《含重金属固废高掺量建材资源化和无害化关键技术与应用》

奖项类别：科技进步奖

技术简介：

含重金属固废资源化和无害化是深入打好污染防治攻坚战的重要内容，是解决损害群众健康的突出环境问题的必然要求。十四五“无废城市”建设方案要求全面推进利用水泥窑、隧道窑等建材生产过程协同处置含重金属固废，对于构建城市固废处理体系、降低固废处置成本、化解建材行业产能过剩具有重要意义。现阶段，我国含重金属固废建材资源化利用过程仍然面临着处置效率低和产品重金属安全风险问题，制约了含重金属固废大规模资源化利用和建材行业绿色转型。项目组历经十余年攻关，在国家自然科学基金等项目的支持下，开发了含重金属固废高掺量建材资源化和无害化关键技术，突破了含重金属固废建材资源化过程效率低和重金属环境风险大的瓶颈，实现了含重金属固废高效建材资源化利用和产品无害化。项目取得的主要创新如下：

（1）针对掺加含重金属固废破坏建材性能且处置效率低的问题，揭示了重金属固废对建材性能的影响机制，发明了基于微区构建的重金属固废高掺量建材资源化技术，提高重金属固废在建材内部的分散均匀度，减少固废掺加对高温烧结反应的破坏程度，突破了重金属固废处置效率低的瓶颈，大幅提升了含重金属固废的掺加量和处置效率。相比掺加未造粒重金属固废，造粒后掺加新方法可将固废的掺加量由目前普遍的5-10wt%提升至15-25 wt%。

（2）针对掺加含重金属固废导致建材产品的重金属浸出超标的问题，分析了高温复杂环境重金属在建材制备过程的反应行为，揭示了掺加重金属固废制备建材过程重金属反应规律，提出了在微区范围内通过分组调控将重金属转入稳定晶格的新思路，开发了高温矿化重金属固化技术，显著提升了重金属固化效率，解决了建材产品重金属环境风险问题。掺加含重金属固废制备的建材产品重金属浸出浓度低于0.5mg/L，低于《危险废物鉴别标准—毒性物质含量鉴别》（GB5085.6-2007）国家标准对应限值2个数量级。

（3）针对水泥窑协同处置含重金属固废过程Cr氧化反应造成水泥产品Cr(VI)含量超标的问题，阐明了Cr(VI)生成反应机理和激发机制，创新提出了调控物料表面气液界面表面张力降低O2传质抑制Cr(VI)生成反应新方法，开发了高温碱性条件抑制Cr(VI)生成技术，破解高温碱性环境Cr(VI)生成反应难抑制的难题，实现水泥熟料产品Cr(VI)含量从20-100mg/kg降低至3-5mg/kg，满足国家标准《水泥中水溶性铬Cr(VI)限量及测定方法》(GB31893-2015)要求。

项目获授权发明专利13件，实用新型专利11件，发表SCI论文26篇，参编国家标准1项，经陈勇院士、谢克昌院士等专家鉴定，项目解决了含重金属固废建材资源化过程利用效率低和重金属环境风险问题，整体技术达到国际先进水平。项目技术在江苏、安徽、山东等地区得到应用，处理含重金属固废达到50万吨以上，近3年实现经济效益约8.6亿元，取得了显著的环境效益和重大的社会效益。项目提升了我国含重金属固废建材资源化技术水平，破解了含重金属固废量大难处理的现实困境，促进了我国含重金属固废大规模资源化处理和循环利用，作为重要技术支撑助力全国“无废城市”建设和国家生态文明战略实施。

研发人员：毛林强,彭明国,高丙莹,刘玉华,胡林潮,唐晓声,张道利,李海建,茆永晶,

吴凌云