隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，充填采礦技術(shù)得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。通常僅用于有色、黃金、貴金屬等高價(jià)值礦體開采的全尾砂充填采礦法，近10年來(lái)已在鐵礦、煤礦等低價(jià)值資源開發(fā)中應(yīng)用，并且具有逐年發(fā)展趨勢(shì)。

與其他采礦方法相比，充填法采礦不僅采礦工藝復(fù)雜，生產(chǎn)能力低，而且充填采礦成本高，因此采礦經(jīng)濟(jì)效益差，影響充填采礦技術(shù)推廣應(yīng)用。特別對(duì)于低品位大型鐵礦，通常以水泥作為膠凝材料實(shí)施全尾砂充填法開采，其膠結(jié)充填體強(qiáng)度低，水泥用量大，導(dǎo)致充填采礦成本居高不下，顯著降低充填采礦經(jīng)濟(jì)效益。

近10多年來(lái)，人們一直在探索低成本充填膠凝材料以及膏體充填技術(shù)。以膠固粉為代表的新型充填膠凝材料在充填礦山中應(yīng)用，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益。膠固粉一類新型充填膠凝材料以礦渣為主，與復(fù)合激發(fā)劑(C料)在礦山制備。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保重視和管理，對(duì)鋼鐵和水泥產(chǎn)業(yè)限產(chǎn)，作為水泥摻合料的礦渣成為一種寶貴的短缺資源，其材料成本在逐年提高且供不應(yīng)求;由于激發(fā)劑成本提高和遠(yuǎn)距離運(yùn)費(fèi)，由此制備的膠固粉一類全尾砂充填膠凝材料成本逐年提高，目前基本上接近42.5普通硅酸鹽水泥材料成本。

鋼渣、脫硫石膏、氟石膏、磷石膏、電石渣、鎂渣等低品質(zhì)固體廢棄物資源，由于其活性低、資源化利用成本高，作為水泥摻合料存在安定性等問(wèn)題，因此資源化利用率低，目前仍是名副其實(shí)的固體廢棄物。本項(xiàng)目利用鋼渣等低品質(zhì)固體廢棄物，開發(fā)全固廢綠色充填膠凝材料，以及超細(xì)尾砂似膏體制備技術(shù)，在充填礦山尤其是低價(jià)值充填礦山應(yīng)用，不僅能夠顯著降低充填采礦成本，而且還可以實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)固體廢棄物資源化高附加值和規(guī)?；?。

本項(xiàng)目核心技術(shù)成果開發(fā)出的全固廢綠色充填膠凝材料，與水泥和膠固粉相比，充填材料成本大約是水泥或膠固粉成本的50%~70%，而固廢廢棄物利用100%，其中較難利用的鋼渣、脫硫石膏等低品質(zhì)固體廢棄物利用率將達(dá)到55%以上。與膠固粉相比，其膠結(jié)體早期強(qiáng)度較低，但后期強(qiáng)度(28d)基本持平。因此，該種充填膠凝材料可以應(yīng)用于大型貧鐵礦階段嗣后充填礦山以及對(duì)早期強(qiáng)度要求不高的上向分層進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。

成熟程度及推廣應(yīng)用情況

已投入成本\目前處于何種研發(fā)階段;針對(duì)鐵礦超細(xì)全尾砂充填礦山，本課題研發(fā)小組分別針對(duì)河鋼礦業(yè)公司中關(guān)鐵礦、福建龍巖馬坑鐵礦、華夏建龍集團(tuán)龍新礦業(yè)思山嶺鐵礦開展了試驗(yàn)研究，已經(jīng)獲得可靠研究成果。目前正在中關(guān)鐵礦和馬坑鐵礦實(shí)施中試試驗(yàn)以及工業(yè)化生產(chǎn)前期論證工作。該技術(shù)成果轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工業(yè)化應(yīng)用，需要集合充填采礦方法、充填骨料以及周圍可以利用資源類型與利用成本，因此該技術(shù)成交價(jià)格需要與礦山企業(yè)面談，主要以技術(shù)服務(wù)或技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式在充填礦山開發(fā)利用與工業(yè)化生產(chǎn)。

市場(chǎng)分析(擬技術(shù)轉(zhuǎn)移的公司、區(qū)域等)

利用低品質(zhì)固廢資源開發(fā)全固廢綠色充填膠凝材料，以及超細(xì)尾砂似膏體制備充填采礦技術(shù)，適用于大型貧鐵礦、復(fù)雜難采礦床等全尾砂充填礦山。同時(shí)，充填礦山周圍具有可以利用的鋼渣、脫硫石膏、氟石膏、磷石膏、電石渣或鎂渣等低品質(zhì)固廢資源。目前我國(guó)可利用充填礦山有以下幾個(gè)區(qū)域：

1、河北邯邢地區(qū)

邯邢地區(qū)鐵礦資源十分豐富，有西石門鐵礦、北洺河鐵礦、南洺河鐵礦、中關(guān)鐵礦等，且礦石品位相對(duì)較高。但礦山地下水豐富、礦巖遇水泥化，由此增加采礦難度;同時(shí)，礦山積極響應(yīng)和推進(jìn)綠色礦山，實(shí)現(xiàn)無(wú)廢清潔生產(chǎn)，因此目前在建或技改礦山均采用尾砂充填采礦方法。由于邯邢地區(qū)冶金工業(yè)發(fā)達(dá)，本地區(qū)擁有多家鋼鐵企業(yè)，因此礦山周圍可利用的固體廢棄物資源種類多、來(lái)源廣、利用成本低，為本項(xiàng)目技術(shù)成在邯邢地區(qū)充填礦山轉(zhuǎn)化及工業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了條件，并具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。

2、河北冀東司家營(yíng)地區(qū)

河北冀東司家營(yíng)地區(qū)是我國(guó)鐵礦資源最豐富的地區(qū)之一，區(qū)域內(nèi)擁有河鋼礦業(yè)研山鐵礦、司家營(yíng)南區(qū)和常峪鐵礦以及首鋼礦業(yè)馬城鐵礦等大型鐵礦。但區(qū)域內(nèi)鐵礦資源礦石品位低、資源量大，礦體賦存條件差，多為富水條件，由此給資源資源開發(fā)帶來(lái)問(wèn)題多。鑒于該地區(qū)屬于大水難采礦體，為了保護(hù)地下水資源和減少尾砂廢棄物排放，除了司家營(yíng)北區(qū)研山鐵礦采用露天開采外，其他礦山均采用尾砂充填法開采。由于受地下水影響，已開發(fā)建設(shè)的司家營(yíng)南區(qū)(原田興鐵礦、大賈莊鐵礦)因大水影響停止基建。常峪鐵礦水文地質(zhì)條件相對(duì)較好，基建工程已經(jīng)完成70%以上，正處于恢復(fù)基建。馬城鐵礦位于灤縣與灤南縣結(jié)合部，目前已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給首鋼礦業(yè)公司正在基建，計(jì)劃2020~2021年投產(chǎn)，是本項(xiàng)目核心技術(shù)在該地區(qū)應(yīng)用最早可能推廣應(yīng)用的充填礦山。

3、遼寧本溪地區(qū)

遼寧本溪地區(qū)擁有豐富的鐵礦資源，=擁有思山嶺鐵礦、大臺(tái)溝鐵礦等超大型礦床。該地區(qū)礦體埋藏深、礦石品位低、地下水豐富，開采難度大。思山嶺鐵礦是目前國(guó)內(nèi)最大的單體鐵礦，擁有27億噸的單體礦體資源，由建龍集團(tuán)龍新礦業(yè)公司開發(fā)建設(shè)，計(jì)劃于2020年初建成投產(chǎn)。思山嶺鐵礦采用階段嗣后尾砂充填采礦法，一期礦山生產(chǎn)能力500萬(wàn)噸/年，二期將提高到1000萬(wàn)噸/年，最終形成2000萬(wàn)噸的年生產(chǎn)能力。尾砂充填需要開發(fā)綠色充填膠凝材料，以滿足充填法采礦對(duì)充填膠凝材料的需求。與思山嶺鐵礦相距僅10km的大臺(tái)溝鐵礦資源更豐富、礦體埋藏更深、地下水更大。原設(shè)計(jì)采用崩落法開采。在開發(fā)建設(shè)中由于地下水大導(dǎo)致多次淹井，不僅嚴(yán)重影響礦山基建工程進(jìn)展，而且也為崩落法采礦敲響警鐘。據(jù)了解，與思山嶺鐵礦同處于同一地質(zhì)條件而埋藏更深和地下水更大的大臺(tái)溝鐵礦，采用充填法采礦可能是資源開發(fā)必然選擇。因此，針對(duì)大水超深貧礦資源充填法開采，迫切需要低成本和高性能新型充填膠凝材料，由此降低充填采礦成本，提高充填采礦經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。本溪地區(qū)有本鋼鋼鐵企業(yè)，固廢資源豐富，利用低品質(zhì)固廢開發(fā)綠色充填膠凝材料十分必要。

4、遼寧鞍山地區(qū)

遼寧鞍鋼地區(qū)擁有大型鐵礦資源，是鞍鋼公司主要原料基地。作為特大型地下鐵礦山，2020年鞍鋼礦業(yè)公司地下鐵礦石產(chǎn)量將超過(guò)2500萬(wàn)噸/年，充填工藝和充填材料對(duì)礦山生產(chǎn)安全性和開采成本有著十分重要影響。目前在建的張家灣鐵礦、黑石砬子鐵礦采用充填法開采。張家灣鐵礦三級(jí)礦石達(dá)到6317萬(wàn)t，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量超過(guò)1.57億t，礦石平均品位33.99%。黑石砬子鐵礦資源總量(工業(yè)礦石+低品位礦石)29999.75萬(wàn)t，平均品位28.23%。即將轉(zhuǎn)入地下充填法開采3000萬(wàn)噸/年西鞍山大型地下礦山將采用尾砂充填法開采，由此可見，鞍山地區(qū)是本項(xiàng)目技術(shù)成果推廣與應(yīng)用的地區(qū)之一。鞍鋼地區(qū)有鞍鋼企業(yè)，鋼渣、脫硫石膏等低品質(zhì)固廢資源豐富，有利于低品質(zhì)資源開發(fā)低成本和高性能充填膠凝材料，是本項(xiàng)目技術(shù)成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用的最重要地區(qū)。

5、福建龍巖地區(qū)

福建龍巖馬坑鐵礦是我國(guó)南方不多見的大型鐵礦資源基地。該礦山資源特點(diǎn)是礦石品位低、地下水大，由此給資源開發(fā)帶來(lái)困難。近年來(lái)，隨著礦床開采深度增加，地下水增大，同時(shí)礦山開采對(duì)環(huán)保要求，深部開采已經(jīng)改用尾砂充填法開采。為了降低充填采礦成本，提高充填采礦經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，礦山將利用三明鋼鐵公司低品質(zhì)固廢資源，開發(fā)全固廢充填膠凝材料，替代水泥應(yīng)用于礦山充填。本項(xiàng)目研究成果已在該礦山實(shí)現(xiàn)中試試驗(yàn)，即將進(jìn)入工業(yè)化試驗(yàn)階段。

投資估算和經(jīng)濟(jì)效益分析

利用低品質(zhì)固廢資源開發(fā)低成本全固廢綠色充填膠凝材料投資主要包括：低品質(zhì)固廢資源成本、運(yùn)輸成本、粉磨成本以及混合系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用。根據(jù)不同礦山生產(chǎn)規(guī)模對(duì)充填膠凝材料需求不同，充填膠凝材料粉磨設(shè)備投資規(guī)模也不同。根據(jù)目前粉磨設(shè)備主要有球磨機(jī)、立磨機(jī)和輥壓機(jī)等三種。根據(jù)低品質(zhì)物料特性不同，可采用單一粉磨方式或兩種以上聯(lián)合粉磨工藝，因此其粉磨設(shè)備投資和經(jīng)濟(jì)效益也不相同。對(duì)于上述本項(xiàng)目技術(shù)可轉(zhuǎn)化與應(yīng)用的地區(qū)，對(duì)于年產(chǎn)25萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力粉磨設(shè)備，其設(shè)備投資在1500~2000萬(wàn)元，由此生產(chǎn)綠色充填膠凝材料成本為42.5普通硅酸鹽成本的60%~70%，大約較水泥成本降低100~120元/噸，由此僅充填膠凝材料的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到2500~3000萬(wàn)元/年。

成果亮點(diǎn)

1、本項(xiàng)目技術(shù)成果具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，研究成果已授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，申請(qǐng)受理發(fā)明專利3項(xiàng)。

2、根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外充填膠凝材料以及充填技術(shù)的調(diào)研與了解，低成本全固廢綠色膠凝材料研發(fā)技術(shù)國(guó)內(nèi)外空白，具有國(guó)際領(lǐng)先水平;利用全固廢綠色充填膠凝材料制備尾砂似膏體充填采礦技術(shù)不多見，屬于國(guó)際先進(jìn)水平。針對(duì)大型鐵礦階段嗣后充填采礦方法，開展充填體結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)力環(huán)境再造技術(shù)也達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

3、本項(xiàng)目技術(shù)成果來(lái)自河鋼-北科大創(chuàng)新中心技術(shù)開發(fā)成果以及與金川-北科大重大技術(shù)攻關(guān)成果，獲得了2016年度有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

本項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)由高謙教授作為負(fù)責(zé)人，北京科技大學(xué)充填技術(shù)中心支持本項(xiàng)目技術(shù)開發(fā)與推廣應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)有教授、副教授和工程師3人，擁有一大批博士和碩士研究生參與該項(xiàng)目研究開發(fā)與推廣應(yīng)用。針對(duì)不同礦山礦體條件、采礦方法以及可以利用的固體廢棄物資源，利用本項(xiàng)目核心技術(shù)與開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，能夠進(jìn)行二次開發(fā)與工業(yè)化試驗(yàn)研究，為本項(xiàng)目技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與工業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

聯(lián)系方式：

姓名：高 謙

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