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開創世界先河 改寫行業命運 ——記川恒“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”的探索之路

發布時間:2021年,09月24日

9月6日,生態環境部公布第二輪第四批中央生態環境保護督察第一批典型案例。湖北省黃岡、孝感、襄陽等市磷化工企業污染環境問題突出,磷石膏綜合利用不力被點名!


這表明,國家對綠色發展、環境保護態度堅決,任何企業和個人都不能心存僥幸,對自然生態和國家政策置若罔聞!


同樣,在9月6日,一項改寫行業命運的技術成果在川恒股份旗下的福麟礦業成功應用,這就是川恒整整孕育了十年的“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”!十年時間,于歷史長河僅彈指一揮間,但對川恒人來說,這一路的探索,卻充滿了無盡艱辛,也正是川恒人責任與擔當、勇氣與非凡創造力的最好證明!

不忘初心  未雨綢繆“探”石膏


時間退回到11年前,位于中國西南的貴州福泉。


彼時,川恒股份還未進行股份制改革,工廠里每年產生80萬噸磷石膏。望著越來越高的石膏堆場,川恒的管理團隊和研發員們憂心忡忡。磷石膏污染是懸在磷化工企業頭頂上的一把劍,隨時可能掉下來。


彼時,國家尚未將解決磷石膏堆存污染問題提上日程,貴州省也尚未用“以渣定產”政策倒逼磷化工企業。

而川恒,秉承著讓磷化工沒有污染的初心,積極地探索磷石膏的綜合利用,嘗試了水泥緩凝劑、建筑石膏粉、路基材料等多種應用方式。


橫空出世  半水濕法磷酸技術奠基礎

2010年,一項技術橫空出世,改變了川恒在解決磷石膏問題上小打小鬧的局面。


川恒成功研發出半水濕法磷酸成套技術,并在此基礎上,建成了國內首套單系列產能最大的半水濕法磷酸生產裝置,于2010年9月一次開車成功。2013年6月,此項技術成果被鑒定為“國際先進水平 ”。


2011年,研發員們發現,川恒獨有的半水濕法磷酸技術產生的半水磷石膏與傳統的二水磷石膏相比,具有自膠凝性能,可替代水泥成為膠凝劑,可利用性更強。這個發現讓研發員們十分驚喜,一項獨一無二的技術正在孕育中。

礦化一體  半水磷石膏的天然戰場


2015年,腦海中零碎的想法和念頭終于成熟,川恒正式提出了“礦化一體”思路。利用半水濕法磷酸工藝副產的半水磷石膏作為膠凝材料,膠結二水磷石膏、尾礦等固廢回填采空區進行充填采礦,不僅消除磷石膏地表堆存帶來的環保問題,同時,可通過低成本充填,減少并預防礦山地質災害的發生,實現“一廢治兩害”!


雖然,國內已有磷石膏在礦山進行充填采礦的先例!但因磷酸生產技術的不同,產生的是二水磷石膏,不具備膠凝性能,只能作填充料,還必須加入水泥等膠凝材料,充填成本高。


經過前期大量的理論研究,川恒已經掌握了影響半水磷石膏膠凝性能的因素和改性手段。充分利用半水磷石膏自膠凝特性,在進行充填采礦時,它可以替代水泥成為膠凝材料,這在世界上屬于首創!在成本和性能上更具優勢!


但是,充填采礦是個系統工程,材料強度只是最基礎的條件,還需要弄清材料的穩定性,工程設備適應性等。另外,貴州大部分是喀斯特地貌,井下水文地質條件十分復雜,還需要弄清充填體對環境的影響。當時國內甚至全世界對這方面的研究一片空白,基本找不到相關文獻資料。川恒作為磷化工企業,雖然有豐富的化工生產經驗,但對充填采礦知之甚少,無法結合采礦展開系統性的研究。技術團隊束手無策,研究工作一度陷入停滯。

柳暗花明  與北京科技大學合作

轉機來了。在長沙舉行的一次行業論壇中,川恒結識了北京科技大學王貽明教授團隊,其在充填采礦方面深厚的理論知識和豐富的實驗經驗,讓川恒團隊重新燃起了信心。

2016年,川恒與北京科技大學合作成立項目組。王教授制定了詳細的可行性研究方案,安排蘭文濤博士和姜關照博士常駐公司開展實驗。實驗期間,蘭博士母親患病還在北京化療,中試期間爺爺去世,項目組安排他休假回家,被他拒絕了。他說實驗正在關鍵階段,不能耽誤實驗開展。有這樣的精神支撐,項目研究工作推進迅速,攻克了一個又一個的技術難關。


2016年9月,基礎理論研究、實驗室試驗完成。


實驗室實驗
實驗室試驗

2016年11月,廠內中試試驗完成。

中試_副本


2018年7月—2019年9月,技術團隊在盛源磷礦完成2.6萬立方米采空區的工業化充填試驗,驗證了“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”在井下應用的可行性,為大規模的工業化推廣提供了翔實的數據支撐。


工業化實驗
盛源磷礦工業化試驗裝置

該項目前后申請并獲得了4項發明專利,發表中英文學術論文12篇。


2019年10月,中國石油和化學工業聯合會組織專家對“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”進行了技術成果鑒定。


專家委員會鑒定結論稱:

“該研究成果成功解決磷化工企業磷石膏堆存難、磷礦山企業充填成本高兩大難題,對綠色礦山建設和磷化工產業轉型升級具有重要意義,經濟和社會效益顯著。


專家組一致同意通過成果鑒定,研究成果達到‘國際領先水平’。

建議加快推廣應用。”


鑒定會現場
鑒定會現場

“半水濕法磷酸技術”與“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”,就像一對孿生兄弟,經過十數年的時間,終于孕育成功了,這將一舉改寫傳統磷化工行業的命運。


2018年4月,貴州省全面實施磷石膏“以渣定產”政策。許多企業紛紛慌了神,這才將解決磷石膏堆存問題提上日程。而彼時的川恒,已經進入了工業化試驗階段。


2016—2019三年間,川恒股份在深交所成功上市,并整合收購了福泉磷礦,一種磷化工產業可持續發展的新模式——新型“礦化一體”循環經濟產業布局正在悄然形成。


推廣與應用在實踐中快速成長


2018年8月,川恒“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術” 100萬m3露天充填示范工程——福泉公雞山露天坑生態修復項目正式啟動,在解決磷石膏堆存問題的同時,為當地露天坑地質災害治理找到了新途徑。


公雞山充填站

公雞山充填站

2020年,川恒發布《半水磷石膏改性膠凝材料露天坑生態修復質量》企業標準。


2020年11月,由北京科技大學牽頭,川恒股份參與起草的《全尾砂膏體充填技術規范》國家標準發布。該標準填補了國內外膏體充填技術標準空白,具有首創性。


2021上半年,貴州省生態環境廳“以渣定產”調查核算結果顯示,川恒股份磷石膏綜合利用率103.48%。

獨一無二半水磷石膏充填采礦圓夢成真

川恒股份旗下福麟礦業于2020年開始啟動小壩、新橋兩座充填站的建設,2021年5月完成調試。9月,川恒股份產生的半水磷石膏成功用于福麟礦業井下充填采礦,川恒“礦化一體”想法變成了現實。


由于“水泥+尾砂”充填采礦成本高,很多磷礦山無法應用,只得采用房柱法進行采礦,磷礦的采出率只有50—60%,導致了磷礦資源的極大浪費。


用“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”進行全廢料井下充填采礦,成本只有“水泥+尾砂”充填采礦成本的三分之一,磷礦的采出率提高到90%以上,同時消耗大量磷石膏,這樣一舉多得,可以說將資源的利用率提升到了極致。


依托于“半水濕法磷酸技術”研究出來“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”,在全球尚屬首例,別無二家! 這是川恒人經年累月技術創新的豐碩成果,值得載入磷化工行業史冊!


當前,川恒控股子公司福麟礦業已建有小壩、新橋和公雞山三座充填站,已經具備每月15萬噸的大規模充填條件。


同時,川恒正在全力推進福泉羅尾塘園區新型“礦化一體”新能源材料循環產業項目建設。該項目建成后,磷礦石和半水石膏等充填材料可通過皮帶走廊實現雙向鐘擺對流,一種以“半水磷石膏改性膠凝材料及充填技術”為紐帶,嶄新的磷化工可持續發展新模式正在呼之欲出!該模式在川恒的成熟應用,以及后期在行業中的推廣,必將推動磷化工產業煥發新的生機和活力!

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