资讯参考,东方金报

微信
手机版
东方金报

用赤泥和粉煤灰制备沥青混合料的环境潜力

作者 :桂华 2023-08-06 16:26:30 围观 : 评论


文 |黛月白

编辑 |黛月白

引言

沥青混合料是现代道路建设的重要材料,它不仅具有优异的性能,而且能够有效地承受交通负荷和自然环境的影响。

然而,传统的沥青混合料主要依赖于沥青和天然骨料的开采与生产,这些过程会产生大量的环境污染和碳排放,因此,寻找一种替代材料以减轻环境负担,成为了亟待解决的问题


赤泥和粉煤灰的环境问题及替代应用研究

赤泥和粉煤灰,都是工业生产过程中产生的残留物,它们的碱性特性,限制了它们大规模应用的可能性。

虽然有一些研究,探索了赤泥和粉煤灰在建筑材料、陶瓷、砖块、瓷砖、水泥和道路路面层等领域的应用,但最终它们往往还是被送往工业垃圾填埋场


赤泥和粉煤灰在垃圾填埋场中会造成严重的环境问题,因为它们会释放出有害化合物,并对周围区域的植被、地下水、空气质量以及温室气体排放造成影响。

为了减少这些残留物对环境的影响,研究者们在过去几十年里,已经进行了许多关于赤泥和粉煤灰替代应用的研究。


印度、希腊、澳大利亚和巴西等国家的研究人员,评估了在路面结构中使用这些残留物的可能性,研究人员强调,任何残留物的应用都必须在质量、性能、成本和风险等方面具备竞争力,赤泥和粉煤灰的碱性特性限制了它们在大规模应用中的使用。

目前,它们主要被送往工业垃圾填埋场,为了减少对环境的影响,研究人员已经进行了替代应用的研究,但任何特定的应用都需要考虑多个因素,包括质量、性能、成本和风险。


在该研究中,研究人员评估了,四种不同填料组成的沥青混合料,在沥青生产过程中的环境潜力,这些填料包括石灰石、白云石、赤泥和粉煤灰。

研究人员的主要目标是:评估残留物对沥青生产的影响,并考虑对其是否进行预处理


由于填埋是残留物的一种常见处理方式,因此,这种情况也被纳入了分析中,实验室根据每种沥青混合料的最佳沥青含量,设计了原材料用量、热量、能耗。

模拟残留物的数据集来自Ecoinvent数据库,沥青混合料由沥青、花岗岩骨料和填料组成,为了避免分析差异,所有混合物使用的填料量均预定义为7%,以满足4%的空隙率,并根据所使用填料的孔隙率进行调整。


沥青厂位于巴西南部,采用间歇式搅拌站工艺,每年生产约310,000吨沥青混合料,使用重质燃料油进行加热,矿物骨料和填料在110°C下预热,然后与沥青混合物在平均温度160°C下进行搅拌。

赤泥组成的沥青混合料仅在实验室中研究过,还未在工业规模上应用,这是因为赤泥被认为是危险材料,并需要进一步进行环境分析,例如沥青混合物的浸出实验。


由于处理赤泥的复杂性,迄今为止测试的处理方法,要么不够有效,要么成本较高。

为了降低赤泥的碱度,并允许将其用作沥青混合料的填料,而不会对环境造成伤害,在该研究中,研究人员模拟了预处理场景,这包括通过水洗去除尽可能多的烧碱,然后尽可能将残留物干燥和粉碎


处理粉煤灰的常见方法是填埋,或在经过惰化处理后将其用作辅助材料,在许多惰化处理过程中,粉煤灰通常经过热处理,以捕获重金属并减少有机污染物。

在这项研究中,粉煤灰和赤泥,被视为另一个初级过程中产生的二次材料,在它们产生之前的所有环境影响都归因于初级系统,研究人员建立了三种不同情景的模型,并比较在沥青混合料生产中,使用处理或未处理的残留物所产生的环境效应。


在第一种情景中,研究人员对残留物进行了处理,然后再生产沥青混合料,对赤泥进行了洗涤、干燥和粉碎处理,而粉煤灰则接受了热处理,这两种处理过程都发生在产生残留物的同一地点


第二种情景忽略了残留物的处理,因为在沥青生产过程中,这两种残留物被认为是惰性的,并且完全被沥青覆盖,在这种情况下,残留物直接从原始发电地点运输到沥青厂。

第三种情景模拟了,将残留物存放在原始发电地点附近的垃圾填埋场,研究人员采用的功能单位是1公斤沥青混合料,用于表示沥青厂的生产。


研究中的所有材料,都是使用四轴卡车进行运输,该卡车的重量约为14吨,最大载重量为26吨,以柴油作为燃料,空车时的燃料消耗约为0.18升/公里,满载时的燃料消耗约为0.32升/公里。

所有的输入和输出数据,都是使用SimaPro9.0软件和Ecoinvent3.5数据库进行建模的


矿物骨料使用了碎石数据集进行建模,沥青混合料中使用的参考填料,是使用铣削石灰石和白云石的数据集,并应用了相应的Ecoinvent数据集。

赤泥使用了铝土矿消化残渣的数据集进行建模,并结合了未经处理的赤泥数据集以及洗涤、干燥和粉碎的数据集。

这些数据集来自于数据库中的不同操作,粉煤灰使用了,粉煤灰和洗涤器污泥的数据集进行建模,Ecoinvent中提供了处理和未处理的选项,以及赤泥和粉煤灰填埋的数据集。


HTTP://WWW.dfjb.net◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐◐东方金报网

赤泥和粉煤灰对制备沥青混合料的环境影响

在研究中,研究人员发现,使用石灰石和白云石制造的沥青混合料对环境的影响,与使用赤泥和未经处理的粉煤灰制造的沥青混合料的影响,这两种影响几乎相当

研究人员还发现,对赤泥进行洗涤、干燥和破碎等处理,不会显著增加由赤泥制造的沥青混合料的环境影响


在评估酸化和全球变暖方面,研究人员发现,经过处理的粉煤灰制造的沥青材料所产生的环境影响最大,只有在使用高度影响的处理方法时,将少量填料添加到沥青混合料中,才会对生产过程的环境产生实质性影响。


在所有情景中,将两种残留物填埋的环境潜力最低,换句话说,与将残留物用作填料来制造沥青混合料相比,将残留物储存对环境的影响更小

研究仅关注了从原材料采购到沥青厂成品的生命周期,需要进一步研究包括路面使用,和废弃等所有生命周期阶段的影响


研究人员的研究仅考虑了巴西地理边界的情况,从而增加了供应商与沥青厂之间的距离,这会增加使用残留物对环境的影响,不同情况下的环境影响可能会有所不同

研究人员将nr-CED的环境影响按不同类别进行了分析,考虑了沥青生产过程中,混合物的原材料以及工艺的影响。


研究人员还提供了,考虑酸化和GWP指标的类似类别的图表,这些图表以ACFA-T值为基础,显示了最高的环境影响值,这其中,沥青混合料在不可再生能源消耗方面的影响约为16%,在酸化方面约为40%,在温室气体方面约占30%

沥青,是nr-CED沥青混合料生产环境负担的主要原因,这是由于其提取和制造过程需要大量能源和资源,另一方面,通过处理残留物,粉煤灰在nr-CED方面贡献了与沥青混合料AC30FA生产相关的环境负担的16%。


将粉煤灰进行热处理,对酸化和GWP指标的环境影响在60-80%之间,焚烧过程会产生各种污染物,并排放到大气中,对人类健康有害

由此,粉煤灰的沥青混合料在生产过程中所带来的影响,显著增加,即使残留物的含量仅为7%。


赤泥的处理模型,对赤泥沥青混合料的影响并不显著,但赤泥的使用增加了运输的影响,而使用化石燃料生产能源,会产生更多二氧化碳作为副产品,并被海水和土壤吸收,降低pH值并增加酸性。

垃圾填埋过程对环境的影响最小,但需要注意的是,从焚烧过程中回收的能量被重新利用,处理残留物的总体环境影响可能与垃圾填埋相当


在某些国家,未经处理的残留物不能被倾倒到垃圾填埋场,因为在这种情况下,将残留物直接倾倒到填埋场,会比将其用于建筑目的所产生更大的负面环境影响

焚烧过程中,重金属的排放受多种因素影响,比如焚烧炉的类型、残留物的来源和组成以及燃烧温度。


尽管结果显示,与热处理相关的环境负担较高,但一些研究表明与垃圾填埋场相比,这种做法可以被认为是一种环保选择,因为垃圾填埋导致土地长期被非生产性使用。

除了使用经过处理的粉煤灰沥青混合料外,在没有残留物的情况下,沥青材料的生产,都呈现出类似的环境影响负担,使用残留物生产沥青混合料,可以减少原材料使用对环境所产生影响


赤泥作为一种工业废弃物,可以通过回收和利用,来减少其对环境的负面影响,赤泥处理的过程包括洗涤、干燥和破碎,这些步骤能够减少赤泥中的有害物质含量,并提高其可用性

使用经过处理的赤泥来制备沥青混合料,相比于传统的方式,能够减少对天然资源的需求,降低开采活动对环境造成的损害


粉煤灰作为燃煤过程中的副产品,也可以通过回收再利用来降低其对环境的负荷。

粉煤灰可以用于混合沥青,从而减少对新鲜石料的需求量,这不仅能够节约天然资源,还能减少挖掘和加工的能源消耗,同时还能减少固体废弃物的产生,从而降低对垃圾填埋场的需求。


在环境方面,使用赤泥和粉煤灰制备沥青混合料,可以减少碳排放量,相比于传统的沥青混合料,其中的石油沥青部分,通常是通过化石燃料的提炼得到的,会产生大量的二氧化碳,而赤泥和粉煤灰的利用可以替代一部分石油沥青,从而减少二氧化碳的释放


粉煤灰作为副产品的利用,还可以减少燃煤过程中,产生的二氧化硫和氮氧化物等有害气体的排放量,在使用赤泥和粉煤灰制备沥青混合料时,对原材料的处理过程也会产生一定的能源消耗和环境影响。


特别是粉煤灰的热处理过程,也会产生污染物的排放,对空气质量和人类健康造成潜在威胁,因此,在制备沥青混合料时,应该采取适当的环保措施,减少对大气和水体的污染,由此可以看出,使用赤泥和粉煤灰制备沥青混合料具有一定的环境潜力。


通过回收和再利用工业废弃物,可以减少对天然资源的需求和开采活动对环境的损害,利用粉煤灰还能够减少二氧化碳和其他有害气体的排放。

为了最大程度地发挥环境潜力,需要在原材料的处理和利用过程中采取有效的环保措施


结语

赤泥和粉煤灰作为废弃物资源的再利用,为沥青混合料的制备,带来了新的环境友好型解决方案。

通过合理的配比和生产工艺,可以充分发挥赤泥和粉煤灰的有益特性,提高混合料的性能和道路的使用寿命,同时减少环境污染和碳排放,这一研究为可持续道路建设提供了新的思路和选择,有望为未来的城市交通发展做出积极贡献


◐◐◐◐●☛█▼▲◐◐◐◐●☛█▼▲◐◐◐◐●☛█▼▲东方金报网HtTp://WWW.dfjb.net▼▲▼▲▼▲▼▲▼▲▼▲▼▲▼▲▼▲

参考文献

1.Ahmaruzzaman, M. (2010). A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science, 36(3), 327–363. [Crossref], [Web of Science (R)], [Google Scholar]
2.Bezerra, W. S., Maceco, E. N., & Souza, J. A. D. S. (2010). Utilizac~ao da lama vermelha proveniente do processo produtivo da alumina como filler em Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). 40a RAPv – Reuni~ao. Anual De Pavimentac~ao. Rio De Janeiro/RJ: [S.N.]. [Google Scholar]
3.Chen, C., Habert, G., Bouzidi, Y., Jullien, A., & Ventura, A. (2010). LCA allocation procedure used as an incitative method for waste recycling: An application to mineral additions in concrete. Resources, Conservation and Recycling, 54(12), 1231–1240. .resconrec.2010.04.001 [Crossref], [Web of Science (R)], [Google Scholar]
4.Choudhary, J., Kumar, B., & Gupta, A. (2020). Utilization of solid waste materials as alternative fillers in asphalt mixes: A review. Construction and Building Materials, 234(1), 117271. j.conbuildmat.2019.117271 [Crossref], [Google Scholar]
5.Collazo, A., Fernández, D., Isquierdo, M., & Pérez, C. (2005). Evaluation of red mud as surface treatment for carbon steel painting. Process in Organic Coating, 52(4), 351–358. ISSN 0300-9440. .porgcoat.2004.06.008 [Crossref], [Web of Science (R)], [Google Scholar]

相关文章

  • 陈都灵一袭绿色抹胸长裙 站在柳树下宛若自然精灵
    陈都灵一袭绿色抹胸长裙 站在柳树下宛若自然精灵

    近日,陈都灵最新造型美照释出,她身着一袭绿色抹胸长裙,站在柳树下宛若自然精灵,神秘而又清新。...

    2025-04-24 09:21:51
  • 梁朝伟刘嘉玲周润发齐聚 为杜琪峰庆生掀起回忆杀
    梁朝伟刘嘉玲周润发齐聚 为杜琪峰庆生掀起回忆杀

    4月22日晚,刘嘉玲于社交账号上发布了与梁朝伟、周润发、张叔平等好友为杜琪峰庆生的合影,画面中众人笑容满面,多年情谊尽显。刘嘉玲周润发同框合影,刘嘉玲微卷的利落短发造型十分吸睛。...

    2025-04-24 09:21:44
  • 林心如就黄子佼事件强硬表态:对虐待及影片持有行为零容忍
    林心如就黄子佼事件强硬表态:对虐待及影片持有行为零容忍

    台媒消息显示,林心如于近期就黄子佼藏匿未成年人性影像一事再度发声。她郑重表明立场,明确表示对虐待未成年人以及持有相关影像的行为绝无妥协余地。...

    2025-04-24 09:21:41
  • 蒋勤勤复古牛仔秒变港风女神 红唇大波浪风情万种
    蒋勤勤复古牛仔秒变港风女神 红唇大波浪风情万种

    蒋勤勤晒出一组写真,身穿复古牛仔外套秒变上世纪港风女神。...

    2025-04-24 09:21:29
  • 董璇泳池旁喝椰子水好惬意 穿优雅礼裙身姿曼妙
    董璇泳池旁喝椰子水好惬意 穿优雅礼裙身姿曼妙

    近日,董璇在社交平台上晒出一组写真美照,并配文称:“提前在广州感受了夏日赛道。”照片中,她身着一袭优雅礼裙在游泳池旁喝椰子水,面露明媚笑容,十分惬意。...

    2025-04-24 09:21:14
  • “疯王”毫无信誉!
    “疯王”毫无信誉!

    原创: 申鹏来源公众号:平原公子已获授权转载“关税战”刚打没几天,特朗普又开始扯犊子了。他表示——“对华145%关税确实很高,协议达成后美对华关税将大幅下降,但不会降至零”。美财长贝森特也表示,当前局势本质上是贸易禁运。美国目标并非与中国脱钩,两国可能在两到三年内达成一项全面协议。贝森特还说:“眼下中美关税对峙僵局“难以为继”,并称预计“短时间内”将出现缓和态势后,“先眨眼”的美国总统特朗普再度释放“降温”信号”。特朗普还说出了逆天言论——“我们会对中国很好的,我们会幸福地生活在一起.......”谁TM...

    2025-04-24 09:21:05
  • 形势比人强,特朗普关税战打不下去了!
    形势比人强,特朗普关税战打不下去了!

    原创: 后沙来源微信公众号:后沙已获转载授权昨天在短短不到6个小时之内,特朗普发动的关税战又变调了。北京时间0时左右,美国财政部长贝森特在摩根大通的闭门会议上,放风称,中美之间的高关税是不可持续的,预计会降温。预计什么,预料到中国的态度?自己信吗?1点左右,白宫发言人莱维特在新闻发布会上也表达了类似的态度。5点左右,特朗普亲自确认,针对中国进口商品的关税税率不会维持在当前水平(145%),“它会大幅下降,但也不会降至零,中国将对最终的关税税率非常满意”。特朗普还说了些肉麻的话,要和中国幸福地生活在一起(v...

    2025-04-24 09:21:03
  • 孟佳一头金发短发酷飒帅气 造型百变时尚感满满
    孟佳一头金发短发酷飒帅气 造型百变时尚感满满

    孟佳晒出一组时尚大片美照,照片中她大胆尝试新造型,一头金发搭配黑色抹胸上衣,酷飒凌冽。...

    2025-04-24 09:21:02
  • 怂是真认怂,事是真没完!
    怂是真认怂,事是真没完!

    作者:码头整薯条的海鸥来源:码薯学人今天我们来聊聊服软的特朗普。在美国时间4月22号发生了4件事:特朗普公开说开始考虑降低对华关税税率(强调不是0);特朗普放出消息说中美贸易谈判进展顺利;特朗普表示无意解雇美联储主席鲍威尔,但是还是要求美联储降息;特朗普的财长贝森特在22号摩根大通的闭门投资会上明确表示中美贸易战不能长期持续。这4条消息合在一起,我们可以明确一点,特朗普在释放善意。但是,善意不代表胜利。果然,就在4月23日,美国媒体突然传出消息说中美芬太尼谈判陷入僵局。22号的宣传口径表明特朗普确实在认怂...

    2025-04-24 09:21:01
  • 特朗普不想打关税战了,想和中国幸福地生活在一起!
    特朗普不想打关税战了,想和中国幸福地生活在一起!

    原创: 一棵青木来源公众号:远方青木已获转载授权特朗普发动的关税战又进入新阶段了,以一种你想都不敢想的方式。4月23日,特朗普公开发言称对中国的145%关税太高了,自己很快会大幅度降低,但不会降低到零。特朗普还说,中国将对最终的关税税率非常满意,但他们必须跟美国达成协议。还有更离谱的,特朗普说:“我认为中国会很高兴,我们会幸福地生活在一起”。没错,真的是这么说的。中文翻译看起来非常肉麻,但原文其实更肉麻,特朗普使用的英文单词原文是“very happily”。不仅要在一起(live together),还...

    2025-04-24 09:20:59