编者按：吴振军，教授，湖南大学固废资源化与绿色应用交叉研究团队带头人，长期从事固废资源化与绿色建材的研究与工程应用，拥有3000次以上矿山、公路、铁路等工程一线的技术指导经验。吴振军团队依托湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室、先进催化教育部工程研究中心、分析测试中心等一系列重大研发平台，利用湖南大学化学、机械等双一流学科的优势资源，充分发挥化学、材料、分析、环工、土木等学科交叉融合的优势，面向国家基础建设与环保需求，持续围绕矿山、冶炼、火电等行业大宗工业固废的全面消纳与高值资源化应用进行技术研发和工程应用，创制了从固废加工到产品工程应用所需的关键材料和核心工艺，形成了具有自主知识产权的产品体系、规模化生产能力以及成熟的应用技术体系。

吴振军教授在研讨会上解读技术与产品

瞄准国家需求 铆定大宗固废处置与绿色低碳应用

“我于1997年考入湖南大学化学工程与工艺专业，2006年材料学博士毕业后留校工作，2016年在澳大利亚悉尼科技大学进行了为期一年的访学。”吴振军开门见山地介绍了自己的学习经历，与大多数高校科研人员丰富的求学经历相比，他的求学经历显得朴素而简单，但工程实践经验却尤为丰富。“我从本科开始一直学习化学与材料科学，之后结合基础理论、围绕混凝土工程一线应用展开了大量实践工作，逐渐形成了化学、材料、环境工程的交叉学科背景，同时对我国矿山、冶炼、火电行业大宗固废的行业现状有了清晰的了解。”

也许是常年在矿山、冶炼工程一线工作的缘故，吴振军皮肤黝黑、语言表述坚定而清晰。“在长期在一线实践的过程中，我们紧扣国家对于大宗固废处置的要求和绿色低碳发展战略，结合自己在化学、材料专业方面的专长，形成了替代水泥使用、降低碳排放的优势产品和技术体系，铆定了矿山、冶炼、火电行业大宗固废高值资源化与绿色低碳应用的研究方向。”

工业固废是工业化进程的伴生物，我国是固体废弃物与建筑垃圾大国。改革开放以来，我国经济快速发展，煤炭、电力、冶金、化工等行业在迅猛发展的同时，环境和资源压力也在不断增加，大宗固体废弃物的排放影响和制约了我国经济高质量发展。据不完全统计，全国矿山尾矿堆存量超200亿吨，年新增超30亿吨；冶炼钢渣堆存超20亿吨，年新增超1.5亿吨。

多年来，在消解固体废弃物的历史进程中，建材行业一直都是固废资源化、减量化、无害化的最大承接者。“从前，粉煤灰90%以上的去向依赖房建用混凝土消耗。近年来，由于房地产政策的不断调整，混凝土用量大幅减少导致对粉煤灰的需求大幅降低，导致火电厂固废处置压力不断增大，急需寻找新的出路。”吴振军说，“尽管国家出台了诸多鼓励政策，但受资源及技术等因素影响，我国大宗固废仍面临利用不充分、综合利用产品附加值低等问题。”资料显示，我国固废利用率仅有30%左右，而德国等发达国家已达60%以上，堆存或是廉价（补贴）外销的传统做法已无法满足全消纳矿山与炼渣固废的现实需求，大宗固废综合利用任重而道远。

扎根工程一线 “一矿一良方”解实际应用难题

针对矿山、冶炼、火电等行业典型大宗固废堆存量大、应用难等共性瓶颈问题，吴振军教授带领的湖南大学固废资源化与绿色应用交叉研究团队经过近20年持续技术攻关与工程应用积累，已获相关专利授权50余件，并从产业化与工程应用的角度构建了贯穿固废资源化产业化全链条的集成技术，包括系列关键材料、特定改造提升技术与智能装备等。

谈到产品和应用，吴振军指出：“我们团队以工业固废为资源开发了一系列绿色、低碳、覆盖丰富应用场景的产品，包括矿尾砂先进低碳充填技术、先进低碳胶凝材料、新型环保外墙饰面材料，以及面向交通、市政、乡村振兴基建应用的预制件、高性能低碳混凝土、功能砂浆等。目前已完成数万吨级小规模应用，正快速推进百万吨级资源化示范工程基地建设与新材料应用。”

据介绍，针对细尾砂产量大且难以资源化利用等问题，团队研发了选矿尾砂的全面消纳与高值化、冶炼渣与工程固废的高值化应用等成套解决方案和相关应用产品，相比传统填充技术，大幅降低了水泥用量和成本，实现低碳排放；匀质性与密实性高，兼具高流动性和高强度；浓度适应范围宽，能消除泌水与离析分层；具有高浓度、低泵压特性，可完全以细尾砂为骨料。

过硬的技术和产品绝非纸上谈兵，必须经得起企业检验和市场考验。2023年7月，根据山东黄金玲珑金矿的需求，团队针对其矿山尾砂特性开发出与其高度匹配的超塑化强化剂，明显提升了充填膏体流动性和充填凝结强度，满足了高浓度、高流动性的充填需求，同时将充填综合成本降低约10%。山东黄金充填实验中心寇主任和合作企业湖南益石科技董事长徐总补充道：“通过多种充填浓度、不同灰砂比、不同塑化强化剂掺量的实验室与现场工业化试验验证，吴振军教授团队研发的超塑化强化剂应用性能明显优于我们用过的市场进口同类产品。”据悉，上述技术目前已在江西铜业集团下属多座铜矿完成了工程验证，应用性能和经济效益都优于此前市场同类竞品。

陕西有色金属控股集团下属某矿山尾砂充填系统曾受一系列“疑难杂症”困扰：一是充填料浆尾砂消耗偏少、机制砂消耗较大；二是充填料浆流动性不足，导致管道易堵管易磨损、能耗高、充填效率偏低；三是料浆灰砂比高，水泥消耗偏多；四是需要提高充填体强度、降低充填体沉缩比；五是运维员工工作量大、影响井下开采率。“近5年来，我们陆续邀请多家科研机构和企业开展联合攻关，都没有达到预期效果。”该矿山负责人李和付说，“经中国五矿长沙矿冶研究院推荐，我们找到了吴振军教授团队。通过实验室预研、现场实验验证、井下充填工业化试验，水泥用量降低了20%以上、单方充填膏体尾砂消耗量增加超过30%、输送泵压从21MPa降低至13MPa，预期充填能耗降低30%以上，充填体硬化强度提高了近50%，仅两个月就解决了之前的一系列问题！目前已进入规模化应用。”经过吴振军团队的“诊治”，该矿山不但解决了多年的“疑难杂症”，每年还新增经济效益数百万元 , 目前已成为陕西有色金属控股集团的“无废矿山示范矿”。

除了给矿山“把脉开方”，吴振军团队还善于“就近取材”。2023年6月，西部矿业青海锡铁山冶炼厂固废资源化项目的承担单位长沙矿冶研究院慕名找到吴振军团队，希望能解决铅冶炼水淬渣、炉渣、石粉等固废难以消纳等问题。“我们对症下药，将高性能低碳固废基胶凝材料应用于青海锡铁山铅锌矿尾砂充填，相较从前使用的胶固粉，成本降低了20%以上、充填强度提高了30%左右且具备优异的管道可输送性。这样一来，冶炼厂的固废无需再使用运力输出，在本地就能实现消纳。这个项目是我们用‘就近取材’思路来处理矿山冶炼与尾砂固废的典型案例。”吴振军总结道。

推动成果转化 坚持把论文写在祖国大地上

“我们团队目前有2名教授、4名副教授、数十位硕博士研究生，同时还聘请了十余位工程师常年在一线驻点提供工程应用服务。我们坚信实践出真知，在下沉一线的过程中不断解决实际应用问题，同时不断迭代技术、更新产品，希望为行业培养一批应用型专业人才。”谈到技术实际应用、转化落地时，吴振军说：“由于各矿尾砂涉及的前端矿石、选矿工艺等千差万别，我们在矿尾砂先进低碳充填技术的验证和应用过程中会面临各种复杂情况，面对恶劣的工程现场环境更是家常便饭。因此，我们团队的理念是‘既要打攻坚战，也要打持久战’，一定要让我们的技术和产品充分匹配实际应用场景，做到‘一矿一良方’。”

不久前，由湖南省科技厅、湖南省市场监督管理局等单位指导、湖南大学主办的“矿山、冶炼、火电行业大宗固废高值资源化与绿色低碳应用产业化研讨会”刚刚在长沙落下帷幕，会议吸引了中国五矿、中交天航、中铁隧道等五十余家业内企业和IDG、盛世景等二十余家知名投融资机构代表参会，吴振军团队的技术和产品在会上“亮相”后，现场多家企业和投融资机构当即表达了合作设想。“目前，以先进低碳胶凝材料技术为核心的科创公司正在积极组建中，学校和政府给了我们很大的支持；新型环保外墙饰面材料技术已经通过专利实施许可的方式在多个城市推广。”通过有计划地推进成果转化工作，吴振军团队先后与中国宝武钢铁集团、湖南建设投资集团、江西铜业集团、西部矿业集团、陕西有色金属集团等开展产学研和成果转移转化工作，合作企业遍布全国，真正做到了把论文写在祖国大地上。“新公司成立后将聚焦冶炼渣与电厂固废先进低碳胶凝材料的研发、专用智能装备及关联关键材料与工艺技术输出、工程应用服务等，为新时代绿色矿山建设、低碳市政与乡村振兴高质量建设提供一站式解决方案。未来5年，我们计划在湖南、江西、内蒙古等地的矿山建设尾砂资源化应用示范项目，建成多个年处置100万吨以上、合计3000万吨的矿尾砂综合消纳与高值资源化基地，建成5-10家年产值超过3亿元、供应矿山所需先进低碳胶凝材料的分布式基地，为国家与行业创造可观的碳汇。”谈及未来，吴振军信心满满。

江西铜业集团城门山铜矿，将尾砂用于道路混凝土

团队服务的陕西有色金属矿山的充填站

湖南省矿产资源丰富，锑、钨、铅、锌、黄金、锂、锰、石膏等战略资源储采量居全国前列，矿山采矿废石消纳与资源综合利用问题不容小觑。当前，湖南省正大力实施“三高四新”战略，矿山、冶炼、火电行业大宗固废高值资源化与绿色低碳技术的应用与推广无疑能为湖南乃至全国发展绿色低碳经济添上浓墨重彩的一笔。“水泥行业的碳排放量占全国总排放量的13.75%，可能会优先纳入全国碳交易市场，因此迫切需要新材料和新技术降低工业对水泥的需求。我们的技术有助于实现二氧化碳矿化捕集与固化、降低水泥用量，以此达到协同降低工业碳排放总量的目标。”吴振军算了一笔“碳”账，“以冶炼渣生产先进胶凝材料与环保功能材料为例，按30万吨/年产能来计算，先进胶凝材料代替水泥后在产品加工环节可以矿化封存二氧化碳约6万吨/年；产品若全部应用在混凝土领域，按照降低水泥用量20公斤/方混凝土计算，可间接减碳约3.6万吨/年；产品若全部应用在矿山充填领域，根据降低水泥用量100公斤/方充填料计算，可间接减碳18万吨/年。”

在探索矿山固废、尾矿资源综合利用实施路径的过程中，行业、企业早已达成了共识：矿山固废处理应当趋向于区域聚集、多产业协同的方式，力争实现尾砂全利用、废物零排放；其次，健全产品标准体系，保证产品质量、注重尾矿微细颗粒的利用、建立固废胶凝材料示范生产线、生产全固废混凝土、发展智能化生产装备等都是行业未来发展方向。“工业固废、尾矿是放错了地方的资源，规模化再利用还面临着不小的挑战。”吴振军说，“期待随着自然资源、工信、科技、应急、住建等主管部门不断出台相关激励政策和实施方案，矿山与冶炼厂、建材固废资源应用技术的试点和推广、相关高值化多元产品的规模化应用一定会‘开花结果’。希望我们能为国家建设无废城市和无废矿山、实现‘双碳’目标实实在在地做一点贡献。”