油页岩半焦是油页岩经干馏提取页岩油后剩余的固体废弃物。由于油页岩矿化程度高、含油量低，油页岩半焦产量巨大，仅窑街煤电集团有限公司每年产出60万吨，目前主要以堆存方式处理。因此，对油页岩半焦资源化利用是油页岩产业可持续发展的重要路径。

　　vic115维多利亚甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室基于油页岩半焦特性，开展了系统研究并取得系列进展。

　　油页岩半焦富含有机质和高岭石、伊利石、伊蒙混层黏土、石英、磁铁矿等矿物质。基于对油页岩半焦矿物学属性的认知，研究人员提出从矿物材料视角探究油页岩半焦资源化利用途径（图1）。利用窑街煤电油页岩半焦富鉄低钙的特性，直接以油页岩半焦所含矿物质为基体构筑了高性能铁系杂化颜料（Adv. Powder Technol., 2020, 31: 2276-2284.；ZL201910503945.8和ZL201811635013.0）。该系列杂化颜料具有优异的呈色性能、热稳定性、耐酸性和耐盐雾性能，可替代现有市售铁系颜料，应用于防腐涂料和陶瓷颜料等（图1）。

图1 油页岩半焦资源化利用途径和油页岩半焦基铁红杂化颜料及应用

　　由于油页岩半焦富含矿物质和有机质，研究人员采用油页岩半焦对模拟煤矸石场地进行修复，结果表明不同用量油页岩半焦对植物生长有明显影响（图2）。由于有机质中含有微量多酚类物质，当油页岩半焦用量大于15wt%时对植物生长有一定抑制作用。在此基础上，采用无氧热解炭化法制备了矿物/生物炭复合材料（ZL202010082893.4；ZL201910033297.4），与窑街煤电合作建成1wt/a矿物/生物炭复合材料生产线，并与相关单位合作开展了应用试验，施用矿物/生物炭复合材料有效提升了土壤理化性能和农作物产量（图2）。此外，基于以废治废的策略，研究人员利用水热辅助酸、碱处理油页岩半焦，构筑了不同功能吸附材料，实现了对水体阴/阳染料分子的高效吸附（图2）（Colloid. Surf. A, 2022, 637: 128251.；J. Colloid Interf. Sci., 2022, 626: 674-686.；ZL201910672730.9）。

图2 模拟煤矸石场地修复、矿物/生物炭应用试验及油页岩半焦基功能吸附材料

　　黏土矿物基有机/无机复合保水剂有较好的吸水保水性能。研究人员采用油页岩半焦通过自由基聚合反应制备了系列有机/无机复合功能保水剂（J. Polym. Environ., 2021, 29: 4017-4026.；Int. J. Biol. Macromol., 2021, 179: 230-238；Polym. Bull., 2022, 79: 935-953；2022, https://doi.org/10.1007/s00289-022-04099-0.；ZL2021102357013；ZL202010088419.2；ZL202010082893.4；ZL201910769952.2）。研究表明，当油页岩半焦用量为15 wt %时复合保水剂具有最高吸水倍率。通过引入天然高分子和黄腐酸等可赋予复合保水剂降解、缓释和促生长功能（图3）；利用煅烧油页岩半焦中铁氧化物构建了绿色氧化还原聚合体系，实现了室温条件复合保水剂的可控制备（Colloid. Surf. A, 2022, 648,129439）；基于油页岩半焦的双亲属性，通过Pickering乳液技术可制备具有吸水保水和缓释肥料的多功能复合保水剂（Eur. Polym. J., 2021, 159, 110750）。该系列研究工作为油页岩半焦在节水农业中的应用开辟了新途径。

图3 油页岩半焦基有机/无机复合保水剂及其对作物的促生长作用

　　为了推进油页岩半焦在公路工程中的应用，研究人员与甘肃路桥建设集团有限公司开展了合作。研究结果证实，油页岩半焦基矿物胶凝材料在特殊土体加固、半刚性基层和水泥混凝土等方面具有优异的应用性能。近日双方共同开展了油页岩半焦基胶凝材料加固土铺筑试验（图4）。铺筑试验段选取S102线中川至龙泉公路兰州中川国际机场生活区路段改造工程，主要针对工程所在黄土地区地基加州承载比不能满足路床设计要求，拟定对该路段上路床填筑油页岩半焦基矿物胶凝材料加固黄土，考察不同掺合量（5%、10%和15%）对路用性能的影响规律，以期为油页岩半焦在公路工程中的大宗利用奠定坚实的基础。

　　上述研究工作得到了甘肃省科技重大项目、甘肃省重点研发项目、中科院“区域发展青年学者”项目、兰州化物所“十四五”重点培育项目和兰州市科技重大专项项目的支持。