随着矿产资源的不断开采,矿石品相不断降低,低品相矿石的开采产生大量细粒级尾砂。细粒级尾砂利用难度较大,利用率较低,细粒级尾砂的堆存具有较高安全隐患,占用大量土地资源。利用细粒级尾砂制备高工作性、高强度、低环境负荷的充填材料是促进矿山高效生产和绿色生产的有效方法,也是推动社会“绿色发展、循环发展、低碳发展”的必然要求。本文依托国家自然基金“金属矿全尾砂膏体绿色处置流变特性及固结行为”,横向课题“综合利用白象山铁矿细粒级尾矿制备高附加值材料工艺技术研究”,结合白象山细粒级尾砂在充填中存在的实际工程问题,以细粒级尾砂的高效、绿色、高性能充填为目标,在细粒级尾砂活性优化研究的基础上,利用矿渣、磷石膏等多元固废制备低碱型复合胶凝材料（KPM）,建立了 KPM的抗压强度及碱溶出的理论模型,揭示了 KPM水化硬化机理;解决了细粒级尾砂制备充填材料存在的力学性能差、离析泌水等问题,提出了 KPM与细粒级尾砂制备充填材料（KPM-CPB）的性能调控方法;明确了碱性离子的固化方法及机理,充填材料满足服役安全要求及环保要求。主要研究内容及结论如下:（1）通过X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、Zeta电位等分析研究了筛分细粒级尾砂和未筛分细粒级尾砂的组成与特性。尾砂超细粉磨过程中,黑云母、绿泥石等矿物晶体结构被破坏,产生大量Si-O、Al-O断键及晶格缺陷,表面电荷数量增加,细粒级尾砂的活性指数提高。未筛分尾砂活性指数为70.1%,尾砂细度对活性指数提高幅度有限,0-0.045 mm级配的铁尾砂活性指数仅为77.8%。通过OH-和SO42-的耦合激发及矿粉的协同作用,尾砂中的黑云母、钾长石、绿泥石等具有潜在活性的组分解聚并重新缩合生成钙矾石、硅铝凝胶类矿物,尾砂活性指数可以达到95.1%。（2）基于石灰、脱硫石膏、普通硅酸盐水泥（OPC）、矿粉对细粒级尾砂活性指数影响的试验结果,以及氧化镁、磷石膏和磷酸二氢钾对胶凝材料抗压强度影响的试验结果,通过正交试验设计及响应面交互模型,研究了单种材料及多种材料交互作用对胶凝材料抗压强度和硬化体养护28d浸泡后溶液pH值的影响,得到抗压强度和pH值的预测模型,试验值与预测值相吻合,试验得出KPM最优配比。矿渣:OPC:石灰:脱硫石膏质量比为82:3:6:9,氧化镁替代20%石灰,磷石膏替代75%脱硫石膏,氧化镁与磷酸二氢钾分子数量比为24:1时制备的胶凝材料抗压强度最高及养护28 d离子溶出后的pH值较低。（3）通过扫描电子显微镜（SEM）、XRD、FTIR、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）、水化热等测试方法分析了 KPM的水化机理。在OH-和SO42-激发作用下,矿渣中的Ca2+、Mg2+、[AlO2]-与[SiO4]4-溶出,通过水化反应生成钙矾石、C-A-S-H凝胶、水滑石等产物,以及在PO43-作用下生成少量的K-鸟粪石,随着水化龄期增加,Ca（OH）2数量减少,其余水化产物数量增多,不同水化产物相互交织成致密结构填充孔隙,提高密实度,同时改善膨胀率,增强体积稳定性。（4）基于细粒级尾砂制备充填材料存在的问题,研制了浓密增效剂、高羧基密度的聚羧酸超塑化剂（PCE）、三元共聚改性聚丙烯酸钠（PAAM）,同时复配复合无机盐和超微玻珠等材料作为外加剂。添加外加剂后,使细粒级尾砂动态浓密后尾砂料浆底流浓度提高3-4%,细粒级尾砂充填材料泌水率降低10%,输送性能和力学性能显著改善,同时降低充填材料的环境敏感性及提高水化时间的适应性。通过X射线-计算机断层成像（X-CT）、有机碳吸附（TOC）及Zeta电位等分析,明确外加剂通过增加导水路径,提高静电斥力、空间位阻,生成钙矾石消耗自由水等方法改善充填材料性能。（5）通过不同体系离子溶出及pH值动态监测,抗硫酸盐侵蚀性能和全生命周期分析,对KPM与细粒级尾砂制备的充填材料进行环境相容性研究。通过添加磷石膏和磷酸二氢钾,中和水化体系中的Ca（OH）2,并生成难溶的Ca3（PO4）2和有利于植物生长的Ca（PO3）2,降低充填材料的碱溶出,试块淋溶后周围水质满足地下水Ⅲ类水质要求;使用KPM和细粒级尾砂制备的充填材料,孔隙率较低,充填材料的抗硫酸盐侵蚀性能较好;通过生命周期评估量化KPM-CPB对环境的影响,与OPC制备充填材料相比,全球变暖影响、颗粒物排放等各项指标均可以降低70%以上。综合分析KPM-CPB具有较好的环境相容性。