把煤矸石“变废为宝”：一场探寻成果转化的大学生科创实践

经过科研探索，团队开发出了一套利用煤矿固废煤矸石浸出液生产氧化铁红的工艺，并制得高附加值的铁红颜料，减少生产过程中的污染和能源消耗，提高煤矸石资源化利用的生态环境效益和产品的社会经济效益，为贵州省环境保护工作提供技术支撑。

12月初，2023年贵阳贵安大学生科技创业拟立项项目公示名单出炉，虞章胤团队打造的《绿色铁红——煤矸石铁红颜料生产技术》项目入选。

吸油量改性实验装置

从进入贵州大学环境工程专业就读开始，科班出身的虞章胤时刻关注着我国环保事业的最新动态。作为大四学生，他已申请了3项相关领域的发明专利。

煤矸石铁红颜料生产技术便是其中的典型代表。2022年5月，虞章胤与志同道合的4位同学成立了团队，并在贵州大学资源与环境工程学院李彦澄教授的指导下，确定了以《绿色铁红——煤矸石铁红颜料生产技术》为项目申报课题，申请贵州大学大学生创新创业训练计划，此后被获批确立为国家级项目。

2022年6月，基于此前的技术研究，虞章胤团队选定煤矸石制备氧化铁红方向，从全新的技术角度，破解煤矸石资源化再利用难题。

三个月时间里，负责市场的团队成员文秀珍带领其他同学一道，聚焦煤矸石消纳情况和铁红产销市场进行了大量调研，撰写了内容详实的42页调研报告。

煤矸石系煤矿在开拓掘进、采煤和煤炭洗选等生产过程中排出的含碳岩石，是煤矿行业的工业固废。如何消纳煤矸石，一直困扰着煤矿产业的健康发展。

除少部分用于生产砖头、水泥、陶瓷材料，大多数煤矸石是依沟而填、依山而堆。“煤矸石在与空气接触或者自然淋溶的情况下，大量渗出酸性矿山废水，将会对地表水、地下水和土壤造成比较严重的污染。”项目组成员陈晨说。

煤矸石堆场

此外，煤矸石中的硫铁矿在常温下发生氧化反应，产生热量长时间聚集使煤矸石温度升高，从而引起有机物质燃烧，排放出大量有害气体，污染空气。

“绝大部分煤矿都有消纳掉煤矸石的迫切需求，这对公司来说不仅不用花钱购买原料，反而煤矿需要向团队支付费用，实现双赢。铁红的附加值较高，市场售价每吨6000-7000元。“团队负责人虞章胤说，目前，从事煤矸石资源化再利用技术研发的团队并不多，借助煤矸石制备铁红更是细分领域，一片蓝海。”

贵州大学资源与环境工程研究所所长刘方教授表示，大宗工业固废高附加值资源化利用是当今我国无废城市背景下的必然发展趋势。煤矸石铁红颜料生产技术在国内业界属于首创，在协同处理煤矸石的同时可生产铁红产品，是一种高效绿色的煤矸石处理处置技术，具有广阔的推广应用前景。

截至目前，煤矸石制备铁红技术在创新创业大赛中获奖颇多。其中，第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛获省赛二等奖，2023年“筑创荟”大学生科技创新创业大赛暨华为开发者&鲲鹏应用创新贵州区域赛获铜奖。

2022年8月，团队成员前往六盘水市六枝特区六坝镇考察，对布点处的煤炭尾矿进行筛选，按照一定比例采集上、中、下层的煤矸石和堆场自然浸出液，共计600公斤。看到有人主动来回收工业固废，煤矿负责人满脸笑意。

煤矸石浸出液

驾车将煤矸石载回贵州大学后，团队成员在资环学院自主搭建装置，进行5个多月的浸泡实验。虞章胤表示，煤矸石内部的金属主要以硫化物形式存在，通过微生物的氧化作用可以提取相应的铁金属。当浸出液pH小于2时，铁离子浓度达标。这些采用微生物原位浸出工艺制得铁含量极高的酸性溶液，经过加碱沉淀、曝气搅拌、离心分离、冷冻干燥、高温煅烧等工序，即可制得氧化铁红。

在众人的通力合作下，经过4个多月的技术研发，2022年11月20日，团队第一次成功制备氧化铁红，技术在实验室阶段取得实质性突破。

“作为初创型的学生团队，我们依托贵州大学的科研平台不断探索，过程非常顺利。从煤矸石浸出液中制备氧化铁的相关工艺，目前属于空白，我们的首创技术具有很强的前瞻性，已经成功申请了两项发明专利。”虞章胤说。

氧化铁是一种非常重要的工业产品，广泛应用于建材、涂料、橡胶、塑料、造纸等领域。团队成员文秀珍表示，近年来，受环保政策趋严和市场对产品品质要求提升的影响，部分氧化铁生产企业关闭，铁红的供给缩小，需求上升。

刚煅烧完成的铁红

提取完浸出液的煤矸石最终如何处理？虞章胤表示，微生物浸泡煤矸石相当于进行了脱硫，使用低硫含量煤矸石作为原料生产产品，质量将有较大提升。

与传统煤矸石资源化利用技术相比，制备氧化铁红颜料可提高再生产品的附加值，经济收益高。与传统铁红制备工艺相比，利用微生物浸出制得生产原料，可以减少工艺药剂添加量和废水废气的产生量，使得整个工艺更加节能环保。

针对吸油量较高的问题，今年11月以来，团队技术人员持续改进技术，提高产出率。12月12日，一次偶然的实验，虞章胤意外发现煤矸石浸出液除了能制备铁红外，还可以制备铁黄和铁黑，技术研发迈入新领域。

为更好地推广煤矸石制备铁红技术，2023年6月，团队成立了贵州正均生态环保科技有限公司，主要人员来自环境工程、金融学、会计学、法学、播音主持等专业，邀请贵州大学资源与环境工程学院李彦澄教授作为技术指导，贵州大学管理学院王军副教授作为营销指导，建立多元化人才队伍。

“我们属于学生团队，短期内无法承担批量生产铁红的巨大资金投入，公司的初步设想是不断完善技术研发，为煤炭生产企业、政府部门、煤矸石资源再利用公司提供相应的煤矸石消纳技术支持，守护贵州的绿水青山。”虞章胤说。

尽快进行中试是贵州正均生态科技面临的挑战。“你们的技术路线非常超前，不过目前依旧停留在实验室阶段，还需开展中试和示范应用，才能验证技术的可行性以及是否值得推广。”在多场创新创业大赛中，评委们都表达了这样的意见。

可喜的是，2022年11月，团队与贵州明俊雅正生态环境科技有限公司达成产品使用合作，迈开了研发技术向市场推广的第一步。2023年11月，贵州正均生态科技公司与织金县的一家煤矿企业达成合作意向，目前正在协商具体细节。今年12月，入选2023年“创在乡土·贵州省青年大学生创业帮扶计划”帮扶项目。

浸出数月后的煤矸石

“受限于贵州大学现有的实验室设备，技术的深度研发受到影响，寻找企业合作开展中试，也有利于我们在实际应用中不断改进工艺。”团队成员陶虹说。

在负责市场的团队成员文秀珍看来，技术的推广应用需从理论到实践的转换，自己将利用假期和课余时间，以绿色发展理念为指导，采用多种调查研究方法实地了解潜在客户需求和煤矸石处理工艺，为技术走向生产线打好坚实基础。