长江科学院科学家数十年努力，终让铁尾矿有了大担当

　　群山逶迤，江阔潮平，市民们流连于“高峡平湖”的胜景中。
　　正在建设中的银江水电站位于金沙江干流中游末端的攀枝花段，是金沙江干流中游水电开发的最下游梯级，上接金沙水电站，下接乌东德水电站。水库正常蓄水位998.50米，总库容5940万立方米，调节库容180万立方米，年平均发电量15.57亿千瓦。
　　银江水电站也是国内少有的紧靠城市主城区的亲水平台，它将为市民提供一幅“水在城中、水城相融”的山水画卷。今天它还要特别加上一条：全世界首次采用“铁尾矿筑坝”的水电站。


　　银江水电站设计效果图。
　　攀枝花是一个因矿而兴的城市，“也是一个被尾矿包围的城市”，长江科学院材料学教授陈霞特别强调了一句。
　　陈霞回忆起攀上铁尾矿坝所见到的情形，坝上铁路运来一车车尾矿堆积在坝内，最高近百米，“堆积如山”四个字毫不夸张。
　　攀枝花有着全国最大的钒钛磁铁矿，探明的储量达71.8亿吨，伴生钛矿、钒、石墨、钴等都位居全国或世界前列。
　　经过多年开发，挖山取石，冶炼弃石，全市各处矿山、钢厂都堆积着数量庞大的固体废弃物，据不完全统计，攀枝花共有尾矿库52个，尾矿累积堆存量约5.8亿吨。2013年以来当地就新建了9个尾矿库和8个排土场，单单地处西南的攀枝花钢铁集团铁尾矿堆积场就占地约3.2平方公里，堆积量约1.2亿立方米。


　　尾矿库坝现场照片。


　　攀枝花尾矿库堆积高度。
　　从矿石变成尾矿的过程，既有炼成钢铁、贵重金属“利”的一面，也有无法处理其剩余“害”的一面。剩余的固废无所用处，只能堆积在特定的场地，需建设专门的尾矿坝场来维护管理它们，消耗大量的人力物力不说，几十年甚至数百年日积月累，尾矿越堆越多，越堆越高，诸如泥石流、尾矿库溃坝、排土场滑坡等所诱发的次生灾害频发，对人民生命财产安全造成了严重威胁，而且尾矿中有害元素的扩散和转移也会给周边环境、居住人群和企业的经济发展带来严重生态危机。固废的综合治理和开发利用一直是全世界面临的重大课题与难题。
　　接力下的突破
　　这个矛盾在2019年银江水电站正式开工建设中变得尤为尖锐。地处西南，地质条件决定了当地的天然骨料严重不足，而另一方面，海量的铁尾矿却堆积在咫尺之间废弃无用。
　　能否将铁尾矿作为大坝混凝土的主要骨料，寻找出一种成熟的尾矿再利用技术，为当地解决“老大难”问题助一臂之力？长江科学院建筑材料团队开始了攀枝花铁尾矿筑坝的方案可行性论证。
　　今年38岁的陈霞是长江科学院最年轻的女教授，也是长江科学院建筑材料科研团队的第三代科学家。这个团队几十年来、三代接力持续攻关“固体废弃物再利用”的课题。在研究“尾矿筑坝”之前，他们已经在粉煤灰替代水泥、尾矿作为一般混凝土主要粗、细骨料等领域取得过重大突破，特别是粉煤灰替代水泥研究，所制订的相关国家和行业标准，直接改变了中国基建建筑材料面貌。该团队主要成员吕兴栋博士半开玩笑地说，让本来赔钱都没人收的粉煤灰居然卖得比水泥还贵。
　　水坝混凝土的标准则要高得多，银江水电站离市区如此之近，经济效益必须兼顾生态效益、安全效益、发展效益。
　　长江科学院建筑材料团队在接下来的数年间，利用多种手段，研究比较了各种尾矿的物理结构、化学成分和粒径分布，发现铁尾矿骨料除了在搅拌时因太重而容易沉淀的毛病外，在强度、变形、耐久等方面都是高标准混凝土骨料的上佳候选材料。
　　他们大胆突破，不断试验，将铁尾矿骨料和水泥、粉煤灰、外加减水剂、引气剂按多种比例调配，研究了采用铁尾矿为骨料配制的二级配、三级配和四级配混凝土相关性能，终于找到了既能克服铁尾矿缺点又能发扬其优点的混凝土配比。陈霞教授介绍说，这就科学论证了以铁尾矿为主要骨料的混凝土在抗压强度、极限拉伸值、自生体积变形、抗冻性能和抗渗性能上均达到大坝的设计要求，完全能满足大坝“百年工程，千年校核”的各种极端考验，综合性能优于天然骨料混凝土。


　　加工成骨料的铁尾矿。
　　2017年1月该研究通过了“可行性研究报告咨询会议”中的专家咨询，专家组一致认为，研究“为工程骨料料源的选择提供了技术支撑”。
　　尾矿筑坝，“变害为利、变废为宝”是可行的。
　　落地试水的烦恼
　　银江水电站建设的业主方“川投能源攀枝花水电公司”工程管理部严经理是个工地上无所不知的人，也是个精打细算的人，他每天满脑子的都是质量、工期、成本。他对市场的波动非常敏感。
　　当我们的采访电话打过去时，他正在为确保12月中旬大江截流忙得不可开交，他没好气地说：“现在没有用了，价格谈不拢。”
　　他负责将科学研究的“底气”变现，不过也尝到了变现中的烦恼。
　　2021年2月，银江水电站一期导截流工程正式开始浇筑，他们就地取材，以铁尾矿为骨料大规模浇筑大坝混凝土。“铁尾矿”混凝土使用量累计近三万吨，占银江水电站设计总混凝土使用量的1.5%。
　　这些“铁尾矿”混凝土主要用在大坝的结构混凝土上，承担着大坝的有效载荷，质量和以往的大坝混凝土没有区别。
　　严经理透露，正是这次使用，直接带动了周边铁尾矿价格的上涨。“尾矿筑坝”的性价比一下变得不具优势。
　　中国水利水电第七工程局五分局是银江水电站所需骨料和混凝土的制造单位，他们的技术人员也印证了“铁尾矿”混凝土从使用到停用，不存在生产和技术难题，市场的波动影响了选择。
　　近3万吨铁尾矿混凝土使用量，相较于整个水电工程的300万吨级的混凝土需求量，数据不算太大，目前停用也有些遗憾，但吕兴栋还是挺欣慰的，毕竟第一次大规模使用，谨慎为先，这样的成绩已经很令人鼓舞。他有些感慨地说，就像打开了一扇大门，为今后类似的水利工程探索了一条通用、可行的“固废再利用”的绿色发展之路。
　　长江大保护的践行者
　　算得清楚的经济账背后还有算不清楚的生态账。
　　三峡集团董事长、党组书记雷鸣山日前曾撰文表示，长江水利“源于长江、兴于长江，现在要回馈长江、保护长江。”
　　“尾矿筑坝”就是在探索一条建设和治理相向而行、利用和保护同时并举的道路。
　　但先用后停，也显示了过程的波折。“尾矿筑坝”“固废再利用”不可能一蹴而就。这是全国众多科研团队“固废再利用”探索中常遇到的瓶颈，除了混凝土，还有固废变水泥、变路基、变填充料、变工民建建材等，每一个方案在实验室里数据都很漂亮，一旦走向大规模应用常常不尽如人意。落实变落差，陈霞和吕兴栋异口同声地说，在这个蹒跚起步的时刻，需要国家明确的导向和政策的扶持，使实验室里的可行变成社会经济生活里的势在必行。
　　今年以来国家发布的一系列重要“高质量发展实施方案”“碳达峰行动方案”无不提到尾矿等固废问题，似乎回应了社会的关切。这些方案特别指出，要提高尾矿等大宗固废的再利用，支持大掺量、规模化、高值化利用，鼓励应用于替代原生非金属矿、砂石等资源。国务院更明确提出落实目标，到2025年，大宗固废年利用量达到40亿吨左右；到2030年，年利用量达到45亿吨左右。
　　以这样一个进度，中国能用20年左右的时间移走“固废”之山。而科技创新则为这份时间表提供动力。陈霞介绍了三十年来长江科学院在固废再利用上的诸多探索，粉煤灰替代水泥，铁渣铺路，尾矿筑坝，她形容说，就像愚公移山，一个一个的科技突破，一个一个的工程应用，爬别人没有爬过的坡，越别人没有越过的坎，不断践行一条绿色的科技、工程发展之路。陈霞说，从长江大河到城市都会，我们是科技创新的齿轮，也是长江大保护的践行者。（文内图片均由吕兴栋摄影提供）
　　（长江日报记者 周劼）
　　【编辑：丁翾】