某銅礦全尾砂物理力學(xué)性能及化學(xué)成分分析試驗(yàn)

朱成劍

（江西銅業(yè)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(chǎn)能力已達(dá)5000～6000T/D，用下向進(jìn)路式水砂充填采礦方法回采北礦帶礦體，用上向或下向進(jìn)路式水砂充填采礦方法對(duì)南礦帶礦體進(jìn)行甄別回采。待三期擴(kuò)建工程完成后，將形成10000T/D的采選能力，南、北礦帶采礦規(guī)模各5000T/D，日均回采空間將超過(guò)3000m3。而某銅礦目前實(shí)施分級(jí)尾砂膠結(jié)充填，大量的細(xì)顆粒尾砂被排放至尾礦庫(kù)堆存，生產(chǎn)所形成的分級(jí)尾砂不僅不能滿(mǎn)足充填空區(qū)需要，而且有一半左右的采場(chǎng)需江砂充填，待三期擴(kuò)產(chǎn)完成后，目前使用的充填骨料將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要，需盡快找到數(shù)量多、來(lái)源廣的充填骨料代替。本文針對(duì)該礦的尾砂進(jìn)行物理力學(xué)性能和化學(xué)成分分析，為后續(xù)的膏體充填料的選取奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 全尾砂物理力學(xué)性質(zhì)及化學(xué)成分測(cè)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(gòu)筑臨時(shí)水泥槽，并在上中下部預(yù)留數(shù)個(gè)清水溢流口。取樣時(shí)，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(kāi)清水溢流口，放出澄清后的泌水，再重復(fù)上述步驟繼續(xù)取樣。待取出的全尾砂量達(dá)到要求后，將尚含大量水分的全尾砂漿轉(zhuǎn)移至戶(hù)外空曠處，進(jìn)行暴曬，進(jìn)一步快速脫水。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備

全尾砂漿在取樣池中自然沉降過(guò)程中，粗顆粒沉速快，聚集于池底，細(xì)顆粒沉速慢，浮于砂漿上部，產(chǎn)生了自然分級(jí)。自然分級(jí)的尾砂不具代表性，無(wú)法進(jìn)行全尾砂膏體充填實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)將自然分級(jí)的尾砂充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉Ｈ采盎旌蠝?zhǔn)備過(guò)程主要分?jǐn)偲健⒘罆瘛⒒旌稀⒚芊獾葞讉€(gè)步驟。

粗顆粒尾砂間分子力小，不易板結(jié)，而細(xì)顆粒尾砂極易相互吸引，板結(jié)成團(tuán)，為盡快將尾砂晾干混合，將板結(jié)的尾砂塊破開(kāi)攤平。將全尾砂放置通風(fēng)見(jiàn)光處晾曬，并使用鐵鍬、鋤頭等工具翻動(dòng)，使多余的水分盡快散發(fā)，以利于全尾砂的充分混合。用工具多次翻動(dòng)轉(zhuǎn)移，使處于不同位置的粗顆粒尾砂和細(xì)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(gè)托盤(pán)中，置入烘干箱中烘干，測(cè)其含水率并取均值，烘干后的全尾砂作為物理化學(xué)性質(zhì)測(cè)試的樣品。經(jīng)測(cè)試，全尾砂的含水率為14.96%，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 全尾砂含水率

2.3 物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試

用比重瓶法測(cè)試比重，采用小型相對(duì)密度儀測(cè)定容重；依前面兩個(gè)結(jié)果計(jì)算孔隙率。

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

測(cè)試結(jié)果所取全尾砂主要物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2，壓縮參數(shù)見(jiàn)表3，全尾砂粒徑組成及粒徑性狀分別見(jiàn)表4和表5。

表2 全尾砂物理力學(xué)性能

表3 全尾砂壓縮參數(shù)測(cè)定結(jié)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(xué)成分測(cè)試

全尾砂化學(xué)成分主要測(cè)定SiO2、CaO、Al、Mg、Fe、S、Pb、Mn、F、K、P、Cu等，測(cè)定方法主要包括原子吸收法、鉬藍(lán)光度法、EDTA滴定法、EDTA容量法、電位法等。化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 全尾砂化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果 %

3 全尾砂性能評(píng)價(jià)

某銅礦全尾砂物理力學(xué)性質(zhì)及化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果表明：

（1）全尾砂粒度中等偏細(xì)，0.075mm以下顆粒所占比例達(dá)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(duì)膠結(jié)充填體強(qiáng)度有所影響。此外，由于全尾砂中細(xì)泥含量較高致使?jié)B透系數(shù)小（6.22×10-5cm/s），不利于充填體脫水和快速硬化。

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

（3）從化學(xué)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(qiáng)度；CaO的含量高達(dá)15.68%，CaO活性高，生成的鈣礬石水化產(chǎn)物結(jié)晶性能良好；S的含量為4.55%，含量較高，可與水泥反應(yīng)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(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致破壞。總體上有利于提高充填體強(qiáng)度、改善充填骨料的流動(dòng)性能。

（4）在100kPa～200kPa區(qū)間內(nèi)，全尾砂壓縮系數(shù)為0.315＜0.5，壓縮模量為6.703MPa＞4MPa，說(shuō)明該充填骨料壓縮性較小，充填體沉降量小，有利于采場(chǎng)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(xué)性質(zhì)，選用全尾砂作為主要充填骨料是合適的。