围绕矿冶行业典型固废如钢渣、冶炼渣、尾矿、脱硫石膏、钒渣等量大面广、复杂难用的问题，开展了固废污染控制与物能转化循环利用成套技术与装备的系统研究。

矿冶行业典型固废产生强度大、成分复杂多变，固废再生利用技术水平与发达国家存在较大差距，固废综合利用层次不高、利用途径较为单一。如钢渣是钢铁工业产生的主要固体废物之一，其产生量占粗钢产量的10%-15%，存在f-CaO膨胀体积膨胀率>5%导致结构易失稳的难题，现行国家标准GB175-2023明确提出了钢渣不能再作为通用硅酸盐水泥的混合材料，急需创新钢渣从“潜活”到“显活”的利用领域和途径。钒渣是另一种钢铁工业典型固废，颗粒较细，具有低碳、高硅、低铝、高熔点的特征，其主要化学成分为大量SiO₂和少量Al₂O₃。其中SiO₂主要以石英晶体形式存在，Al₂O₃则多赋存于长石中。此外，尾渣中还含有少量K₂O、CaO、Na₂O、MgO等碱性氧化物。钒尾渣主要处置方式为尾矿库或场地堆存，资源化主要应用于建材领域，缺少高值化利用途径。

钢渣、粉煤灰、脱硫石膏等易利用固废主要采用简单的低值化技术进行处理，作为水泥、混凝土等建筑材料的生产原材料，平均用量20%左右；由于建筑材料等利废行业产能过剩，固废资源综合利用产品的市场消纳能力有限，资源化利用途径不畅，产业链延伸不足。固废再生原材料价格普遍高于原生矿产资源，资源化产品难以形成市场竞争力。日本开发了钢渣CO₂碳化固化抑制膨胀技术，美国实现了粉煤灰静电分选提碳，加拿大开发了尾矿膏体充填技术，但均未大规模应用。

项目组长期聚焦于固体废物资源化领域的研究，系统研究了钢渣、粉煤灰、脱硫石膏矿冶行业典型固废的组成、结构与性能的关系，探讨了提高各种固废水硬活性的方法和措施，提出了简单实用的固废活化技术，研制出了基于工业废渣的固废基环境功能材料成套技术，该成果经鉴定达国际领先水平。

国务院印发了《固体废物综合治理行动计划》，明确提出了固体废物“治理难题”转变为“发展资源”的政策方向。项目组围绕“固废循环全生命周期物能转化规律”关键科学问题，突破了“钙镁调控—资源利用—生态修复”技术瓶颈，形成了基础理论原始创新、关键技术自主发明、产业化应用全链条创新体系，引领了矿冶行业典型固废规模化、高值化利用与污染堆场生态修复技术进步。

我国大宗固废年排放量超110亿吨，利用率不足60%，历史堆存量高达600亿吨，其中，矿冶行业固废年产生量约为25亿吨，是重金属污染的主要来源，是国家实施固废综合治理行动计划的关键。现有处理多用于建筑材料应用，生产工艺简单，市场走低，消纳能力有限。且钢渣、尾矿等复杂难用固体废物能转化研究基础薄弱，极大限制了其资源化利用进程，主要存在三大科学问题：（1）如何解析钙/镁离子协同调控固废解聚-重组过程，实现其微观结构的定向设计与性能精准预测？（2）如何设计全固废组分匹配与低碳活化路径，构建兼具高活性与长期综合稳定的材料体系？（3）如何精准调控固废微结构重构成超稳定的硅酸盐矿相，实现快速成岩成土？本项目在10余项国家重大项目支持下，历经19年，以固废资源全生命周期物能转化为目标，开发出固废微结构精准调控快速成岩成土技术，并依托国家重点工程开展成果转化与应用，实现了矿冶行业典型固废规模化生态化应用的突破。

图1 总体思路和技术路线

本项目得到了国家科技支撑计划、重点研发计划等10 余项国家重大项目支持，形成了65项发明专利，编制了行业标准规范3项、国家省级工法3项、省地方标准规范6项，团体标准4项，入选《国家绿色低碳先进技术成果目录》。历经10 余年，成果推广成果已在中国五矿集团、河北钢铁集团、江西铜业集团等企业成功应用，形成了关键技术突破、工程化应用全产业链创新体系，主要创新成果如下：

创新成果1：首创了钙镁调控的矿冶固废常温固结理论。发现了Ca、Mg调节硅铝酸盐晶体结构聚合度的规律；构建了固废硅铝酸盐硅氧四面体解聚与活化程度的量化关系，揭示了固废类质置换硅铝酸盐矿相重构机理，为矿冶固废快速成岩成土奠定了理论基础。

创新成果2：发明了全固废基环境功能材料及绿色低碳制备技术。发明了“临界粒径-钙镁调控-常温活化”的固废基环境功能材料，开发了“梯级活化-轻质磨介-强化均混”低碳制备成套技术，实现了固废基环境功能材料低碳制备技术的迭代升级。

创新成果3：创制了矿冶固废快速成岩成土工程体系。研发了“射流搅拌-对流均混-强化传质”、“絮凝剂-流化床-导流锥”和“深度搅拌-多轴旋切-原位均混”装备，实现了尾矿浆重量浓度从20-30%提高到60-65%，固-液传质效率提升2倍以上，活性稳定材料用量降低30%以上。

创新成果4：构建了固废堆场多维度污染阻控的原位生态修复技术。创新了大宗无机固废类质同象常温化学固结的新方法及重金属靶向捕集新技术，构建了堆场“诱导结皮-协同改良-多层重构”的修复技术体系，重金属稳定化率从70%提升到95%，固废直接土壤化形成速率较自然过程显著提升。

通过技术集成与工程熟化，形成了形成了矿冶固废规模化绿色利用的技术体系，近三年新增产值194亿元，新增利税9.8亿元。引领了我国固废资源高效利用走在国际前沿，为矿冶固废规模化、高值化利用与堆场生态修复提供了系统解决方案。

图2 铅锌尾矿库原位生态修复效果图

经济效益：项目建立了年产100万吨以上的固废基环境功能材料生产基地，产品国内市场占有率超过10%。成果在国内先后在国内湖北、江西、广西等地20余个省市中广泛应用，在河钢乐亭钢铁有限公司、大冶有色尾矿充填、南方锰业锰渣安全利用、云南建水神仙洞尾矿库生态修复等300余项目中成功应用，利用固体废物2.5亿m³，近三年新增产值194亿元，新增利税9.8亿元，推动我国大宗固体废物的资源化处理与安全利用，为国家固废综合治理与生态文明建设发挥了重大的支撑作用。

社会效益：（1）引领矿冶固废规模化绿色利用变革，推动传统行业转型升级。该技术体系打破了传统固废高度依赖高能耗高碳排材料制备的惯性路径，突破了固废在“钙镁调控-资源利用-生态修复”三个层面的技术瓶颈，创新提出了固废循环全生命周期物能转化新模式，通过技术集成与工程熟化，实现了固废微结构精准调控快速成岩成土技术颠覆性突破，为推动固废规模化利用与生态修复提供了绿色低碳的解决方案。

（2）培养矿冶固废领域科技领军人才，国际化协同创新成果丰硕。项目团队持续开展高层次人才培养，团队中1人获“中国青年科技奖”，1人获“杰出工程师青年奖”，1人入选国家青年拔尖人才计划，2人担任国家重点研发计划首席科学家，具有突出的国家级科技领军力。积极开展国际学术交流与联合攻关，累计向海内外300余家科研机构与企业提供科技服务，为我国矿冶固废资源化技术的国际化发展提供有力支撑。

（3）统筹固废资源化与污染修复协同共治，服务国家绿色发展战略。本项目形成了基础理论原始创新、关键技术自主发明、产业化应用全链条创新体系，已在全国20余个省（区）市累计实施工程300余项，不仅广泛适用于矿冶固废堆场，还成功拓展应用于矿山充填成岩等重大环境治理工程，具备良好的技术延展性与适应性，为固体废物综合治理行动计划和绿色高质量发展提供了关键技术支撑。