某銅礦全尾砂物理力學性能及化學成分分析試驗

朱成劍

（江西銅業股份有限公司永平銅礦 鉛山 334500）

1 引言

某銅礦已回采至-360m中段，生產能力已達5000～6000T/D，用下向進路式水砂充填采礦方法回采北礦帶礦體，用上向或下向進路式水砂充填采礦方法對南礦帶礦體進行甄別回采。待三期擴建工程完成后，將形成10000T/D的采選能力，南、北礦帶采礦規模各5000T/D，日均回采空間將超過3000m3。而某銅礦目前實施分級尾砂膠結充填，大量的細顆粒尾砂被排放至尾礦庫堆存，生產所形成的分級尾砂不僅不能滿足充填空區需要，而且有一半左右的采場需江砂充填，待三期擴產完成后，目前使用的充填骨料將遠遠不能滿足實際生產的需要，需盡快找到數量多、來源廣的充填骨料代替。本文針對該礦的尾砂進行物理力學性能和化學成分分析，為后續的膏體充填料的選取奠定扎實的基礎。

2 全尾砂物理力學性質及化學成分測定分析

2.1 取樣

取足夠量的全尾砂，取樣前，在低濃度全尾砂漿放砂口附近構筑臨時水泥槽，并在上中下部預留數個清水溢流口。取樣時，將低濃度全尾砂漿放入取樣槽中，自然沉降4～8h，待上部泌水完全澄清后，打開清水溢流口，放出澄清后的泌水，再重復上述步驟繼續取樣。待取出的全尾砂量達到要求后，將尚含大量水分的全尾砂漿轉移至戶外空曠處，進行暴曬，進一步快速脫水。

2.2 實驗材料準備

全尾砂漿在取樣池中自然沉降過程中，粗顆粒沉速快，聚集于池底，細顆粒沉速慢，浮于砂漿上部，產生了自然分級。自然分級的尾砂不具代表性，無法進行全尾砂膏體充填實驗。實驗之前，應將自然分級的尾砂充分攪拌混合均勻。全尾砂混合準備過程主要分攤平、晾曬、混合、密封等幾個步驟。

粗顆粒尾砂間分子力小，不易板結，而細顆粒尾砂極易相互吸引，板結成團，為盡快將尾砂晾干混合，將板結的尾砂塊破開攤平。將全尾砂放置通風見光處晾曬，并使用鐵鍬、鋤頭等工具翻動，使多余的水分盡快散發，以利于全尾砂的充分混合。用工具多次翻動轉移，使處于不同位置的粗顆粒尾砂和細顆粒尾砂充分混合均勻，成為全尾砂。用不透水的塑料袋將全尾砂裝袋密封保存。

取一定量塑料袋中的濕全尾砂，放入3個托盤中，置入烘干箱中烘干，測其含水率并取均值，烘干后的全尾砂作為物理化學性質測試的樣品。經測試，全尾砂的含水率為14.96%，測定結果見表1。

表1 全尾砂含水率

2.3 物理力學性質測試

用比重瓶法測試比重，采用小型相對密度儀測定容重；依前面兩個結果計算孔隙率。

用pH試紙測定質量濃度為20%的全尾砂漿的pH值，采用WG型單杠桿固結儀測定固結（壓縮）性。用基馬式滲透儀測定滲透系數。采用Winner 2000激光粒度分析儀分析測定物料級配。

測試結果所取全尾砂主要物理力學性質測定結果見表2，壓縮參數見表3，全尾砂粒徑組成及粒徑性狀分別見表4和表5。

表2 全尾砂物理力學性能

表3 全尾砂壓縮參數測定結果一覽表

表4 全尾砂粒徑（mm）組成 %

表5 全尾砂粒徑性狀表

2.4 化學成分測試

全尾砂化學成分主要測定SiO2、CaO、Al、Mg、Fe、S、Pb、Mn、F、K、P、Cu等，測定方法主要包括原子吸收法、鉬藍光度法、EDTA滴定法、EDTA容量法、電位法等。化學成分測定結果見表6。

表6 全尾砂化學成分測定結果 %

3 全尾砂性能評價

某銅礦全尾砂物理力學性質及化學成分測定結果表明：

（1）全尾砂粒度中等偏細，0.075mm以下顆粒所占比例達48.38%，中值粒徑為0.068mm，小于一般礦山所用充填尾砂粒度，可能對膠結充填體強度有所影響。此外，由于全尾砂中細泥含量較高致使滲透系數?。?.22×10-5cm/s），不利于充填體脫水和快速硬化。

（2）僅從尾砂級配來看，全尾砂不均勻系數較大（Cu=18.98＞5），與膠凝材料結合性不是很好，膠凝材料易離析；全尾砂曲率系數1＜Cc＜3，級配連續。表明某銅礦全尾砂是級配良好的全尾砂。同時粒徑較細，對管道磨損較小，利于管道輸送。

（3）從化學組成看，全尾砂SiO2的含量為33.02%，在合適粒度組成條件下有利于提高充填體強度；CaO的含量高達15.68%，CaO活性高，生成的鈣礬石水化產物結晶性能良好；S的含量為4.55%，含量較高，可與水泥反應生成硫鋁酸鹽晶體和二水石膏，其體積膨脹在2倍以上，易使充填體產生內應力而導致破壞?？傮w上有利于提高充填體強度、改善充填骨料的流動性能。

（4）在100kPa～200kPa區間內，全尾砂壓縮系數為0.315＜0.5，壓縮模量為6.703MPa＞4MPa，說明該充填骨料壓縮性較小，充填體沉降量小，有利于采場充填接頂。

（5）選礦尾水6＜pH＜7，屬中性偏酸性水。

綜合考慮某銅礦全尾砂物理化學性質，選用全尾砂作為主要充填骨料是合適的。