全尾砂充填采矿低成本新型充填胶凝材料研究与发展方向

张国胜 杨晓炳 郭 斌 陈彦亭 涂光富

（1.河北钢铁集团矿业有限公司，河北唐山063000；2.北京科技大学土木与资源工程学院北京100083）

随着我国对环境保护越来越重视以及复杂难采资源开发利用问题日益凸显，不仅有色、黄金、贵金属矿山充填采矿应用比例逐年提高，而且充填采矿应用范围也在逐步扩展［1-4］。近10 a来，我国充填铁矿山迅速增加，加快了绿色矿山建设进程，并推动了无废开采技术的推广应用［5-10］。充填采矿法工艺复杂、生产能力较低、成本较高，导致采矿经济效益不理想。随着粉磨设备和选矿工艺的发展，选矿尾砂逐步变细，不仅造成全尾砂浆浓密难度大，浓密生产成本高，还显著降低了胶结充填体强度，从而不得不增大胶凝材料用量，由此显著提高了充填采矿成本，从而给全尾砂充填采矿技术应用带来了严峻的技术和经济问题。

充填采矿法是将充填骨料和胶凝材料与水混合搅拌制备成充填料浆，通过充填管道输送到地下采场，由此形成胶结充填体支撑采场围岩，达到控制围岩变形、地表沉陷，保护环境与控制地压的目的。同时，全尾砂充填将选矿尾砂全部回填到地下采空区，避免在地表尾矿库中堆放，不仅可以减少尾矿库征地、建造以及安全维护费用，还能够规避尾矿库潜在的地质灾害隐患。此外，充填法采矿还有助于降低矿石的损失与贫化，提高矿产资源开发利用效率。由此可见，全尾砂充填采矿能够实现“以废制害”，达到安全开采与清洁生产的目的。目前，国内外充填法开采矿山仍普遍采用水泥作为充填胶凝材料。由于选矿全尾砂含泥量较高，导致水泥胶结充填体强度显著降低，尾砂越细，充填体强度越低。同时，超细全尾料浆的黏性高，管道输送阻力大，导致料浆浓度低，进一步降低了水泥胶结充填体的强度。目前，大部分以水泥作为胶凝材料的充填矿山，通常采用分级尾砂充填。分级尾砂充填不仅降低了尾砂利用率（一般为50%左右），还增加了尾砂细泥在地表堆放困难，存在溃坝、泥石流等地质灾害隐患。

随着选矿尾砂细度提高导致充填成本增加，使得全尾砂新型充填胶凝材料开发和利用变得更加迫切。本研究在综合剖析全尾砂充填胶凝材料研究进展的基础上，提出新型胶凝材料开发的关键技术，并指出全固废胶凝材料研究发展方向，供相关研究与现场实践参考。

1 低成本全尾砂充填胶凝材料研究进展

水泥作为充填胶凝材料存在用量大、强度低、采矿成本高、经济效益差等不足，因此业内学者一直在寻求水泥代用品，并开展低成本新型充填胶凝材料开发与利用研究。

1.1 水泥混合胶凝材料研究与应用

（1）矿渣水泥混合料。矿渣是冶炼生铁从高炉中排出的一种固体废渣，通常高温炉渣要进行水淬，因此也称之为水淬渣。根据化学成分分类，矿渣属于硅酸盐质材料，其结构为结晶相与玻璃相的聚合体。将矿渣粉磨到水泥细度以上时，具有较高的水化活性，可采用水泥、氢氧化钙或石膏进行激发活化，生成具有水硬性的胶凝材料［11］。基于此，矿渣可用作充填胶结材料。1994年张马屯铁矿首先开展了矿渣取代部分水泥作为胶凝材料的胶结充填体强度试验。结果表明：采用尾矿、水泥+矿渣按照7∶1配比混合制备胶凝材料，其胶结充填体随着矿渣替代水泥量的增加，后期强度随之提高［12］。

（2）粉煤灰水泥混合胶凝材料。粉煤灰是从煤燃烧中的烟气中回收的细灰，也称飞灰，是燃煤电厂排出的主要固体废弃物，其矿物成分与高铝黏土相近。粉煤灰大部分是玻璃相，有少量未燃烧的碳和部分石英和莫来石的结晶矿物，CaO与SiO2含量比值约为0.1。粉煤灰的活性取决于其细度，粉煤灰越细，活性越高［13］。研究表明：在碱激发作用下，粉煤灰既充当“微集料”的角色，还具有“低标号水泥”的作用，从而优化了充填体结构。根据粉煤灰与水泥混合胶凝剂的试验结果可知，粉煤灰不仅能够增强充填体的后期强度，而且还能够改善充填料浆的泵送性能，由此显著降低了管道输送阻力［14-19］。付毅等［20］介绍了高掺量粉煤灰水泥配比和生产方法。胡家国等［21］研究了激发剂对粉煤灰水泥胶凝材料的影响，结果表明：当水泥、粉煤灰、尾砂质量比分别为1∶2∶6、1∶2∶8、1∶2∶10时，并添加0.3%石灰+2%石膏+0.5% CaCl2的复合激发剂，其胶结体7 d和28 d强度分别提高了45%左右，其后期强度也提高了17%～32%。勾密峰等［22］通过试验研究，确定粉煤灰巷旁充填胶凝材料的最佳配比为硫铝酸盐水泥40%、石膏20%、石灰6%、粉煤灰34%。

由此可见：以火山灰质粉煤灰固废物作为水泥掺合料制备混合胶凝材料，能够替代部分水泥，降低充填胶凝材料成本。但总体上用量较少，对于提高充填采矿的经济效益与环保效益效果不显著。

1.2 高水充填胶凝材料开发与应用

高水速凝材料是一种速凝、早强，可在大水灰比条件下产生水硬性的胶凝材料，可将9倍于自身体积的水凝结成固体，形成具有一定强度的高水型水化硫铝酸钙产物［23-24］。20世纪60年代，英国首次研制成功，并用于煤矿巷旁充填支护。20世纪90年代孙恒虎［25］开发了一种水灰比达3.0的高水固结充填材料（简称“高水材料”），在招远金矿进行了工业试验。试验结果表明：高水材料固结的料浆浓度可达到30%～70%，在充填采场不脱水的情况下，可以凝结成固态充填体，且充填料浆凝固快、早期强度高。但高水材料来源局限性大、充填成本高，大气环境下充填体易风化，难以在充填采矿中推广应用［26］。

1.3 新型充填胶凝材料开发与应用

新型充填胶凝材料是相对于水泥而言，是采用碱、盐或复合激发剂，对矿渣、粉煤灰、煤矸石、钢渣、赤泥等一类潜在活性的火山灰质固废物进行激发产生水化反应，从而制备成一类新型充填胶凝材料［27］。新型胶凝材料研究可追溯至前苏联Glukhovsky提出的“土壤水泥”，以及法国的Davidovits称为“地聚物”胶凝材料［28］。近数十年来，业内学者利用矿渣、钢渣、粉煤灰、煅烧煤矸石、赤泥等火山灰质固废物，已经开发出了多种新型充填胶凝材料，显著降低了充填胶凝材料成本，在一定程度上也革新了充填技术与工艺［29-31］。

1.3.1 矿渣基充填胶凝材料

采用激发剂对矿渣潜在活性激发发生水化反应，生成具有胶凝性的钙矾石，由此制备成矿渣基充填胶凝材料。长沙矿山研究院有限责任公司的相关技术人员采用石灰等激化剂开发了充填胶结剂替代水泥，大幅度提高了胶结充填体强度。按1∶8胶砂比的全尾砂胶结体强度可达2 MPa以上，其胶结剂成本仅为水泥的40%～60%。焦家金矿开展了试验研究，于2003年研制出名为“胶固粉”的新型充填胶凝材料，并进行了充填试验。结果表明：胶固粉作为充填胶结剂可满足尾砂充填料的充填要求，其材料性能和价格明显优于水泥，已经在山东焦家、新城等金矿推广应用［32］。王有团［33］、董越［34］、王强等［35］分别针对全尾砂和粗骨料，采用石灰和脱硫石膏制备复合激发剂，开展了不同配比的矿渣基胶凝材料胶结体强度试验，开发出名为“固结粉”的新型矿渣基胶凝材料。不同龄期的矿渣基胶凝材料的水化产物及产物内部结构分析表明［34-35］：由石灰碱激发剂形成的碱性浆体，为矿渣玻璃体的分散、溶解创造了条件。在石灰的水解作用下，产生大量的Ca2+和OH－离子，反应方式为CaO+H2O→Ca（OH）2。浆体中Ca2+和OH－进入矿渣表面的水膜中，形成了一层含有OH－和Ca2+的碱性膜溶液。此时OH－离子浓度非常大，比水分子更容易进入矿渣玻璃体网络结构的内部空穴，促进矿渣分散、溶解和水化。矿渣水化过程首先是矿渣中SiO2、Al2O3活性矿物成分与Ca（OH）2发生水化反应，混合物料中水分不断供给，在矿渣表面不断形成碱性薄膜，并通过矿渣表面水化产物间的缝隙向内渗透，对矿渣进行腐蚀，直到矿渣全部水化。石膏对矿渣基胶凝材料起到硫酸盐激发剂作用，促进矿渣中Al2O3与Ca（OH）2反应生成水化铝酸钙，即钙矾石。由于钙矾石形成消耗了矿渣水化后的主要水化产物铝酸钙，因此加速了矿渣水化过程。同时新生成的水化硫铝酸钙增加了结构的密实度。该产物含水量高，使得游离水量大大减少，结构越来越致密，使得胶结充填体具有较高强度。

1.3.2 粉煤灰基充填胶凝材料

粉煤灰基充填胶凝材料是充填采矿技术的研究课题之一［36］。新桥硫铁矿较早将粉煤灰用于矿山充填［19，37］。张磊［38］开展了粉煤灰基胶凝材料研究，开发出熟料∶粉煤灰∶矿渣=18∶10∶72和熟料∶粉煤灰∶矿渣∶氯化钠=14∶30∶56∶3两种配比的混合材料，其充填体强度达到42.5水泥的强度。陈贤树等［39］将粉煤灰与矿渣、熟料、石膏、石灰石和外加剂，按照粉煤灰40%～45%、熟料18%～20%、矿渣30%～36%、石灰石5%和外加剂1%～2%的配比混合，粉磨比表面积达到400 m2/kg，其胶结充填体强度可达到32.5水泥强度，用于全尾砂充填，灰砂比可由水泥的1∶6降低到1∶7。采用粉煤灰、硅酸盐凝胶C—H晶种、复合硫酸盐和硫铝酸盐以及外加剂制备胶凝材料，按照粉煤灰40%～80%、硅酸盐凝胶C—S—H晶种10%～30%、复合硫酸盐和硫铝酸盐5%～15%、外加剂1%～5%配比混合粉磨，当细度达到0（+45 μm含量为0）时，可以制备出粉煤灰基胶凝剂。冯巨恩等［40］利用水泥、石膏、石灰、外加剂与粉煤灰开展了充填胶凝材料研究，结果表明：当粉煤灰掺量为10%时，胶结体早期强度与不加粉煤灰的基本相同；粉煤灰掺量达到20%时，胶结体早期强度有所下降，但后期强度有所提高；粉煤灰掺量达到30%时，早期强度明显下降，但90 d强度与不掺加粉煤灰的基本相当。陈维新等［41］采用粉煤灰—水泥基胶凝材料，进行了带式条带充填开采试验研究，结果表明：当粉煤灰掺量为80%～89%时，采用HJJ活化剂并加入少量硫铝酸盐水泥、KYY-ZHZ早强缓凝剂、KYY-S速凝剂、石灰、石膏等复合激发剂，在活化2～8 h和液固比为0.95～1.25条件下，胶结充填体8 h抗压强度大于0.7 MPa，3 d抗压强度大于2 MPa，28 d抗压强度大于5 MPa。

由此可见：粉煤灰基胶凝材料主要是利用粉煤灰发挥潜在活性和微骨料效应的双重作用。通过优化配比和粉磨，可以制备出低强度充填体。但存在早期强度低以及增加粉磨混料工艺等问题，使得该型材料未能得到推广应用。实际上粉煤灰大多仍作为掺合料应用于水泥胶凝材料中。

1.3.3 赤泥基充填胶凝材料

赤泥是制铝工业产生的污染性废渣，其主要矿物相包括硅酸二钙、铝酸三钙、碳酸钙、水化铝硅酸钙以及赤铁矿等矿物相，因此赤泥也潜在一定的活性，但活性随着氧化铝生产方式、铝土矿产地以及品位的不同而不同［42］。针对矿山充填量大、强度要求低等特点，赤泥基充填胶凝材料是充填采矿技术研究的课题之一［43］。山东铝业公司与长沙矿山研究院有限责任公司合作，利用烧结法赤泥、粉煤灰和石灰混合，开展了赤泥基胶凝材料研究，在湖田铝矿进行了工业化试验。但其充填体早期强度低，未能实现全尾砂充填［44］。黄迪等［45］利用尾砂和烧结法赤泥等固废物开展研究，获得的赤泥基胶凝材料配比为赤泥49.2%+矿渣32.8%+熟料10%+石膏8%，差式扫描与热重分析结果表明：试块在水化初期产生钙矾石、C—H—S凝胶水化产物，有利于形成早期强度。试验结果表明：其胶凝材料充填体强度随着全尾砂掺量增加而急剧下降。刘英等［46］利用拜耳法低铁赤泥开发了赤泥基胶凝材料。借助XRD、FTIR、SEM、ICP-OES等测试分析手段，研究了拜耳法赤泥在电石渣—石膏体系中的水化硬化特性。结果表明：用电石渣和脱硫石膏制备复合激发剂，能够激发拜耳法低铁赤泥的潜在活性，产生水硬胶凝反应。试块28 d强度可达到7 MPa以上。于海涛［47］开展了赤泥基胶凝材料研究，结果表明：赤泥具有良好的保水性能，配比区间较大，长时强度性能、料浆保水性好，管道磨损小，对管道微小裂隙具有愈合能力等优点。

由此可见：相对于矿渣和粉煤灰，赤泥固废物潜在活性较低，开发技术难度较大。尤其对于超细全尾砂充填骨料，其胶结充填体强度极低，目前这种新型充填胶凝材料仍处于试验研究阶段。

2 全固废胶凝材料研究与关键技术

2.1 全固废胶凝材料研究背景

通常尾砂充填胶凝材料是采用石灰、熟料和外加剂等作为激发剂，对矿渣等具有高活性的火山灰质固废物进行激发，产生水化反应形成具有强度的结石体。目前已开发出胶固粉、HAS固结剂和固结粉等矿渣基胶凝材料。近年来，随着我国环保政策的深入落实，对钢铁和水泥企业压产降能，因此高活性矿渣排放量和水泥产能随之减少。受水泥产能影响，矿渣在建材和混凝土中应用也在增加，导致矿渣资源成本日趋提高，而在某些地区已经供不应求，因此高活性矿渣成为一种宝贵资源。矿渣基胶凝材料成本迅速提高，目前已接近普通硅酸盐42.5水泥。同时，冶金工业每年排放出大量钢渣、白渣、镁渣以及工业副产石膏等低品质固废物。由于品质差、活性低，有些还含有有毒、有害物质和不利的矿物成分，导致低品质固废资源化利用存在难度大、成本高、利用率低等问题。2016年钢渣产量为0.65～1.2亿t，而利用率仅为20%左右，钢渣存放量高达10亿 t。钢渣主要化学成分为 CaO、MgO、SiO2、Fe2O3、MnO、Al2O3和少量的TiO2和P2O5等。主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO（镁、铁、锰的氧化物，游离石灰（f-CaO）等，因此钢渣也潜在一定的活性。随着我国充填矿山逐渐增多，对充填胶凝材料需求在不断增加。针对充填胶凝材料低强度、高水灰比的特点，利用低品质固废开发低成本全固废胶凝材料，不但能够显著降低尾砂充填采矿成本，缓解高品质矿渣资源短缺问题，而且可为低品质固体废弃物模化和高附加值利用探索出一条途径。

2.2 全固废胶凝材料研发路线

顾名思义，全固废胶凝材料是全部利用固废开发的一种低成本充填胶结剂。其本质是利用固废物作为激发剂，替代以石灰、熟料的非固废激发剂，对潜在活性的火山灰质固废物激发产生水化反应，形成充填结石体。全固废胶凝材料利用固废物而不是人工材料制备激发剂。因此在激发机理、物料配比以及水硬化反应等方面，比矿渣基胶凝材料更加复杂多变。显然全固废胶凝材料开发与生产面临更多的技术难题。为了能够获得在技术上可靠、经济上合理的绿色环保全固废胶凝材料，本研究提出了从技术到产品和产品到商品的开发路线。

（1）技术开发。技术开发是全固废胶凝材料研究的第一步。其关键在于利用碱和盐类固体废弃物，开发低成本和无毒物污染的复合激发剂。涉及的研究工作有：①首先对可以利用的固废进行矿物成分分析与特性研究，然后对固废的碱度和盐性进行定量分类与综合评价，并对可利用的有毒有害固废进行预处理及安全性评价；②开展全固废胶凝材料试验与配比优化研究，针对不同配比的全固废激发剂，进行胶结充填体试块强度测试，由此进行激发剂配比优化决策，并进行经济、环保安全性分析；③针对不同细度尾砂充填料，开展全固废胶凝材料胶结体强度和管输特性试验，研究尾砂细度、胶砂比、料浆浓度与胶结充填体强度和料浆管输特性的关系，综合评价全固废胶凝材料的安全性与可靠性。

（2）生产工艺。优化生产工艺是全固废胶凝材料从技术向产品转化的重要一步，涉及的研究工作有：①全固废胶凝材料生产工艺研究，针对用于生产全固废胶凝材料物料的物化特性、硬度以及易磨性等，选择与之相适应的粉磨设备以及生产工艺分析与质量控制指标，在此基础上，综合考虑设备投资、生产规模、经济效益等因素，进行全固废胶凝材料生产工艺经济分析与优化研究；②全固废胶凝材料质量指标研究，根据粉磨设备和生产工艺，确定全固废胶凝材料的质量指标，包括固废原材料的物化特性、质量与活性要求、粉体细度与物料配比控制精度等。

（3）产品商业化。产品商业化是在全固废胶凝材料在工业化生产的基础上，将产品作为商品向矿山推广应用。由此可见，作为一种新型的全固废充填胶凝材料要实现商业化应用，还需要开展的工作有：①全固废胶凝材料技术指标标准化取值，包括胶凝材料粒径特征参数与粒径级配、粉体密度和流动性等；②全固废胶凝材料质量指标标准化取值，包括产品存放条件、保质期以及与水泥胶凝材料在技术与经济方面的对比分析结果，产品应用注意事项。

2.3 全固废胶凝材料研究内容

（1）固体废弃物特性分析处理方法研究。全固废胶凝材料是利用碱和硫酸盐等固废制备全固废复合激发剂，对高活性矿渣微粉进行活性激发制备而成。显然全固废物料活性、有害性等特性，关系到全固废胶凝材料的性能以及环保性。因此，对可以利用的固体废弃物进行矿物成分分析、酸碱性分类以及有毒有害性处理，是全固废充填胶凝材料研究的关键课题。

（2）全固废胶凝材料试验与配比优化研究。全固废胶凝材料开发涉及全固废激发剂以及与活性材料配比优化研究。由于全固废胶凝材料物化特性和利用成本，直接与全固废胶凝材料的细度、材料配比以及生产工艺密切相关，因此，综合考虑固废物料特性、生产成本、充填工艺进行试验研究与优化，是全固废胶凝材料开发的重要研究课题。

（3）全固废胶凝材料粉磨与生产工艺研究。全固废胶凝材料作为产品在充填采矿中应用，依赖于物料生产工艺。为此涉及以下研究工作：①复合激发剂粉磨与混合均化工艺，通常全固废激发剂物料在硬度、含水率、粒度与粒径级配等方面不同，因此，需要开展复合激发剂粉磨方式与制备工艺的研究；②全固废激发剂与活性物料混合均化生产工艺，对全固废胶凝材料设备、成本与质量也产生影响，因此需要结合矿山充填需求，进行全固废胶凝材料粉磨与生产工艺研究，并开展工业充填试验，确定与之相适应的生产工艺。

3 全固废胶凝材料研究发展方向

3.1 全固废胶凝材料研究现状

随着充填采矿技术广泛应用以及矿渣资源短缺、利用成本高等问题日益严峻，近年来学术界开展了全固废胶凝材料探索性研究。杜惠惠等［48］利用承德钢铁集团有限公司低品质钒钛矿渣、钢渣和脱硫石膏，开展了不同矿渣掺量和养护温度的胶结体试块强度试验，获得的全固废胶凝材料优化配比为钒钛矿渣58%、钢渣30%和脱硫石膏12%。在此基础上，崔孝炜等［49］开展了钒钛钢渣—矿渣基全固废胶凝材料水化反应机理研究。结果表明：全固废胶凝材料水化溶液的pH值随着反应龄期增加呈现先减小后增大的规律。其中，Ca2+浓度和硅（铝）溶解物的早期浓度较低，后期浓度有所提高。在脱硫石膏复合激发下，钢渣和矿渣相互促进水化，其水化产物以钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C—S—H）凝胶为主，后期水化产物数量迅速增加。针棒状的AFt晶体穿插在C—S—H凝胶内，使硬化浆体结构更加致密。李立涛等［50］针对铁矿全尾砂细骨料，利用钢渣、矿渣粉煤灰和脱硫石膏，开展了钢渣基全固废胶凝材料研究。通过建立全固废胶凝材料配比优化模型，利用遗传算法进行配比全局寻优，获得的全固废胶凝材料优化配比为脱硫石膏20%、钢渣33%、粉煤灰25%、矿渣22%。由此使得尾砂胶结体7 d和28 d强度达到1.38 MPa和3.56 MPa。通过对全固废胶凝材料体系中C—S—H凝胶与钙钒石损失率的关系进行研究，结果表明：当钙钒石损失率从3.64%增加到8.7%时，胶结体强度呈现增长趋势。梁峰等［51］针对思山岭铁矿超细全尾砂，利用钢渣、矿渣和脱硫石膏，开展了钢渣基全固废胶凝材料研究。采用正交设计进行胶结体强度试验和体积收缩率测试，获得的全固废胶凝材料优化配比为钢渣40%、石膏22%、矿渣38%，使得充填体28 d强度达到1.5 MPa以上，满足阶段嗣后充填法采矿对充填体强度的要求。此外，该项研究还显示：脱硫石膏对胶结充填体7 d强度影响大于钢渣，28 d强度则相反；胶结充填体28 d体积收缩率小于6%，但后期出现微膨胀。

3.2 研究发展方向

目前，全固废胶凝材料研究基本处于室内试验阶段，鲜有充填矿山工业化应用成果问世。本研究依托河北省科技厅重大技术转化专项“低品质固废协同制备超细尾砂似膏体绿色充填采矿技术转化”（编号：2019-06），在中关铁矿开展了工业化充填试验研究。结合研究过程中积累的经验，对全固废胶凝材料研究发展方向进行了讨论。

（1）由钢渣基向多固废绿色胶凝材料研究方向发展。目前全固废胶凝材料的研究，主要以钢渣和脱硫石膏作为碱盐复合激发剂，对矿渣微粉的潜在活性进行激发，开发钢渣基全固废充填胶凝材料。众所周知，工业固废除了钢渣和脱硫石膏外，还有白渣、镍渣、镁渣、电石渣等碱性固废物，同时化学工业还排放磷石膏、氟石膏等盐类废弃物。工业固废主要特点不仅是产生源分散、产量大、组成复杂，有些固废物还具有毒性、放射性、腐蚀性等危险特性。根据钢渣基全固废胶凝材料开发技术，利用多种碱和盐类固废物开发全固废胶凝材料，是低成本全固废胶凝材料研究发展方向。刘权等［52］、黄绪泉等［53］开展了氟石膏基胶凝材料研究。李高鲁等［54］、倪文等［55］分别开展了电石渣对充填胶凝材料影响规律的研究以及氟石膏基全固废胶凝材料研究。本研究利用邯钢精炼白渣，已经开展了全固废胶凝材料的探索性研究。初步结果表明：白渣碱性固废也具有与钢渣相同的碱激发作用，能够用于开发白渣基全固废胶凝材料。此外，本研究还利用新疆哈密地区镁渣，开展了镁渣基全固废胶凝材料研究，试验结果表明：镁渣同样可以作为碱激发剂，可用于开发全固废充填胶凝材料。

（2）注重全固废胶凝材料水化机理与配比优化研究。全固废胶凝材料开发的核心技术在于，利用碱和盐类固废物开发全固废复合激发剂，对潜在活性的火山灰质固废物料进行激发，制备全固废胶凝材料。显然，由于不同固废物料的矿物成分、盐碱性不同，其激发剂水化机理与优化配比也不尽相同。因此，开展多种全固废胶凝材料水化机理研究，是胶凝材料配比优化的理论基础，是开发全固废胶凝材料的重要研究方向。

（3）与充填矿山密切结合开展全固废胶凝材料研究。充填胶凝材料适用于充填矿山的采矿方法与生产条件，是新型充填技术得以在矿山实现工业化应用的基础。不同矿山的开采技术条件、开采工艺不同，对充填胶凝材料特性要求也存在较大差异。因此，作为一种新型充填胶凝材料开发研究，必须与矿山具体条件密切结合，需要针对充填矿山的充填骨料、充填体强度要求、充填浆液管输条件、制备方法与输送工艺等，开展全固废胶凝材料的开发研究。同时，还需要因地制宜地利用多种固废物，开展新型胶凝材料的开发与应用。

（4）向技术、产品和商品化绿色胶凝材料研究方向发展。全固废胶凝材料实现工业化应用的关键在于形成可在市场流通的商品。因此需要按照从技术到产品和从产品到商品的途径进行全固废胶凝材料开发。主要研究工作为：针对全固废充填胶凝材料优化配方，结合矿山充填采矿方法和生产工艺，开展胶结充填体强度和管输特性的工业试验，检验和验证新型充填胶凝材料的可靠性、可行性、经济性与环保性，从而开发出市场上认可的新型充填胶凝材料。

（5）创建全尾砂和全固废充填示范矿山工程。作为一种新型低成本充填胶凝材料在充填矿山推广应用，创建绿色矿山和示范工程显得十分必要，不仅可以检验新型充填胶凝材料在充填矿山应用的可行性与可靠性，也为全固废新型充填胶凝材料推广应用提供了示范工程。因此，创建示范工程的主要研究包括：选定典型全尾砂充填矿山，针对矿山采矿方法、采矿技术条件、充填骨料、充填系统、充填倍线以及充填采场对胶结充填体的强度和料浆管输要求，开展全固废充填胶凝材料工业化试验。通过大规模工业试验，制定新型胶凝材料和充填工艺设计方法、技术规范和质量标准。在此基础上，编制全固废胶凝材料充填技术操作规程以及安全生产预案。创建新型充填胶凝材料示范矿山，可为低成本全固废胶凝材料在矿山推广应用奠定基础。