黃河泥沙有望“凝結(jié)為石”
山東省聊城市副市長(zhǎng)劉玉蘭介紹，聊城境內(nèi)每年向白洋淀和天津送黃河水12億立方米，送水以前必須將沙子沉淀，每天因此留下的沙子一米寬、三米高、10公里長(zhǎng)。沙子是聊城一大頭疼問(wèn)題。黃河泥沙非常細(xì)，做磚很不經(jīng)濟(jì)，不做成其他東西是危害，沙子揚(yáng)起來(lái)，用老百姓的話(huà)說(shuō)，揭不開(kāi)鍋，睜不開(kāi)眼，推不開(kāi)門(mén)。
令劉玉蘭等欣慰的是，困擾我國(guó)上千年之久的黃河沙患問(wèn)題有望得到變廢為寶式的徹底解決。6月16日，清華大學(xué)國(guó)土資源研究中心在京宣布：凝石原料采集技術(shù)研發(fā)取得了突破性進(jìn)展：地球上最豐富的硅鋁質(zhì)物料，包括固體廢棄物、隨處可見(jiàn)的泥沙均可成為凝石的原材料，并使它們像巖石一樣堅(jiān)硬，可取代混凝土。而傳統(tǒng)的水泥主要原料是石灰石，不是處處都能取得，還需高溫鍛燒。這意味著：黃河河床上淤積的泥沙經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砑纯缮a(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的凝石產(chǎn)品。這項(xiàng)突破在中國(guó)膠凝材料發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義。目前，該項(xiàng)技術(shù)解決了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)作的關(guān)鍵核心難題，由該中心主導(dǎo)的企業(yè)在山東和河南設(shè)立了分公司，立志于把黃河淤泥變廢為寶。
據(jù)了解，凝石研究先后獲得了國(guó)家863計(jì)劃、教育部973預(yù)研項(xiàng)目、國(guó)家自然基金、發(fā)改委中小企業(yè)基金的有力支持。清華大學(xué)與藍(lán)資集團(tuán)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，建立了清華——藍(lán)資凝石聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，大大促進(jìn)了凝石技術(shù)研發(fā)。2005年8月12日，在教育部組成的國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目成果鑒定會(huì)上，全體專(zhuān)家一致認(rèn)為：該項(xiàng)目創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微晶二元膠凝材料（凝石）清潔生產(chǎn)技術(shù)體系，開(kāi)辟了仿地成巖制備膠凝材料的國(guó)際前沿性科學(xué)研究新領(lǐng)域，整體上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
隨著凝石技術(shù)研究水平的提升，其原料實(shí)現(xiàn)了從礦石殘?jiān)缴惩恋耐卣?。如今，粉煤灰、煤矸石、尾礦、赤泥、鋼渣、高爐渣、黃河泥沙、建筑垃圾、城市生活垃圾焚燒后的爐渣與飛灰、城市水體清淤污泥、廢陶瓷、廢玻璃以及一切以煤或油葉巖為燃料的爐渣等都可以作為凝石生產(chǎn)的原材料。這不僅降低了整體的生產(chǎn)成本，對(duì)從根本上解決困繞著一些的地方的沙患問(wèn)題同樣有著極大的社會(huì)意義。
黃河是中國(guó)沙患問(wèn)題最突出的問(wèn)題。其每年向中下游排沙達(dá)16億噸，相當(dāng)于堆成1米見(jiàn)方的土堤繞地球27圈。每年淤積在下游河床中的泥沙有4億噸，使黃河成為高出地面十余米的懸河。泥沙和暴雨洪水造成黃河下游河床善淤、善決、善徙，然而隨著凝石原料采集技術(shù)的突破，黃河河床上淤積的泥沙經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砑纯缮a(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的凝石產(chǎn)品,可發(fā)揮出這一新技術(shù)在解決黃河沙患問(wèn)題中的積極作用。
凝石技術(shù)基本原理——仿地成巖
凝石作為新興技術(shù)，又曾因某些媒體的不當(dāng)宣傳，一度受到質(zhì)疑。
其實(shí)，凝石從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前要經(jīng)過(guò)七大關(guān)口：基礎(chǔ)研究——配比分析——樣品性能研究——小試生產(chǎn)研究——凝石混凝土性能研究——中試生產(chǎn)研究——凝石產(chǎn)品中試應(yīng)用研究。最后，凝石技術(shù)才被允許大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。這是一個(gè)完善的從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化推廣的閉路循環(huán)系統(tǒng)發(fā)展體系，確保了整個(gè)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性。
清華大學(xué)國(guó)土資源研究中心孫恒虎教授解釋?zhuān)夹g(shù)的基本原理就是仿地成巖。大自然具有“完美性、規(guī)律性和簡(jiǎn)單性”。自然界的奧秘一直是人類(lèi)探索各種科學(xué)技術(shù)原理及取得各項(xiàng)重大發(fā)明的本源。對(duì)大地成巖的模擬即稱(chēng)為“仿地”。仿地成巖的凝石技術(shù)主要體現(xiàn)在下列四個(gè)方面：
一是組成仿地。地殼本身就是由以鋁硅酸鹽體系為主的礦物構(gòu)成的巖石體系，而來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)排放的固體廢棄物大多屬于硅鋁質(zhì)物料。凝石技術(shù)的組成仿地正是選擇了在地殼中廣泛分布的鋁硅酸鹽礦物作為膠凝材料設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大宗固體廢棄物的全面利用。
二是過(guò)程仿地。火山灰形成巖石的過(guò)程可分為“火山灰化”和“巖石化”兩個(gè)過(guò)程。相比之下，來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)的大量熔渣就如同高溫巖漿。也就是說(shuō)人類(lèi)在不自覺(jué)地進(jìn)行著大自然成巖的“火山灰化過(guò)程”模擬活動(dòng)，制造了各種冠以“廢棄物”為名的人造“火山灰”！這些已儲(chǔ)存了大量潛能的人造“火山灰”正是凝石生產(chǎn)的廉價(jià)原料。
地質(zhì)巖相與成巖條件關(guān)系告訴我們，在常溫常壓的條件下，地質(zhì)作用能夠形成巖石。大自然火山灰沉積巖和天然礫巖成巖的事實(shí)說(shuō)明自然界在常溫常壓下可以形成巖石，其成巖過(guò)程既可在數(shù)年以上，也可短短數(shù)年以?xún)?nèi)完成。
2006年3月，孫教授帶隊(duì)對(duì)印尼七大火山進(jìn)行了系統(tǒng)考察。阿貢火山于1963年噴發(fā)，火山灰在海水和雨水常常浸泡的地方已經(jīng)變成堅(jiān)硬的石頭，在不能經(jīng)常浸泡的地方仍然保持松散?？梢?jiàn)，在常溫、常壓條件下火山灰成巖的客觀(guān)事實(shí)毋庸置疑。
三是結(jié)構(gòu)仿地。結(jié)構(gòu)仿地包括微觀(guān)結(jié)構(gòu)仿地和宏觀(guān)結(jié)構(gòu)仿地。從膠凝材料與石子的界面結(jié)合上看，凝石混凝土界面結(jié)合緊密，具有與礫巖相似的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。從形貌上看，天然礫巖就是自然界中存在的“天然混凝土”，它與現(xiàn)代建筑中所用水泥混凝土具有非常相似的宏觀(guān)結(jié)構(gòu)。
四是性能仿地。以火山灰為主要膠凝原料的古羅馬建筑物歷經(jīng)了2000多年的風(fēng)吹日曬依然保持完好，其耐久性令人震驚！研究證實(shí)，古羅馬建筑物的膠凝材料中出現(xiàn)了大量沸石相。古代混凝土的巖石化賦予古建筑物的千年耐久性。這一事實(shí)為我們能夠成功地進(jìn)行大地成巖的仿真提供了佐證。
凝石技術(shù)的核心是成巖劑。成巖劑是怎樣把礦渣、泥沙等膠凝在一起的呢？在自然界，土壤、沙石一般需要幾十年甚至幾百年才能形成巖石，加上成巖劑，為何在短短的幾天內(nèi)就能形成混凝土，達(dá)到人們所需要的強(qiáng)度呢？孫教授舉了一個(gè)例子，單純的硝酸或濃硫酸都不能腐蝕金，但以一比三的比例制成“王水”，就能將金溶解。這就是一種協(xié)同效應(yīng)。成巖劑就是將多組分的鹽按一定比例配好，發(fā)揮其復(fù)合協(xié)同效應(yīng)，大大縮短膠凝時(shí)間。
孫恒虎教授將凝石技術(shù)的特點(diǎn)歸納為：“一個(gè)中心、兩個(gè)效應(yīng)”：即硅中心穩(wěn)定規(guī)律，包括硅的四配位同構(gòu)效應(yīng)和成巖流體復(fù)合協(xié)同效應(yīng)；創(chuàng)建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的凝石二元化技術(shù)體系、產(chǎn)業(yè)化體系和標(biāo)準(zhǔn)體系。
為循環(huán)經(jīng)濟(jì)助力
科技部火炬辦原主任王瑞明說(shuō)，我們國(guó)家每年消耗的水泥大約是10億噸，這10億噸消耗了大量的能源，污染了我們的環(huán)境，如果用凝石的話(huà)，能源消耗就要降低30%~40%，相當(dāng)?shù)目捎^(guān)呀，還能夠凈化環(huán)境，因?yàn)槟夹g(shù)本身吃廢棄物，我們國(guó)家每年的固體廢棄物大約接近11億噸，如果凝石技術(shù)把11億噸廢棄物消滅掉的話(huà)，為我們國(guó)家凈化環(huán)境提供了很好的條件。所以凝石應(yīng)該是一個(gè)既節(jié)能又環(huán)保的項(xiàng)目。同時(shí)，有利于建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)，這個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、廢棄的東西，下個(gè)企業(yè)能夠繼續(xù)用起來(lái)，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)集聚，這是符合“十一五”發(fā)展整體規(guī)劃的。
同時(shí)，凝石又是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，對(duì)于解決當(dāng)前的能源危機(jī)，促進(jìn)社會(huì)與自然的和諧發(fā)展將發(fā)揮著巨大的作用。王瑞明說(shuō)，如果不發(fā)展自主創(chuàng)新，我們就沒(méi)法發(fā)展了，我們發(fā)展前進(jìn)的步伐就會(huì)受到制約。這么好的項(xiàng)目我們?yōu)槭裁床蝗ゴ罅χС帜?？我也?tīng)到一些說(shuō)法，說(shuō)水泥用了200多年，這個(gè)產(chǎn)業(yè)給多少多少人提供了就業(yè)機(jī)會(huì)。凝石技術(shù)會(huì)不會(huì)對(duì)水泥行業(yè)產(chǎn)生沖擊呢？我認(rèn)為這與凝石技術(shù)的發(fā)展并不矛盾，凝石技術(shù)可以對(duì)傳統(tǒng)的水泥行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造創(chuàng)新，并不牽扯到失業(yè)或者把這個(gè)產(chǎn)業(yè)沖掉的問(wèn)題。
