黄河泥沙的综合利用

华中科技大学，徐长发，2017.3.30

提起黄河，人们马上想到它是中华文明的发源地之一，它气势磅礴令人骄傲；人们马上又想到它有大量的泥沙淤积，河床抬高，黄河已经变成了“悬河”，加之它在历史上经常泛滥，最难治理，这又令人非常非常的揪心。虽然，新中国成立后，治理黄河一直备受重视；但以前我国经济和技术能力都落后，治理效果不够理想；现在不同了，我国的经济和技术能力都大大地增强了，有很多研究成果已经有实际效果了。本文仅仅介绍，有关黄河泥沙的综合利用的技术和成就。我们希望，不久的将来，黄河能够真正变成落地河。

一．黄河中下游是著名的“悬河”

黄河是世界罕有的多沙河流，黄河的水量不及长江的1／20，沙量却是长江的3倍。像黄河这样水量少、含沙量高的河流，在世界大江大河中是罕见的。

黄河水量的56%来自兰州以上，全年60%的水量和80%的沙量来自汛期。而90%的泥沙却来自河口镇至三门峡之间。   

黄河流经山西、陕西区间的黄土高原时，携带有大量泥沙。当流经下游时，河道宽展，流速变小，泥沙沉淀，久而久之，河床不断淤积抬高，大堤也不断加高，河床高度高于河流两岸,成为著名的地上“悬河”。悬河主要表现在河南开封到入海口山东这个区段。悬河的总长度已经超过550公里。现在黄河开封段河床底部高出两岸地面约13米左右,开封市地下已淹埋了自汉唐至今的7个城市。

悬河区段，降水不能流入黄河，汛期决堤在历史上就发生过1500多次并造成了严重灾害。现在中国发展了，黄河决堤是绝不容忍发生的，因为它将威胁到

黄河下游两岸30万平方公里的100多座城市的安全，还威胁着铁路，公路，和整个中下游粮仓的安全。

因此，治理黄河是何等的重要，何等的紧迫啊。

要说治理黄河，大家都能够想到一些办法，无非是在黄土高原区段要防止水土流失，在中下游区段要移走泥沙，降低河床，等等。说起来容易，可是做起来那是何等艰巨的工程呀。单说要移除的淤积泥沙量就是个惊人的数字，怎么移除又是个艰巨工程，移除的泥沙怎么综合利用也是个复杂的课题。

本文仅仅介绍，在黄河泥沙的综合利用方面，我国所实施的种种办法和成就。

二．抽沙填坑，抽沙造田

现在有一种黄河吸沙船，该设备工作时高压水泵先抽取黄河水再加速喷到河道底部的泥沙层上，形成泥沙漿；抽泥沙泵再将泥沙浆通过管道排到岸上去。现在还有一种管道输运技术，可以把泥沙漿输运到十五公里远的距离。

利用这些技术，抽取黄河淤积的泥沙用于加固加宽黄河大堤，再植树固堤。现在黄河大堤山东段已经形成了数百公里的黄河大堤绿化带。

新中国成立后，曾经4次加高黄河大堤，取土是在河堤旁边50-100米之内，取土后形成低洼地，常年荒芜，无法耕种。另外，黄河下游也有不少盐碱涝洼地。

利用这项技术，抽吸黄河淤积的泥沙用于改造盐碱涝洼地，改地改田。山东梁山县施工人员先将洼地表面的熟土剥离出来，暂时堆积到一旁。然后吸泥船搅动黄河泥沙，通过两级提压，用管道输送到项目区。沉淀下来的泥沙被填入了洼地中，清水则就近排入项目区旁边的老河道中。充填完成后再将剥离土覆盖到泥沙之上。经过两个月的时间，完成了项目区内涝洼地的淤改，新增加耕地840多亩，当年秋天项目区内的群众便种上了小麦。这项工程具有示范效应，山东计划把黄河两岸15公里以内全部改成良田。结合着引黄河水修渠灌溉，结合灌区清淤，这将大大改变生态环境，耕种环境。 顺便提及，现在引黄灌溉面积总体已经达到1.1亿亩，占全国灌溉面积的13.8%。另外，现在也有了一种专门用于修筑河堤防渗墙的机器。所以，凭借我国现在的经济和技术实力，引黄灌溉工程将会有更快的发展。

三．黄河河口造陆地造湿地 

黄河巨量泥沙在出海口的浅海区沉淤堆积，演变形成了广阔的三角洲平原。相关统计结果表明，1855年-1954年期间，共淤积造陆1510平方公里。1954年-2001年，黄河三角洲新生陆地面积达990平方公里。现在，黄河河口沿海地区的土地后备资源增加了。同时，海上采油也变为陆上采油了。

黄河泥沙在河口造就了大片新生湿地，为生物多样性提供了生存的基础。目前河口地区鸟类种类很多，陆生动物也很多，水生生物更多。

因此，利用黄河泥沙淤积，人工造就湿地保护区，以适应生物多样性是21世纪可持续发展的重要目标。现在的保护区，已经造就76.5万亩的天然草场，1.05万亩的柳林和12.15万亩的天然柽柳灌木林，还有华北平原面积最大的人工刺槐林18万亩。 

四．回填煤矿

巨野煤田在鲁西南，刚刚开始开发，它是华东地区最好、最大的一块煤田，属菏泽和济宁两市管辖。其储煤量为55．7亿吨，以焦煤、肥煤为主，具有高热值、特低灰、特低硫等特点。焦煤是钢铁企业生产的重要原料，属稀缺资源，其价值是普通煤炭的三至四倍。巨野煤田预计开采85年。

曹县煤田也在鲁西南，现已探明储量在20亿吨以上，煤藏也以焦煤、肥煤为主，现在还在周边勘探。

这些煤田处于黄河下游，开采后地面会有沉陷，用黄河泥沙填充是最方便不过的了，这有利于保护可耕种面积，保护生态环境。

五．烧结能承重的多孔砖

用黄河泥沙烧结多孔砖的现实意义太大了，经济效益更是不可估量。1.烧砖就地取材，取之不尽。2.取沙烧砖，变废为宝。3.取沙烧砖降低河床。4.烧出的砖块可以就地用于黄河大堤的修护。5.大量使用黄河泥沙制做建筑材料，可减少内地的传统的黏土烧砖，保护耕地。要知道，我国目前仍有7000亿块粘土实心砖的产出量,这将毁掉大量的耕地。应该说，使用黄河泥沙做建筑材料，全国瞩目，全世界也瞩目盼望。

但是，黄河泥沙的含沙量高，烧结是有一定难度的。从2000年起，山东淄博*，山东陶瓷研究院和建材公司联合攻关。他们仔细分析了黄河泥沙的成分，找出不易烧结的原因，掺和必要的材料，解决了烧结难、成型难的问题。他们还掺和了一定比例的煤粉，制作多孔砖和空心砖。他们又陆续解决了砖胚烘干开裂问题，烧砖废品率高的问题，提高成砖的抗剪、抗压强度的问题。他们还解决了配料、成型、烘干、烧结、冷却这些生产环节联动问题，现已完成了年产1亿块标准砖的自动生产线,产品已经投放市场。山东人近20年的努力终于圆梦。

六．生产墙体建筑材料

在建筑行业，由于框架结构的普及，用“砖”做承重墙的越来越少了。“砖”已经改为仅起围护作用的墙体材料，例如，加气混凝土砌块、小型混凝土空心砌块、陶粒砌块、纤维石膏板、新型隔墙板等。墙体材料以粉煤灰、煤矸石、石粉、炉渣等废料为主要原料。墙体材料具备有效地减少环境污染，节省大量的生产成本，增加房屋使用面积等一系列优点，它们基本上都是绿色建材，而且可以做到质轻、隔热、隔音、保温、防火的功能。

利用黄河泥沙制作墙体产品，不仅可以就地利用黄河泥沙资源，变废为宝，为治理黄河做出贡献，还可以为保护环境，为保护耕地资源做出贡献。

1.制作黄河泥沙蒸压砖

现有的蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、矿渣或灰砂为原料，添加石灰、石膏以及骨料，还添加发泡剂和稳泡剂，加水搅拌制成胚料，在半干状态下压制成型，还要经蒸汽养护等工艺才制成的。所谓蒸汽养护，就是在高温高压的蒸汽中养护一定时间，其目的是让砖块的强度在最短的时间内达到最大。

黄河泥沙蒸压砖，是由黄河泥沙、粉煤灰、水泥、固化剂、发泡剂制成胚料，半干挤压成型，再高效蒸汽养护等工艺制成。其体积密度、吸水率、抗风化性能、冻融试验、放射性物质试验均符合国标要求。

黄河泥沙蒸压砖是不烧结的，强度比烧结砖低些，在框架结构中，这种砌砖用于内隔墙和外墙都可以。

2.制作黄河泥沙蒸压加气混凝土砌块

这种蒸压加气混凝土砌块的主要原料是水泥，黄河泥沙，废煤灰，多种添加剂，发泡剂和水，经科学配方，经过发泡、成型、高温高压蒸汽养护制成。

蒸压加气混凝土砌块发气剂又称加气剂，是制造加气混凝土的关键材料。发气剂大多选用脱脂铝粉。掺入浆料中的铝粉，在碱性条件下产生化学反应，铝粉极细，产生的氢气形成许多小气泡，保留在很快凝固的混凝土中。这些大量的均匀分布的小气泡，使加气混凝土砌块具有许多优良特性。

蒸压加气混凝土砌块的单位体积重量是粘土砖的三分之一，保温性能是粘土砖的3-4倍，隔音性能是粘土砖的2倍，抗渗性能是粘土砖的一倍以上，耐火性能是钢筋混凝土的6-8倍。砌块做墙的整体强度相当好。不同的配方能使砌块达到轻质、高强、抗裂，而且抗渗防水、保温、吸音、隔音、抗冻、抗风化，等功能，有的砌块适合做外墙，有的也适合做内墙。

蒸压加气混凝土砌块的施工特性也非常优良，它不仅可以在工厂流水线上生产出各种规格，还可以在施工中进行锯、刨、钻、钉；再加上它的体积比较大，因此施工速度也非常快；还有它的边角余料也可作为各种建筑的填充材料。

山东博兴县投资3亿多元，综合利用黄河淤泥建设新型墙体材料生产线项目试产成功。该项目年产规模2．5亿块，每年“吃”掉黄河沉沙65万立方米，节约沉沙占地300亩。不仅节省了沉沙征地投资，还创造了高利税。山东的这两条生产线的社会效益、生态效益和经济效益非常显著。

七．烧制陶粒制品

陶粒制品是近几年来兴起的新的建筑材料，应用极为广泛。制作陶粒的原料也非常广泛，铝钒土、粉煤灰、黏土、页岩、煤矸石、生物污泥、河底泥沙等等都可以做原料。

陶粒制品的生产过程大致为，破碎、配料（根据不同要求配料）、粉磨、制球（料球直径可根据需要来调节）、煅烧（料球在回转窑内被煅烧成强度很高的陶粒）、成品冷却（冷却热能可循环利用）、筛分、分装等，生产完全自动化。

陶粒可作为混凝土的骨料。用它替代普通混凝土中的石子骨料，强度效果和施工效果都十分显著。陶粒混凝土以其方便、轻质、坚硬、抗震、耐火、保温等性能，在现代建筑行业中已被广泛使用，它既可以用于预制各种性能的混凝土砌块，也可以用于现浇的机械化施工。黄河大桥工程曾经用陶粒混凝土做车道板和桥面板。上海、宁波也用它建造公路桥梁。陶粒混凝土的应用范围十分广阔也十分灵活。

黄河泥沙添加适当的粘性材料和添加剂材料，制成黄河泥沙的陶粒制品。它适合现代建筑行业的广泛需要。

八.制作干混砂浆

现代建筑行业中，干混砂浆是在工厂里规模生产出来的成品砂浆，施工现场直接加水搅拌后即可使用，这也便于现场施工质量控制。

黄河泥沙和添加剂复配，就可制作成干混砂浆。它在墙体砌筑、地坪、墙体粉刷等方面用量很大。黄河泥沙制作的干混砂浆具有广阔的市场前景。                                                                    

九．制备微晶玻璃

微晶玻璃又称陶瓷玻璃。是综合玻璃、石材技术发展起来的一种新型建材。因为它的主要原料是，矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰、煤矸石、泥沙等，生产过程中无污染，产品本身无污染，所以微晶玻璃是环保材料。

微晶玻璃制作过程有点类似于玻璃，一是玻璃熔融 ，二是晶化热处理（控制结晶生长，结晶的种类、大小、密度决定了产品的品质和品种），三是美学要求（例如，添加矿物粉末、化工原料粉末、金属氧化物粉末，可以仿真为天然石材的色彩，也可以调制为各种需求的色彩）。所以，微晶玻璃是一种科技含量较高的新型建筑材料。

微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，它广泛应用于宾馆、饭店、商店、机场、车站、影剧院等高档建筑的幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料，微波炉耐热器皿，化工与防腐材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。

国内仅有少数工程，如人民大会堂广东厅、北京新机场候机楼、大连国际中心采用了微晶玻璃。我国目前仅有3家公司批量生产建筑微晶玻璃，据了解，其生产能力、产品规格、花色品种和价格等方面，都还不能满足国内建筑市场的要求。所以我国每年都要从国外进口大量的微晶玻璃和高档天然石材。

黄河泥沙中的含硅量达到73%，选用黄河泥沙作为主要原料，添加少量其它必需的成分，采用整体析晶法，我国现已成功制备出了建筑装饰用的微晶玻璃。经过扫描电镜观察，该微晶玻璃的微观结构为晶体与玻璃相的复合，在外观上则具有自然的纹路与柔和的光泽，具有较好的装饰效果。

十．结束语

读者看到这里，可以感觉到，现在的建筑行业中，科技含量高的新产品越来越多了，而且这些新产品都在充分利用其它工业生产中的废弃材料，废弃材料综合利用，变废为宝，绿色环保。在我国科技水平较低的时期，黄河泥沙只能用于筑堤填坑，泥沙淤积无法解决，悬河只能越来越高，黄河治理真是太困难了。现在不同了，我国的科技水平和经济能力都大幅度提升了，黄河泥沙被视为宝贵资源，它能被综合利用，不仅能改良土壤造地造田，而且还能制造出那么多的建材新产品。可以设想，在悬河边多开设几条自动生产线，在治理黄河总纲的指导下，有计划、有步骤地移除和利用黄河泥沙，生产出来的建材产品销往全国，用不了多久，悬河将会变为地上的正常河流，黄河治理不再是难题，而只是一个统筹安排、整合利用资源的问题。治理黄河，造福人民，造福社会。

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