磷石膏基早強膠凝材料開發與廢棄物資源化利用金川鎳礦是我國最大、世界第三大型硫化銅鎳礦床。礦體圍巖破碎、地應力高和埋藏深、厚度大,是國內外并不多見的大型難采礦床。為了實現礦體安全和高效開采,以棒磨砂作為骨料和水泥左作為膠凝材料,采用下向分層進路膠結充填法采礦法,2010年的充填材料成本高達157.8元/m3,成本之高國內外并不多見。近年來由于國際鎳價持續低迷,由此給金川礦山采礦經濟效益帶來巨大壓力。為此開展降低充填材料成本的技術研究。首先進行金川礦山可利用的廢棄物資源物化特性分析,在此基礎上,開展基于唐鋼高活性礦渣的磷石膏基膠凝材料探索性試驗。然后針對酒鋼低活性礦渣開展不同料漿濃度和不同粉體細度的膠結充填體強度試驗。通過不同外加劑試驗,提高磷石膏基膠凝材料膠結充填體早期強度。為了實現固體廢棄物資源化利用,在單一骨料粒徑分析的基礎上,開展混合骨料粒徑級配分析與級配優化。在進行混合骨料膠結充填體強度和充填料漿流變特性參數測試的基礎上,開展滿足金川礦山充填法采礦的混合充填骨料配比優化決策,由此獲得了充填料漿優化設計參數。最后,針對充填料漿優化設計,針對金川礦山龍首礦充填系統,進行高濃度料漿管道自流輸送特性的數值模擬,為磷石膏膠凝材料的混合粗骨料在金川礦山工業化應用提供理論依據。通過研究,本研究獲得主要結論如下：(1)基于唐鋼高活性礦渣獲得了不同組分磷石膏基膠凝材料優化配方：①石灰-芒硝兩組分激發劑最優配方為：生石灰6%?7%、磷石膏30%和芒硝1%-3%。②石灰-NaOH兩組分配方為生石灰4%?6%、磷石膏30%和NaOH2%。③石灰-NaOH-芒硝三組分激發劑最優配方為：石灰5%、磷石膏30%和NaOH3%、芒硝2%。三組分激發劑磷石膏基膠凝材料混合骨料膠結充填體的3d、7d和28d強度分別達到1.91MPa、8.99MPa和12.88MPa,滿足金川礦山膠結充填采礦要求,而充填膠凝材料成本比水泥降低24%。(2)揭示棒磨砂磷石膏基膠凝材料激發劑最優配方：磷石膏最大摻量為40%和唐鋼礦渣微粉最小摻量為50%。隨著芒硝摻量的增加,膠結充填體早期強度隨之提高而后期強度隨之降低,芒硝摻量應<2%。隨著石灰摻量增加，膠結充填體3d和28d強度降低速率與芒硝摻量相關。3d強度的降低速率隨芒硝摻量增加而減小,28d強度則反之。隨著生石灰摻量增加,膠結充填體7d強度隨之增加,其增加速率隨芒硝摻量的增加而減小。(3)獲得基于酒鋼低活性礦渣開發磷石膏基膠凝材料最優配方：石灰5.5%~6.0%、磷石膏30%~33%、NaOH為1.5%?2.0%和芒硝為2.5%?3%。膠凝材料平均粒徑應小于T6pm,需要添加早強劑或增效劑來提高膠凝材料的早期強度。當膠砂比為1：4和80%的料漿濃度,廢石粗骨料膠結充填體強度滿足金川礦山膠結充填體設計強度,磷石膏基膠凝材料成本比水泥成本降低了40%。(4)揭示酒鋼礦渣磷石膏基膠凝材料力學特性規律：磷石膏基膠凝材料3d水化反應慢,7d強度增長較快，早期強度隨著料漿濃度提高而提高。當充填料漿的濃度每提高1%,磷石膏基膠凝材料充填體3d強度增加0.09MPa,7d強度增加0.6MPa。(5)磷石膏基膠凝材料膠結充填體早期強度,隨著膠凝材料的細度提高而增加。當膠凝材料的平均粒徑大于16pm,膠結充填體早期強度隨細度提高呈線性增長：但當粉體平均粒徑小于16pm,膠結充填體7d強度則呈指數增長。由此確定磷石膏基膠凝材料平均粒徑應為T6pm,+45pm顆粒含量小于8%。(6)當廢石與棒磨砂混合比例為3：7,膠砂比為1：4,料漿濃度為80%,混合充填料漿的流變曲線為一條不通過原點的上凸型曲線,呈現非線性遞增關系。流變曲線凸向剪切應力軸,可以采用H-B流變模型加以表征。由此獲得料漿初始屈服應力為51.66Pa,黏度系數為4.53Pa-s,雷諾數Re在37.74-246.5