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一、成果簡介
項目在對礦渣、鋼渣等原料進(jìn)行理化分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了礦山充填膠凝材料組分設(shè)計，再通過自主研發(fā)的機(jī)械-化學(xué)激發(fā)工藝，研發(fā)出礦渣/鋼渣新型礦山充填膠凝材料，實現(xiàn)了鋼渣最大摻入比35.5wt.%，灰砂比1:10，生產(chǎn)出的充填體28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)3.0 MPa以上。
項目已建成年產(chǎn)60萬噸礦渣/鋼渣新型礦山充填膠凝材料生產(chǎn)線，經(jīng)多家用戶使用，反映良好，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
二、任務(wù)來源
目前礦山充填主要有干式、水力、膠結(jié)等充填方法，其中膠結(jié)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(qiáng)度和整體性的充填體，適用于高品位富礦、礦巖不穩(wěn)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(fā)展規(guī)劃中指出，鋼渣的綜合利用率應(yīng)達(dá)86%以上，基本實現(xiàn)“零排放”。然而，我國鋼渣綜合利用的現(xiàn)狀與該規(guī)劃相差甚遠(yuǎn)，尤其是素有“劣質(zhì)水泥熟料”之稱的轉(zhuǎn)爐鋼渣的利用率僅為10%～20%。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的鋼渣不能及時處理，致使大量鋼渣占用土地，污染環(huán)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(huán)保政策的日益嚴(yán)厲，鋼渣和鐵礦尾礦的利用問題已經(jīng)成為各大鋼鐵和礦山企業(yè)面臨的重大難題。
礦渣是鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程中產(chǎn)出的副產(chǎn)品，除部分鋼鐵企業(yè)對其進(jìn)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(huán)境保護(hù)稅法》提出，將對礦渣類固體廢棄物的排放收繳高額稅費(fèi)?？梢?，緩解工業(yè)固廢排放問題已被國家高度重視。由此可知，低成本、高強(qiáng)度、易輸送、易生產(chǎn)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(fā)展新趨勢，礦渣資源化回收利用則是鋼鐵企業(yè)發(fā)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(yè)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(jié)能、利廢、環(huán)保等特點(diǎn)，成為膠凝材料研究的熱點(diǎn)和發(fā)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(chǎn)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(chuàng)新性、先進(jìn)性
（1）對礦渣、鋼渣等原料進(jìn)行理化分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了礦山充填膠凝材料組分設(shè)
計，再通過自主研發(fā)的機(jī)械-化學(xué)激發(fā)工藝，研發(fā)出礦渣/鋼渣新型礦山充填膠凝材料，實現(xiàn)了鋼渣最大摻入比35.5wt.%，灰砂比1:10，生產(chǎn)出的充填體28天抗壓強(qiáng)度可達(dá)3.0 MPa以上。
（2）創(chuàng)新性地以鋼渣、礦渣為主要原料制備礦山采空區(qū)用新型復(fù)合膠凝材料，獲得
基于鋼渣/礦渣制備礦山采空區(qū)充填材料的制備技術(shù)，滿足礦山膠結(jié)充填強(qiáng)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(huán)境、占用土地和浪費(fèi)資源等問題，實現(xiàn)廢棄物的資源化利用。
四、總體技術(shù)性能指標(biāo)與國內(nèi)外同類先進(jìn)技術(shù)比較
1）抗壓等級強(qiáng)度
灰砂比 充填試塊護(hù)齡期/d 充填試塊抗壓強(qiáng)度/（MPa） 充填試塊抗壓強(qiáng)度平均值/（MPa）

注：安徽馬鋼羅河礦業(yè)有限責(zé)任公司作為招標(biāo)方，對各個公司的試塊進(jìn)行檢測，我司的檢測結(jié)果明顯優(yōu)于其他公司。由于檢測的期齡及判定依據(jù)不一，其檢測強(qiáng)度異于我司單獨(dú)送檢的檢測報告中的強(qiáng)度。
由于我司采用充填膠凝材料進(jìn)行礦山充填方面，客戶方只要求抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)，也對此進(jìn)行相應(yīng)的檢測，可以說是在應(yīng)用上抗壓強(qiáng)度的硬性指標(biāo)。
我司開發(fā)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(qiáng)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(xì)，流動性更加，活性更好，導(dǎo)致磨礦成本更高。
五、作用意義
我司的充填材料已經(jīng)供應(yīng)到馬鋼張莊鐵礦、馬鋼羅河鐵礦、金日晟礦業(yè)、重新集鐵礦、富凱礦業(yè)、金牛礦業(yè)等，項目技術(shù)得到驗證，項目十分成熟。
（一）經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)效益。公司解決直接就業(yè)33人，項目實現(xiàn)毛利潤3000萬元/年，凈利潤2800萬元/年。間接就業(yè)，物流100多人，充填運(yùn)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(huán)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(fā)出了公路建設(shè)的新型材料，將有效節(jié)省砂、石等資源性材料，從而進(jìn)一步促進(jìn)環(huán)境保護(hù)。