成果簡介
一、成果簡介
項目在對礦渣、鋼渣等原料進行理化分析的基礎上，進行了礦山充填膠凝材料組分設計，再通過自主研發的機械-化學激發工藝，研發出礦渣/鋼渣新型礦山充填膠凝材料，實現了鋼渣最大摻入比35.5wt.%，灰砂比1:10，生產出的充填體28天抗壓強度可達3.0 MPa以上。
項目已建成年產60萬噸礦渣/鋼渣新型礦山充填膠凝材料生產線，經多家用戶使用，反映良好，具有較高的經濟效益和社會效益。
二、任務來源
目前礦山充填主要有干式、水力、膠結等充填方法，其中膠結充填是使用選礦尾砂廢石等廢棄骨料摻入適量膠凝材料，形成具一定強度和整體性的充填體，適用于高品位富礦、礦巖不穩定的礦體和“三下礦體”的開采，是干式、水力充填工藝無法取代的充填工藝。但是，作為該充填法主要膠凝材料的水泥卻存在著用量大、成本高、高濃度輸送性能差等問題。
國家發展規劃中指出，鋼渣的綜合利用率應達86%以上，基本實現“零排放”。然而，我國鋼渣綜合利用的現狀與該規劃相差甚遠，尤其是素有“劣質水泥熟料”之稱的轉爐鋼渣的利用率僅為10%～20%。國內鋼鐵企業產生的鋼渣不能及時處理，致使大量鋼渣占用土地，污染環境。然而鋼渣并非不可用固體廢棄物，其中含有大量的渣鋼、氧化鈣、鐵以及氧化鎂等可利用成分。隨著環保政策的日益嚴厲，鋼渣和鐵礦尾礦的利用問題已經成為各大鋼鐵和礦山企業面臨的重大難題。
礦渣是鋼鐵冶煉生產過程中產出的副產品，除部分鋼鐵企業對其進行合理化治理或回收利用之外，仍有大量礦渣被隨處堆放，占用了土地資源，帶來了水土及空氣污染，還有潛在泥石流威脅。我國于 2016 年頒布并于 2018 年實行的《中華人民共和國環境保護稅法》提出，將對礦渣類固體廢棄物的排放收繳高額稅費。可見，緩解工業固廢排放問題已被國家高度重視。由此可知，低成本、高強度、易輸送、易生產的新型膠凝材料，以替代或部分替代水泥，減少水泥用量是礦山充填發展新趨勢，礦渣資源化回收利用則是鋼鐵企業發展的迫切需求。鋼渣、粉煤灰和礦渣作為我國排放量較多的大宗工業廢渣，具有潛在的膠凝活性，利用這些廢渣制備膠凝材料具有節能、利廢、環保等特點，成為膠凝材料研究的熱點和發展趨勢。我司以鋼渣微粉和礦粉原料，按照一定比例摻入我司特制的膠凝材料中，生產出了高膠砂比的充填膠凝材料，旨在降低成本，提高充填效益。
三、成果的創新性、先進性
（1）對礦渣、鋼渣等原料進行理化分析的基礎上，進行了礦山充填膠凝材料組分設
計，再通過自主研發的機械-化學激發工藝，研發出礦渣/鋼渣新型礦山充填膠凝材料，實現了鋼渣最大摻入比35.5wt.%，灰砂比1:10，生產出的充填體28天抗壓強度可達3.0 MPa以上。
（2）創新性地以鋼渣、礦渣為主要原料制備礦山采空區用新型復合膠凝材料，獲得
基于鋼渣/礦渣制備礦山采空區充填材料的制備技術，滿足礦山膠結充填強度要求。
（3）采用礦渣、鋼渣等固體廢棄物作為原材料，降低膠凝材料成本，解決固體廢棄
物堆存污染環境、占用土地和浪費資源等問題，實現廢棄物的資源化利用。
四、總體技術性能指標與國內外同類先進技術比較
1）抗壓等級強度
灰砂比 充填試塊護齡期/d 充填試塊抗壓強度/（MPa） 充填試塊抗壓強度平均值/（MPa）
注：安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司作為招標方，對各個公司的試塊進行檢測，我司的檢測結果明顯優于其他公司。由于檢測的期齡及判定依據不一，其檢測強度異于我司單獨送檢的檢測報告中的強度。
由于我司采用充填膠凝材料進行礦山充填方面，客戶方只要求抗壓強度的指標，也對此進行相應的檢測，可以說是在應用上抗壓強度的硬性指標。
我司開發的新型配比，在鋼渣相同比表面積條件下，在灰砂比1:10條件下，28d充填強度大于2.5MPa。雖然有報道美國1:20，但是可以將鋼渣和礦渣磨得更細，流動性更加，活性更好，導致磨礦成本更高。
五、作用意義
我司的充填材料已經供應到馬鋼張莊鐵礦、馬鋼羅河鐵礦、金日晟礦業、重新集鐵礦、富凱礦業、金牛礦業等，項目技術得到驗證，項目十分成熟。
（一）經濟效益
充填用膠凝材料主要是各類固廢資源的二次利用，緩解了固廢處理的壓力，消除了固廢堆放，無害化處理所帶來的各種成本，大大提高了資源利用效率，將固廢變廢為寶，有極高的經濟效益。公司解決直接就業33人，項目實現毛利潤3000萬元/年，凈利潤2800萬元/年。間接就業，物流100多人，充填運營80多人。
（二）社會效益
解決了各大礦山尾砂的堆放帶來的各種不良環境影響。解決了各大礦山充填采礦法下，礦山可能會塌陷等帶來的一系列安全問題，大大提升了采礦的安全性。開發出了公路建設的新型材料，將有效節省砂、石等資源性材料，從而進一步促進環境保護。
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