金川矿山充填采矿固体废弃物综合利用关键技术_杨志强
度中国有色金属工业科学技术奖评审通过项目
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金属非金属矿山采矿工程中充填采矿技术的有效运用
金属非金属矿山采矿工程中充填采矿技术的有效运用
郭玉杰
【期刊名称】《中国金属通报》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】为满足社会生产对矿产资源的需求,采矿企业必须加大对采矿技术的创新,以保证采矿工作的顺利进行.充填采矿技术作为一种新型的采矿技术,具有较高的应用价值.本文首先对充填采矿技术在金属非金属矿山采矿工程中的重要性进行阐述,分析了充填采矿技术在实施过程中存在的难点,提出了金属非金属矿山采矿工程中充填采矿技术的有效运用,希望通过本文的分析,可进一步提高我国金属非金属矿山采矿工程中充填采矿技术的应用效果,从而更好地促进我国工业发展水平的提升.【总页数】3页(P43-45)
【作者】郭玉杰
【作者单位】盛达资源金属股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD8
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镍冶金渣资源化利用现状
镍冶金渣资源化利用现状赵洁婷【摘要】镍冶金渣作为重要的二次资源,含有铁、镍、铜等有价金属.随着镍需求量的增大,排放的镍渣也越来越多,若不能得到合理利用,既造成资源浪费,又污染环境.本文对镍冶金渣资源化利用现状进行分析,并讨论了进一步资源化的方向.【期刊名称】《山西冶金》【年(卷),期】2018(041)005【总页数】3页(P50-52)【关键词】镍冶金渣;资源化;有价金属;建筑材料【作者】赵洁婷【作者单位】长春师范大学工程学院,吉林长春130032【正文语种】中文【中图分类】TM921.51随着我国对有色金属需求量增大，每年有色冶金渣的数量不断增长，这些冶炼弃渣由于未得到合理利用，不仅占用大量的土地资源，同时对环境有着潜在的威胁，从而不利于可持续发展，因此有色冶金渣的资源化利用就有着十分重要的意义。
中国是世界上镍资源消费最大的国家，每生产1 t镍约排除6～16 t渣，仅金川集团的镍冶金渣堆存量多达4 000万t，每年还新增约200万t[1-3]。
镍渣的组成因其矿石种类和冶炼工艺不同而变化较大。
以金川镍闪速炉渣的物相组成为例，主要由铁氧化物、硅氧化物、钙和镁的氧化物组成，渣中含有约40%的铁元素，还含有一定数量的有色金属元素镍、铜、钴；铁主要以铁橄榄石形式存在，橄榄石间充填的非晶态玻璃质并且机械夹杂着大颗粒镍硫[4]。
镍渣的处理已经成为镍冶炼过程的重要工序，如何正确有效的回收再利用这些二次资源，使得镍冶炼过程顺畅，解决排渣占地和环境污染等问题，成为镍冶金发展循环经济的主要问题。
本文对目前镍渣资源化利用进行综述，再利用的主要研究包括：有价金属的提取，用作填充材料，制作微晶玻璃，生产建材等[5-7]。
1 镍渣资源化利用现状1.1 有价金属提取倪文[8]等利用以焦炭为还原剂的熔融还原法提取闪速炉水淬镍渣中的有价铁，探讨了不同碱度，不同还原温度，不同还原时间对提铁率的影响。
结果表明控制100 g渣配加34.7 gCaO、4.04 gCaO和8.5 g焦炭，熔融温度为1 500℃，还原时间为180 min，铁的还原率达96.32%。
采矿工程中充填采矿技术及应用
采矿工程中充填采矿技术及应用伊金霍洛旗东博煤炭有限责任公司摘要：随着中国综合国力的增强，以及矿井工程的广泛开展，充填科学技术水平也不断提高。
在矿山过程中应用充填工艺可提高矿山效率，保障工作的安全和平稳。
因此，对充填工程技术理论和应用加以研究，健全理论体系，增加矿井的效益，对促进矿井工作的提高和开展具有积极意义。
就采矿工程中充填技术的应用和发展趋势展开了探讨，首先剖析了填充技术的定义、优点与类型，然后再结合案例对填充技术的应用情况加以阐述，进而指出了该技术未来的发展要点，并力求为采矿业提供借鉴。
关键词：采矿技术；充填采矿工艺；应用引言以现代化经济社会为研究背景，矿山产业在开展矿山作业的过程中一方面要为开发到适应经济社会发展需要的矿产品，另一方面，要努力做到对矿产品的节约与合理使用，并尽可能减少在开发矿产品过程中所产生的资源浪费，以积极响应我国经济可持续发展战略目标。
要想做到矿山工作的科学、合理化发展，必须从矿山科技的挖掘出发，选用合理的矿山科技可以在一定水平上完成矿山业向着安全管理、循环经营目标的转变，为矿山产业的可持续发展目标作出相应贡献。
1充填采矿技术的基本概念在现代矿产系统中，充填采矿技术大致包括二大部分，即分别是填充和采矿二部分。
其中，填充部分最主要解决的是采矿过程中的环境污染冲突，最主要形式是使用废石将箱体加以填充，以便于进一步减少矿采对山体生态环境的损害。
而在矿山部分中，技术人员则对传统矿山工艺加以完善，从而把采矿活动中对山体的干扰减少至最少。
此外，这种方法和填充方面也有一定的联系，例如矿采过程中要提前预留好填充渠道，以便减少山体填充所需要的成本损耗。
同时在部分发达国家的充填采矿技术中，甚至还试图把某些可使用资源填充至山体中，以此实现“转废为宝”的利用效益。
例如在德国矿井的开采上，特殊垃圾的充填使山体可以进行发电。
可以看到，填充物的使用可以有效改善矿采污染现象的发生，或者传统为其他行业的管理创造场所。
工业固体废物综合利用先进适用技术目录
工业固体废物综合利用先进适用技术目录（征求意见稿）工业和信息化部二〇一三年一月工业固体废物综合利用先进适用技术目录附件2工业固体废物综合利用先进适用技术简介中华人民共和国工业和信息化部二〇一三年一月目录Ⅰ尾矿、赤泥综合利用技术一、尾矿渣制备高性能微晶玻璃技术 (31)二、粘土矿物尾矿高效综合利用技术 (32)三、尾矿、高炉渣生产新型复合材料技术 (35)四、废石料规模化优质高效利用技术 (36)五、锰尾渣永磁综合分选及利用技术 (39)六、拜耳法赤泥回收铁技术 (41)Ⅱ煤矸石、燃煤固废及工业副产石膏综合利用技术七、煤矸石似膏体自流充填技术 (43)八、泵送矸石填充技术 (46)九、用粉煤灰制备活性炭技术 (48)十、造气渣综合利用技术 (50)十一、工业副产石膏生产纸面石膏板及其它新型建材技术 (52)Ⅲ钢铁冶金工业固体废物综合利用技术十二、钢渣综合利用技术 (54)十三、超细钢渣粉生产改性S95级矿渣粉技术 (56)十四、熔融钢渣热闷处理及金属回收技术 (58)十五、钢渣非金属磨料技术 (60)十六、冶金渣返炼钢生产技术 (62)十七、炼铁除尘灰综合利用技术 (64)十八、硅系合金烟尘分离提纯活性二氧化硅微粉技术 (66)十九、电解锰渣污染治理及综合利用技术 (68)Ⅳ有色冶金工业固体废物综合利用技术二十、鼓风炉还原造锍熔炼清洁处置重金属（铅）废料技术 (70)二十一、银转炉渣湿法处理技术 (72)二十二、电解铝废料分离提纯技术 (74)二十三、含锌炼铁烟尘综合利用技术 (76)二十四、含硫铅渣生产粗铅、硫酸钠技术 (77)二十五、废旧镍铜、镍铁合金利用技术 (80)二十六、利用含铜废弃物制备高纯亚微米超微细铜粉 (81)Ⅴ建材及新材料工业固体废物综合利用技术二十七、废弃砼资源循环利用技术 (82)二十八、利用陶瓷废料生产干挂空心陶瓷板技术 (84)二十九、废旧玻璃生产无铅玻管应用技术 (86)三十、固体废物生产复合增强纤维技术 (87)三十一、硅片线切割砂浆再生技术 (89)Ⅵ多种固废协同综合利用生产建材技术三十二、新型半干法建通窑利用工业固体废物烧制水泥熟料技术91 三十三、固体废弃物制作新型墙材技术 (93)三十四、工业废渣粉料计量与控制系统 (95)Ⅶ石化及化工固体废物综合利用技术三十五、废润滑油生产再生基础油技术 (98)三十六、废弃油脂制备生物柴油成套技术 (100)三十七、丙烯酸及酯类废油资源化处理技术 (104)三十八、精对苯二甲酸（PTA)残渣资源综合利用技术 (106)三十九、废弃四氯化碳生产四氯乙烯技术 (108)四十、碱回收白泥生产轻质碳酸钙技术 (110)Ⅷ废橡胶、废塑料、废纸综合利用技术四十一、废橡胶处理及综合利用技术 (112)四十二、废橡胶生产稳定型橡胶沥青技术 (115)四十三、纸塑铝复合包装废弃物分离技术 (117)四十四、废纸脱墨浆生产超薄包装纸 (119)Ⅸ制革工业固体废物综合利用技术四十五、铬泥生产铬鞣剂技术 (121)四十六、利用铬革屑生产再生纤维革技术 (123)四十七、制革废渣生产蛋白填料技术 (124)Ⅹ其他有机固体废物综合利用技术四十八、剑麻渣提取剑麻皂素技术 (126)四十九、果皮果渣提取果胶联产辛弗林技术 (129)五十、无害化处理废弃酒糟工艺技术 (130)五十一、固废制备生物质颗粒设备技术 (131)五十二、工业有机剩余物节能环保处理及资源化技术 (133)一、尾矿渣制备高性能微晶玻璃技术1.技术名称：尾矿渣制备高性能微晶玻璃技术2.技术简介2.1基本原理富含SiO2的铁矿尾矿、钢渣、铬渣、铁尾矿等矿渣均可用来制备微晶玻璃，在其制备过程中还可以同时消耗大量的粉煤灰、民用垃圾焚烧底灰、废玻璃等其它工业或民用废弃物。
铜铅锌冶炼多源固废协同利用关键技术开发及应用
铜铅锌冶炼多源固废协同利用关键技术开发
及应用
1 冶炼炉废物协同利用
冶炼炉废物是有害废物，如铜炉、铅炉、锌炉冶炼产生的废物，
这些废物经过表征分析和系统研究后，发现它们富含金属元素，其中铜、铅、锌含量较萃取和回收价值较高，其中还有硫、气态有机物等。
为了更加有效的利用这些废物的资源，开发多源废物的高效提炼利用
成为当务之急。
于是，国内科研机构和企业纷纷研究，拟定多源废物协同回收回
用技术，以期将有害废物减量化高效回收，开发出多源废物协同利用
的新技术。
其中，发展和实施了冶炼多源废物复合原料的分级筛分技术，采
用先进的技术和设备，分级混合冶炼多源废物，去除多源废物中的污
染物，经过腐蚀、分解、过滤精选等技术将协同回收的组分分离，可
大大提高冶炼多源废物的回收率和资源化率，并节省化学原料和能源
的消耗。
此外，行业也逐步发展出以多源废物协同利用为基础的多元化综
合炼制方法，将普通冶炼多源废物等原料配以大量废物，显著改善了
冶炼工艺，使多源废物复合原料合成新系列产品，大大提高了冶炼多
源废物的回收率和回用价值，从而更好地实现资源化利用和节约能源。
据悉，上述技术应用已被推广至国内多铸造炉厂，影响深远，不仅可以提高冶炼炉废物协同利用的效率，作用更大的是彻底解决了有毒有害废物的处理问题，节约能源。
尾砂充填材料优化配比试验
的充填骨料进行胶结充填体强度试验，在该实验的 基础上，推导出了神经网络的预测模型，最后得到 了充填体强度与充填骨料特征值的关系。吴鹏等［5］ 对某钒铁矿的充填材料进行了许多试验 , 测出了相 关物理力学参数和一些力学指标，借助 MATLAB 软件得到相应的回归模型，最后根据所得模型运用 LINGO 进行参数优化。田立鹏等［6］、杨志强等［7］ 分析了金川全尾砂充填料的物理化学特性，然后开 展了胶结充填体强度正交试验，优化了全尾砂与废
Abstract: In order to study the strength and flow characteristics of the filling material of the plaster filling material with tailings as aggregate and cement-solid powder as fine aggregate, the optimal combination method was obtained, and the basic properties of the test material were analyzed and the orthogonal test was designed. The strength of the tail-sand paste with different mass concentration and different ratio of silt and sand was compared and analyzed. The test results show that the strength of the backfill is positively correlated with the curing time and the strength is maintained at a stable value when the mortar concentration and the ratio of the silt and sand are constant. Under the same curing time and mortar concentration, the strength of the backfill and the silt The ratio is in a positive proportion relationship; when the ratio of silt and sand is controlled and the curing time is fixed, the strength value becomes larger with the increase of the slurry mass concentration. The comparative analysis shows that the optimal combination of the final choice is: the silt ratio of 1:5 and the mass concentration of 69% of the filling body can meet the strength requireme ZHU Li-yi, ZHOU Chao, WAN Fei, WANG Yu-ding
项目前期考察论证情况的
金昌市科学技术局关于2007年度市列计划项目前期考察论证情况的公示为进一步提高我市技术创新能力，发展高新技术产业并利用高新技术改造和提升传统产业，促进高新技术成果转化为现实生产力，加快建立和完善我市科技创新体系，根据《金昌市科学技术发展“十一五”计划》的部署和《金昌市科技项目申报指南》的要求，现将2007年度市列计划项目前期考察论证情况向全社会公示，希望得到全社会的支持、理解和监督。
2007年度市列计划项目，按照“有所为、有所不为，总体跟进、重点突出，提高科技持续创新能力，实现技术跨越式发展”的科技发展思路。
坚持以市场为导向，以产业结构调整为主线，以提高经济效益为中心。
突出“一特两化”和高新技术产业开发，以有色金属新材料、化工产业的研究开发及产业化、生物技术、电子信息、新能源高效节能与环保、农业科技示范、院地院企合作等为重点，鼓励引导全社会走依靠科技进步的发展道路，努力培植新的经济增长点和新兴产业，加快科技创新和科技成果转化。
金昌市科技计划项目申报、立项程序分为五个阶段。
既项目承担单位申报阶段、市科技局业务科室初审阶段、科技局组织考察论证（公示）阶段、主管市长办公会决策阶段、签订合同书项目下达阶段。
金昌市科技局受理2007年度市列计划项目共108项，其中：农业项目52项、工业项目34项、医疗卫生和软科学项目22项，经市科技局初审申报材料、现场考察和征求各方面意见，提交专家论证会议67项，其中：农业项目32项、工业项目21项、医疗卫生和软科学项目14项。
任何单位或者个人，如对公示的项目异议（项目本身存在的技术问题的异议、专家打分的异议），请于公示之日起15天内向市科学技术提出书面陈述意见，并提供必要的证明材料。
以个人名义提出的，应在异议材料上签署真实姓名及所在单位，以单位名义提出的，应加盖公章。
异议涉及的有关单位或人员接到通知后，应当提供必要的补充材料，由市科技审查处理。
对公示无异议或对异议问题已落实的项目，按有关程序审批下达。
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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