综述：工业固废作为胶凝材料在胶结充填体中的应用：机制、挑战与前景

这篇综述系统探讨了利用赤泥(RM)、粉煤灰(FA)、高炉矿渣(BFS)和钢渣(SS)等工业固废替代传统水泥制备胶结充填体(CPB)的可行性。文章将固废基胶凝材料分为碱激发材料(AAMs)、辅助胶凝材料(SCMs)和过硫酸盐水泥(SSCs)三类，重点分析了其抗压强度(28天UCS达6.4 MPa)和工作性能，提出多固废协同利用可降低成本、减少CO2排放(每吨水泥减排0.73-0.99吨)，为矿山回填提供了可持续解决方案。

　　

工业固废在胶结充填体中的应用机制

采矿作为全球第二大基础产业，其产生的地下空区可能引发地表塌陷等安全隐患。胶结充填体(CPB)技术通过将脱水尾砂、水和胶凝材料混合成浆体回填采空区，既能处理工业固废又可稳定矿体。但传统水泥基胶凝材料成本占CPB总成本的75%，且每吨水泥生产伴随0.73-0.99吨CO₂排放，亟需开发低碳替代方案。

固废基胶凝材料的分类与特性

工业固废基胶凝材料可分为三类：

1. 1.

   碱激发材料(AAMs)：以赤泥(RM)为代表，其高碱含量(Na₂O达8-12%)能激活硅铝酸盐反应。全球RM堆存量已达40亿吨，但利用率不足10%。

2. 2.

   辅助胶凝材料(SCMs)：如粉煤灰(FA)和BFS，含SiO₂和Al₂O₃，通过火山灰效应提升后期强度。

3. 3.

   过硫酸盐水泥(SSCs)：以钢渣(SS)和脱硫石膏(DG)为主，通过硫酸盐激发形成钙矾石。

性能优化与协同效应

研究表明：

• •

  单一固废制备的CPB 28天抗压强度(UCS)可达6.4 MPa

• •

  RM与FA以3:7复配时，工作性能提升20%

• •

  BFS与SS协同可降低50%的CO₂排放

  关键挑战在于固废成分波动大，需通过：

  1. 1.

     机械活化(球磨至比表面积>400 m²/kg)

  2. 2.

     化学激发(添加NaOH或Na₂SiO₃)

  3. 3.

     热活化(600-800°C煅烧)

未来展望

建议研究方向包括：

• •

  开发固废成分快速检测技术

• •

  建立多固废协同数据库

• •

  优化管道输送参数(剪切速率30-50 s^-1)

  该技术有望实现工业固废利用率提升至30%，同时降低CPB成本40%以上，为绿色矿山建设提供关键技术支撑。