马淑花（右）与韩凤兰在已完成改良的盐碱地作物旁合影。受访者供图

■本报记者 甘晓

最近，中国科学院过程工程研究所（以下简称过程工程所）研究员马淑花迎来职业生涯的一个里程碑。她带领团队开发的“煤矸石分质全量化利用新技术”在陕西榆林建成5万吨/年煤矸石分质全量化利用技术中试生产线，并实现全线贯通投产。

该装置经过一系列低成本工艺，每年可“吃进”5万吨煤矸石，“吐出来”3.5万吨生态功能土、1万多吨建筑骨料和少量低热值的煤粉。其中，由煤矸石转化的生态功能土可以用于土壤修复，可谓“点石成土”。

据了解，该项目已与榆林附近煤炭主产区的多家单位达成合作意向，落地后预计每年可消纳煤基固废煤矸石及粉煤灰达3000万吨，大大缓解当地固废的处置压力。

马淑花在铝资源高效利用领域深耕20年，先后在低品位铝土矿、粉煤灰和煤矸石方面实现了多项科研成果的落地应用。

接受《中国科学报》采访时，马淑花分享了她的秘籍：“看似不同的应用，实则核心都是铝与硅的分离与转化，关键在于对科学问题的深刻理解与独到洞察。”

从接洽到投产，仅用1年多

煤矸石是在煤炭开采及洗选过程中产生的固体废弃物，主要由无机矿物和少量残余煤炭组成，还含有黄铁矿等易氧化放热的成分，极易自燃并引发火灾，其中的重金属和多环芳烃等物质也对环境及人类健康构成威胁。

面对全国范围内堆存的煤矸石已高达70亿吨的严峻形势，行业内对煤矸石进行绿色处理的需求萌生。

马淑花记得，前些年时不时有企业向她咨询，能不能做煤矸石。鉴于产业需求，她开始以矿物学和土壤学为视角布局科学研究，为未来应用落地的征程储备充足“粮草”。她计划遵循“道法自然”的思路，让煤矸石变成土壤回归土地。

机会总是垂青有准备的人。2023年10月，经一位同事推荐，陕西省榆林市一家企业的负责人找到了马淑花。作为煤炭主产区，榆林市大规模“石头山”处理问题亟待解决。

很快，企业方相关负责人登门拜访，合作水到渠成。“他们认真听我讲解，查看实验数据、观察团队状态，哪怕实验室堆满了样品、略显杂乱，他们也不在意，反而因此更相信我们是一个长期深耕、踏实做事的团队。”马淑花表示，“第一次见面，我们互相感受到了诚意，彼此建立了信任，我就知道合作的可能性很大。”

大约3个月后，2024年1月，双方签订合同。技术研发过程中，最大的挑战在于煤矸石的“低价值属性”，因此整个处理工艺必须建立在极低成本的基础上。

经过多次试验，他们突破传统湿法浮选，率先在国内采用干法分选技术。同时，针对残留煤炭中的重金属和多环芳烃，引入矿相机械解离和微生物降解，避免高成本“大化工”模式。

从初次接洽到完成全线投产，短短1年多时间，马淑花的想法就变成了现实。车间里轰鸣的机器声中，煤矸石经过破碎、分选、生化降解等多道工序，源源不断地产出绿色生态功能土，铺平了煤矸石安全回归自然和改良土壤的道路。

而这项技术的另一大特色是“全量化应用”。除生态功能土，煤矸石还转化为建筑骨料和少量低热值的煤粉，没有再生垃圾，做到了物尽其用。

如今，她的新梦想是持续为煤矸石“增值”。科研人员与企业代表都期待，这些具有优良理化性质的生态功能土能够尽快融入地方生态修复创新链中，真正实现退化土壤的改良，提升土地质量，为改善生态环境、提升农作物品质作出贡献。

一场报告促成两地合作

马淑花介绍，煤矸石是她多年来在煤基固废领域的第二个重要研究目标。在此之前，她成功攻克了粉煤灰的资源化利用问题。

和煤矸石不同，粉煤灰是煤炭在高温燃烧过程中形成的细微颗粒物，主要随烟气排出，经除尘设备收集得到。2009年开始，马淑花投身于粉煤灰资源化利用的研究中，目标是从富含氧化铝的“高铝粉煤灰”中提取铝。

2012至2014年，在当时的国家科技支撑计划（现为国家重点研发计划）的支持下，她主导完成了高铝粉煤灰资源化利用的技术攻关，并建成了国内首个万吨级中试生产线，实现了从实验室到产业化的关键跨越。随着高铝粉煤灰技术的成熟，她进一步将目光转向更广泛的普通粉煤灰。

转机发生在2018年。马淑花赴宁夏银川参加一场学术会议，作了题为《粉煤灰基土壤调理剂的开发与示范应用》的报告，系统介绍了将粉煤灰转化为功能型土壤材料的技术思路。这项技术的核心是将粉煤灰经改性处理，转化为具有土壤调理功能的新型材料，用于退化耕地治理，实现从“废灰”到“沃土”的转变。

意想不到的是，这个报告引起了北方民族大学材料科学与工程学院教授韩凤兰的强烈共鸣。“会后，韩教授主动联系我，说非常希望和我们合作。”马淑花回忆，“她认为这项技术在宁夏很有应用前景，当地盐碱地广泛分布，土地改良需求迫切。”

就这样，2019年，一场两地联动的合作正式开启。

在韩凤兰的协调落实下，研究团队找到了两块典型重度盐碱地开展试验。第一年、第二年连续试验结果显示，土壤结构明显改善，pH值和含盐量显著下降，作物出苗率和长势大幅提升。

截至目前，粉煤灰基土壤调理剂推广使用面积达到近2万亩，粉煤灰的高值化利用技术逐步成熟。2024年年底，相关技术实现技术许可，他们授权给一家企业进行市场化运作。在企业的大力支持下，仅用半年时间，一条标准化的10万吨/年粉煤灰基土壤调理剂生产线即建成投产，为更大规模的推广应用提供了保障。

马淑花感到欣慰：“很幸运，这一合作能把各方的长处都叠加在一起，整合在一条链上。”

科学原理是核心力量

这些年，因为粉煤灰项目，马淑花三天两头就往位于宁夏的农田里跑，每年超过一半的时间都在出差，有时还当天往返北京。她自嘲道：“虽然我出生在农村，但我从来没有种过地，没想到如今这个年纪对种地感兴趣了！”

前不久，她在田里暴晒一天不幸中暑，上吐下泻，痊愈后瘦了5斤。不过，奔忙中，她也获得一个好消息：今年到明年内，粉煤灰基土壤调理剂将在宁夏新增的约1万亩土地上开展盐碱地改良工程。“虽然技术已经转让，我们科研团队还将持续提供支持，推动技术落地。”她表示。

在马淑花看来，技术可以迁移，领域可以拓展，对科学原理的深刻理解是推动技术进步并在不同场景得到应用的核心力量。

2004年，马淑花来到过程工程所师从中国工程院院士张懿攻读博士学位。在参与张懿院士团队工作时，她深入掌握并发展了用亚熔盐法处理低品位铝土矿的反应机理与工程化路径。

亚熔盐是张懿原创的科学概念，指的是一种非常规、临界状态的化学反应介质。采用亚熔盐这种介质，能够更加高效、清洁地从矿石中提取人们所需要的产物。“在攻克高铝粉煤灰的项目时，我发现其矿物组成与低品位铝土矿非常相似，这让我立刻意识到，完全可以将亚熔盐技术迁移过来，用于高铝粉煤灰中铝的提取与资源化。”马淑花回忆。

“目前我聚焦的三个研究对象——低品位铝土矿、粉煤灰和煤矸石，看似属于不同资源类型，但本质上都是围绕铝和硅的分离与转化展开。”她告诉《中国科学报》，“多年来，我深入研究了铝和硅在不同矿物体系中的赋存状态、反应行为与转化机理，逐步摸清了其核心规律。”