利用选矿尾砂作为充填料进行充填法采矿，不仅 是固体废弃物资源化利用和环境保护的必由之路，而 且也是降低充填采矿成本和提高采矿效益的有效途 径。由于全尾砂充填料细颗粒含量多，采用水泥作为 胶凝材料导致充填体强度极低。因此，为了提高充填 体强度不得不采用分级尾砂或与粗骨料混合或提高灰 砂比，既 增 加 了 充 填 工 艺，又 提 高 了 充 填 成 本。 近 年 来，随着中国充填法开采铁矿日趋增加，已经开展了全 尾砂新型充填胶凝材料的开发和利用研究，并且已经 取得工业化生产［4］。徐文彬等针对超细全尾砂充填材 料，开展了胶 凝 成 岩 机 理 试 验 研 究［5］。 陈 超等人针对 冀东地区铁矿全尾砂充填料物化特性，开展了全尾砂胶结 充填体强度增长规律试验研究［6］。钟海斌、杜聚强和李 茂辉等开展了铁矿全尾砂新型充填胶凝材料开发以及流 变试验研究，已经在东凯矿业实现工业化应用［7 － 9］。
表 4 金川铜镍渣尾砂成分分析结果
Table 4 The analysis results of chemical composition of the copper and nickel slag tailing in Jinchuan mine
SiO2 36． 62 36． 97
Al2 O3 6． 97 5． 28
见，铜镍渣尾砂的主要成分是 FeO 和 SiO2 ，次要成分是 CaO、MgO、Fe3 O4 、Al2 O3 、Cu2 S、FeS 等。金川铜镍渣尾 砂属于 FeO － Fe2 O3 － SiO2 三元渣系，主要矿物组成是 2FeO·SiO2 。根据铜镍渣尾砂的 XＲD 图谱和 SEM 电 镜扫描图显示，铜镍渣尾砂有较多的钙镁橄榄石、铝黄 长石、钙（ 镁） 铝榴石以及普通（ 透） 辉石等。铜镍渣尾 砂中的玻璃相与结晶体相间分布，硅（ 铝） 氧四面体或 以玻璃网状结构相连接，或以晶体格子状质点结构相 连接，或以晶界过度状结构相连接的物质。根据化学 成分获得铜镍碱性系数 ＜ 1． 0。可见，金川铜镍渣尾砂 为酸性渣。铜镍渣的质量系数为 0． 25，活性系数为 0． 03，表明铜镍渣尾砂质量很差，渣中氧化钙含量低， 基本无活性。 1． 2． 3 粉煤灰和脱硫灰渣
金川选矿尾砂的物化特性、粒度分析以及质量分 析结果见表 1 － 表 3。由此可见，金川选矿尾矿细度
细，其中 － 0． 074 mm 粒径占 73% ，孔隙率为 57． 5% 。 化学组成以 SiO2 和 MgO 为主，没有胶结活性，属于惰 性材料。
表 1 金川矿山全尾砂物性与粒径分析结果
Table 1 The analysis results of the physical properties and particle diameter of the tailing in Jinchuan mine
Fe2 O3 0． 27 0． 48
FeO 3． 01 3． 58
MgO 28． 81 29． 21
CaO 22． 7 22． 7
Na2 O 0． 16 0． 28
K2 O 0． 15 0． 21
TiO2 0． 26 0． 22
P2 O5 0． 047 0． 086
MnO 0． 023 0． 022
0 引言
矿产资源开发和利用是国民经济建设与发展的基 础。资源开发和利用伴随着大量尾砂、废石、矿渣以及 配套工业产出的废渣等废弃物排放。固体废弃物堆放 不仅污染环境，而且存在潜在溃坝、滑坡等地质灾害。 因此，废弃物资源化综合利用备受关注，国内外均开展 了大量的研究与探索。充填采矿技术的创新与发展，为 固体废弃物资源化与规模化应用探索出一条道路［1 －3］。
摘 要： 概述金川镍矿固体废弃物及物化特性和二次资源综合利用研究进展，提出金川充填采矿实现固体
废弃物综合利用的关键技术以及今后应开展的研究工作。
关键词： 固体废弃物; 综合利用; 研究进展; 关键技术
中图分类号： X751
文献标识码： A
文章编号： 1671 － 1211( 2014) 05 － 0706 － 06
Table 6 The analysis results of the chemical composition of the flyash in Jinchuan mine
SiO2 32． 76
Al2 O3 12． 22
MgO 2． 91
CaO 1． 65
Fe2 O3 0
S 1． 41
Fe 0． 44
金川矿山粉煤灰的物化特性以及粒径分析结果见 表 5 和表 6。通常有湿法和干法或半干法两种脱硫工 艺。湿法脱硫产生的副产品是二水石膏。干法或半干 法脱硫灰渣主要是以亚硫酸钙和飞灰为主。
化学成分 含量 /%
表 2 金川矿山全尾砂化学成分分析结果
Table 2 The analysis results of the chemical composition of tailing in Jinchuan mine
第 28 卷 第 5 期 2014 年 10 月
资源环境与工程 Ｒesources Environment ＆ Engineering
Vol. 28，No. 5 Oct．，2014
金川矿山充填采矿固体废弃物综合利用关键技术
杨志强1，2 ，王永前1 ，高 谦1 ，陈得信2 ，王 虎2
（ 1． 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083； 2． 金川集团股份有限公司，甘肃 金昌 737100）
比重 / （ t·m －3 ）
2． 87
物理特性 容重 /
（ t·m －3 ）
1． 22
孔隙 率/%
57． 49
粒度分布 / μm
d10
d50
d90
dp
1． 636 34． 37 144． 4 36． 6
均匀 系数
22． 5
1． 2． 2 金川冶炼炉渣尾砂 金川铜镍渣尾砂成分分析结果见表 4。由此可
碱性率
M0
=
CaO + MgO SiO2 + Al2 O3
= 1． 0
中性物质
活性率
质量系数
Ma
=
Al2 O3 SiO2
＜ 0． 17
K = CaO + Al2 O3 + 10 = 0． 023 ＜ 1． 6 SiO2 + TiO2 + MgO
全尾砂没有胶结活性，属于惰性材料，满足充填材料要求
编号 1# 2#
金川公司自 1963 年冶炼系统投产至 2011 年，累 计产出铜镍渣 2 900 万 t，每年镍铜系统产出冶炼炉渣 246 万 t。 1． 1． 3 铜镍水淬渣提铁后尾砂
借鉴国内外先进经验，金川矿山启动了“110 万 t / 年铜炉渣选矿工程化项目”。采用“破碎、半自磨 + 球 磨、浮选和脱水”的选矿工艺以及大型、高效和节能型 设备，对炉渣进行处理，每年产生铜渣尾砂 100 万 t。 1． 1． 4 粉煤灰和脱硫灰渣
第5 期
杨志强等: 金川矿山充填采矿固体废弃物综合利用关键技术
707
1． 1． 1 金川矿山选矿尾砂 金川镍矿石选矿尾砂产率在 85% 以上，自 1965 年
起到 2012 年底，尾砂排放量超过 1． 1 亿 t，储存在金川矿 山的 3 个尾矿库中。按照矿山发展规划，2015 年矿石生 产能力将达到 1 000 万 t，每年产生尾砂达到 850 万 t。 1． 1． 2 金川冶炼炉渣
SiO2
MgO Fe2 O3 SO3 Al2 O3 CaO Cr2 O3 Na2 O K2 O
TiO2
33． 6 33． 0 20． 7 4． 5
2． 7
2． 6
0． 60． 3源自0． 30． 2其它 1． 4
评价指标 计算公式
说明
表 3 金川矿山全尾砂质量分析结果
Table 3 The analysis results of the quality of the tailing in Jinchuan mine
收稿日期： 2014 － 02 － 13； 改回日期： 2014 － 08 － 04 基金项目： 国家高技术研究发展计划 （ 863） （ 受理编号： SS2012AA062405） 。 作者简介： 杨志强 （ 1957 － ） ，男，教授级高级工程师，博士生导师，井建专业，从事金属矿充填法采矿安全与管理以及废弃物资源化利用 等方面的科学研究与推广应用。E － mail： YZQ@ JNMC. com 数字出版网址： http： / /www. cnki. net / kcms / detail /42. 1736. X. 20140812. 1516. 005. html 数字出版日期： 2014 － 08 － 12 15： 16
密实密度 / tm － 3 2． 22
物理性质 松散密度 / tm － 3
0． 8
孔隙率 /% 63． 5
d10 / mm 0． 007 58
d50 / mm 0． 046 4
粒度分布 d60 / mm 0． 055 9
dp / mm 0． 046 4
不均匀系数 6． 1
化学成分 含量 /%
表 6 金川矿山粉煤灰化学成分分析结果
金川矿山现有热电厂 1 座，在建热电厂 1 座，电厂 每年回收粉煤灰和脱硫灰渣超过 11． 5 万 t。 1． 1． 5 二水磷石膏
位于金昌河西堡的甘肃瓮福化工公司，排放 7 000 万 t 二水磷石膏露天堆放，并且每年还以 400 万 t 的速 度排放。 1． 1． 6 矿井废石
金川矿山在开拓、掘进和采矿生产过程中产生大 量废石。自建矿投产以来，已经产生数亿吨废石露天 堆放，并以每年 10% 的速度递增。仅 2011 年矿山产出 废石 202． 5 万 t。 1． 2 废弃物物化特性 1． 2． 1 金川选厂尾砂