在陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室的陳列室里,記者看到由尾礦廢渣制成的透水磚、發泡陶瓷、土壤改良劑整齊排列。從回收尾礦中的有價元素,到制備綠色建材,再到修復尾礦庫區生態,這里的研究覆蓋了礦山固廢資源化利用的全鏈條。
自2011年組建以來,這座全國唯一一家專門研究尾礦資源綜合利用的省級重點實驗室扎根秦嶺腹地,在尾礦“減量化、資源化、無害化”的路徑上持續攻關。
解決秦嶺腹地綠色發展難題
作為秦嶺腹地的礦業重鎮,商洛有134座尾礦庫,占秦嶺陜西段尾礦庫總量的47%,全國近1%的可工業化利用尾礦在此堆積。這些礦業開發留下的廢渣,不僅大量占用土地資源,更對南水北調中線工程水源地構成潛在威脅。
“這是歷史留給我們的‘生態包袱’,也是必須破解的發展難題。”陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室主任、商洛學院化學工程與現代材料學院教授周春生說。
2011年,商洛學院聯合陜西鋅業有限公司、商洛市尾礦資源綜合利用中心,正式組建陜西省尾礦資源綜合利用重點實驗室。當時,國內專門研究尾礦資源化的省級實驗室尚屬空白。沒有雄厚的資金、沒有現成的團隊,實驗室從零起步,談何容易。
2012年,崔孝煒還在北京科技大學讀研,周春生專程跑到北京,和他聊了整整一下午。“當時實驗室條件艱苦,但周老師跟我說,這里有你施展拳腳的舞臺。”實驗室骨干人員崔孝煒回憶道。除了崔孝煒,實驗室十多年來持續引育高層次科研人才:2014年引進東北大學博士劉明寶,2015年引進中國科學院博士曹寶月、華南理工大學博士趙威,2016年引進中國科學院博士龔偉,為實驗室長遠發展筑牢人才根基。
人才短板逐步補齊,設備不足成了新的“攔路虎”。2025年,實驗室需要購置一臺場發射掃描電子顯微鏡,然而300多萬元的價格對實驗室來說是天文數字。“商洛學院黨委拍板:投!這是商洛唯一的省級重點實驗室,再難也要建起來。”周春生說。設備到位那天,實驗室的科研人員圍著它看了半天,“有了它,我們就能‘看清’尾礦里的秘密了。”大家興奮地說。不只場發射掃描電子顯微鏡,實驗室近年來還打造或引進了C80微量熱儀、X射線衍射儀和電感耦合等離子體發射光譜儀等設備。這些先進設備為實驗室開展科研工作提供了有力保障。
實驗室副主任張國春說,2014年實驗室通過驗收,2025年獲批陜西省教育科技人才體制機制一體改革試點單位和陜西省秦嶺礦產資源綜合開發利用概念驗證中心。如今,這里已建成7200平方米的研發場地,配備各類精密儀器500余臺套,成為西北地區尾礦綜合利用的技術高地。
攻克多項關鍵核心技術
商洛尾礦類型多、成分雜,單一技術難以實現全面有效的處理。建立之初,實驗室就明確了三個研究方向:把尾礦里的有價元素“吃干榨凈”,把廢棄礦渣制成綠色建材,把受損的庫區生態修復好。十多年來,團隊沿著這三個方向,一步步把“廢物”變成了“財富”。
商洛尾礦中普遍伴生石英砂等有價礦物,是極具開發價值的二次資源。然而,在傳統開發模式下,當地石英砂等硅質礦產長期處于中低端利用水平,產品工業附加值低,資源開發嚴重不足。陜西中泰材料科技有限公司就曾因石英砂提純度不穩定,導致其產品只能當低端原料銷售。實驗室成員、商洛學院化學工程與現代材料學院副教授李峰幫助企業優化提純工藝,將石英砂純度從99.5%提升至99.99%以上,使公司高純石英砂產品成功打入光伏市場。這一技術突破不僅讓企業年產值翻了幾番,更使其一躍成為洛南縣納稅第一大戶。
商洛鉬礦資源豐富,鉬尾礦年堆存量巨大,固廢治理與資源化利用壓力突出。崔孝煒帶領團隊,聚焦鉬尾礦建材化利用,創新顆粒級配布料工藝,成功研發出鉬尾礦高性能透水磚。“尾礦制備建材普遍面臨透水性與抗壓強度難以兼顧的瓶頸。經過上百次配方試驗,我們最終突破了這一技術瓶頸。”崔孝煒說。經檢測,該透水磚的透水系數超出國家標準7倍,抗壓強度達48兆帕,遠超常規透水磚。
這項技術轉讓給地方企業后,企業已建成全自動生產線,預計年產透水磚10萬立方米。
除了透水磚,實驗室還相繼攻克了多項關鍵技術。針對尾礦庫區重金屬污染問題,實驗室成員、商洛學院化學工程與現代材料學院院長曹寶月帶領團隊研發的雙功能乳液修復劑,既能鎖住土壤中的重金屬,防止污染繼續下滲,又能助土壤保水保肥。“修復劑可用無人機直接噴灑,操作簡單、成本低。”曹寶月介紹,陜西大西溝礦業有限公司已建成該修復劑中試生產線。未來其大范圍推廣應用后,有望讓不毛之地重新披上綠裝。
此外,實驗室還聯合企業成立石膏技術研究院,將脫硫石膏、磷石膏等固廢轉化為高強度新型包裝材料,廣泛應用于水果包裝、工業包裝等領域。
近三年,實驗室累計消解尾礦500余萬噸、復墾庫區1600余畝,創造綜合經濟效益超8400萬元。從實驗室到生產線,固廢變成了“金疙瘩”,“變廢為寶”的路子越走越寬。
實驗室不僅輸出技術,更輸出標準。實驗室牽頭制定《鉬尾礦微粉在混凝土中的應用技術規范》等9項團體標準和地方標準,研發的高固廢摻量低碳水泥、全固廢膠凝材料2項技術入選國家相關實施方案。“我們正在形成‘礦山開采—固廢利用—建材生產’的循環模式,讓‘秦嶺模式’可復制、可推廣。”周春生說。
談及未來,周春生的目光堅定:“我們的目標是做秦嶺尾礦治理的‘國家隊’。”下一步,實驗室將持續攻關低品位尾礦有價元素高效提取、尾礦基功能材料制備等核心技術,力爭年消納尾礦突破1000萬噸。
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