碱厂碱渣正常排放或者满足搬迁时政府对渣场土地交付的要求,又可产生十分显著的社会经济效益,同时,将新技术积极推广到全国尾矿库的管理与开发之中。
整治前的尾矿库
整治中的尾矿库
整治后的尾矿库
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引进新理念,应用新技术,我院尾矿库治理与开发利用研究取得重要成果_南京水利科学研究院版
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