隨著我國對環(huán)境保護越來越重視，充填采礦技術得到越來越廣泛應用。通常僅用于有色、黃金、貴金屬等高價值礦體開采的全尾砂充填采礦法，近10年來已在鐵礦、煤礦等低價值資源開發(fā)中應用，并且具有逐年發(fā)展趨勢。

與其他采礦方法相比，充填法采礦不僅采礦工藝復雜，生產(chǎn)能力低，而且充填采礦成本高，因此采礦經(jīng)濟效益差，影響充填采礦技術推廣應用。特別對于低品位大型鐵礦，通常以水泥作為膠凝材料實施全尾砂充填法開采，其膠結充填體強度低，水泥用量大，導致充填采礦成本居高不下，顯著降低充填采礦經(jīng)濟效益。

近10多年來，人們一直在探索低成本充填膠凝材料以及膏體充填技術。以膠固粉為代表的新型充填膠凝材料在充填礦山中應用，獲得顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。膠固粉一類新型充填膠凝材料以礦渣為主，與復合激發(fā)劑(C料)在礦山制備。近年來，隨著我國對環(huán)保重視和管理，對鋼鐵和水泥產(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求;由于激發(fā)劑成本提高和遠距離運費，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題，因此資源化利用率低，目前仍是名副其實的固體廢棄物。本項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，以及超細尾砂似膏體制備技術，在充填礦山尤其是低價值充填礦山應用，不僅能夠顯著降低充填采礦成本，而且還可以實現(xiàn)低品質(zhì)固體廢棄物資源化高附加值和規(guī)模化利用。

本項目核心技術成果開發(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到55%以上。與膠固粉相比，其膠結體早期強度較低，但后期強度(28d)基本持平。因此，該種充填膠凝材料可以應用于大型貧鐵礦階段嗣后充填礦山以及對早期強度要求不高的上向分層進路膠結充填采礦法。

成熟程度及推廣應用情況

已投入成本\目前處于何種研發(fā)階段;針對鐵礦超細全尾砂充填礦山，本課題研發(fā)小組分別針對河鋼礦業(yè)公司中關鐵礦、福建龍巖馬坑鐵礦、華夏建龍集團龍新礦業(yè)思山嶺鐵礦開展了試驗研究，已經(jīng)獲得可靠研究成果。目前正在中關鐵礦和馬坑鐵礦實施中試試驗以及工業(yè)化生產(chǎn)前期論證工作。該技術成果轉化實現(xiàn)產(chǎn)品工業(yè)化應用，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，因此該技術成交價格需要與礦山企業(yè)面談，主要以技術服務或技術轉讓方式在充填礦山開發(fā)利用與工業(yè)化生產(chǎn)。

市場分析(擬技術轉移的公司、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，以及超細尾砂似膏體制備充填采礦技術，適用于大型貧鐵礦、復雜難采礦床等全尾砂充填礦山。同時，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。目前我國可利用充填礦山有以下幾個區(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、中關鐵礦等，且礦石品位相對較高。但礦山地下水豐富、礦巖遇水泥化，由此增加采礦難度;同時，礦山積極響應和推進綠色礦山，實現(xiàn)無廢清潔生產(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，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、來源廣、利用成本低，為本項目技術成在邯邢地區(qū)充填礦山轉化及工業(yè)化應用創(chuàng)造了條件，并具有得天獨厚的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。

2、河北冀東司家營地區(qū)

河北冀東司家營地區(qū)是我國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)帶來問題多。鑒于該地區(qū)屬于大水難采礦體，為了保護地下水資源和減少尾砂廢棄物排放，除了司家營北區(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)建設的司家營南區(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)條件相對較好，基建工程已經(jīng)完成70%以上，正處于恢復基建。馬城鐵礦位于灤縣與灤南縣結合部，目前已經(jīng)轉讓給首鋼礦業(yè)公司正在基建，計劃2020~2021年投產(chǎn)，是本項目核心技術在該地區(qū)應用最早可能推廣應用的充填礦山。

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，由建龍集團龍新礦業(yè)公司開發(fā)建設，計劃于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500萬噸/年，二期將提高到1000萬噸/年，最終形成2000萬噸的年生產(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充填膠凝材料的需求。與思山嶺鐵礦相距僅10km的大臺溝鐵礦資源更豐富、礦體埋藏更深、地下水更大。原設計采用崩落法開采。在開發(fā)建設中由于地下水大導致多次淹井，不僅嚴重影響礦山基建工程進展，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)濟效益、社會效益和環(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2500萬噸/年，充填工藝和充填材料對礦山生產(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。張家灣鐵礦三級礦石達到6317萬t，遠景儲量超過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t，平均品位28.23%。即將轉入地下充填法開采3000萬噸/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)是本項目技術成果推廣與應用的地區(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，是本項目技術成果轉化和工業(yè)化應用的最重要地區(qū)。

5、福建龍巖地區(qū)

福建龍巖馬坑鐵礦是我國南方不多見的大型鐵礦資源基地。該礦山資源特點是礦石品位低、地下水大，由此給資源開發(fā)帶來困難。近年來，隨著礦床開采深度增加，地下水增大，同時礦山開采對環(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，替代水泥應用于礦山充填。本項目研究成果已在該礦山實現(xiàn)中試試驗，即將進入工業(yè)化試驗階段。

投資估算和經(jīng)濟效益分析

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、運輸成本、粉磨成本以及混合系統(tǒng)建設費用。根據(jù)不同礦山生產(chǎn)規(guī)模對充填膠凝材料需求不同，充填膠凝材料粉磨設備投資規(guī)模也不同。根據(jù)目前粉磨設備主要有球磨機、立磨機和輥壓機等三種。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，因此其粉磨設備投資和經(jīng)濟效益也不相同。對于上述本項目技術可轉化與應用的地區(qū)，對于年產(chǎn)25萬噸的生產(chǎn)能力粉磨設備，其設備投資在1500~2000萬元，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)濟效益達到2500~3000萬元/年。

成果亮點

1、本項目技術成果具有自主知識產(chǎn)權，研究成果已授權發(fā)明專利7項，申請受理發(fā)明專利3項。

2、根據(jù)對國內(nèi)外充填膠凝材料以及充填技術的調(diào)研與了解，低成本全固廢綠色膠凝材料研發(fā)技術國內(nèi)外空白，具有國際領先水平;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不多見，屬于國際先進水平。針對大型鐵礦階段嗣后充填采礦方法，開展充填體結構分析與應力環(huán)境再造技術也達到國內(nèi)領先水平。

3、本項目技術成果來自河鋼-北科大創(chuàng)新中心技術開發(fā)成果以及與金川-北科大重大技術攻關成果，獲得了2016年度有色金屬工業(yè)協(xié)會技術發(fā)明一等獎。

項目團隊

本項目研究團隊由高謙教授作為負責人，北京科技大學充填技術中心支持本項目技術開發(fā)與推廣應用。研究團隊有教授、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目研究開發(fā)與推廣應用。針對不同礦山礦體條件、采礦方法以及可以利用的固體廢棄物資源，利用本項目核心技術與開發(fā)經(jīng)驗，能夠進行二次開發(fā)與工業(yè)化試驗研究，為本項目技術成果轉化與工業(yè)化應用奠定基礎。

聯(lián)系方式：

姓名：高 謙

手機：18600173341

郵箱1：gaoqian@ces.ustb.edu.cn;

郵箱2：1372294915@qq.com