某铜矿全尾砂物理力学性能及化学成分分析试验

朱成剑

（江西铜业股份有限公司永平铜矿 铅山 334500）

1 引言

某铜矿已回采至-360m中段，生产能力已达5000～6000T/D，用下向进路式水砂充填采矿方法回采北矿带矿体，用上向或下向进路式水砂充填采矿方法对南矿带矿体进行甄别回采。待三期扩建工程完成后，将形成10000T/D的采选能力，南、北矿带采矿规模各5000T/D，日均回采空间将超过3000m3。而某铜矿目前实施分级尾砂胶结充填，大量的细颗粒尾砂被排放至尾矿库堆存，生产所形成的分级尾砂不仅不能满足充填空区需要，而且有一半左右的采场需江砂充填，待三期扩产完成后，目前使用的充填骨料将远远不能满足实际生产的需要，需尽快找到数量多、来源广的充填骨料代替。本文针对该矿的尾砂进行物理力学性能和化学成分分析，为后续的膏体充填料的选取奠定扎实的基础。

2 全尾砂物理力学性质及化学成分测定分析

2.1 取样

取足够量的全尾砂，取样前，在低浓度全尾砂浆放砂口附近构筑临时水泥槽，并在上中下部预留数个清水溢流口。取样时，将低浓度全尾砂浆放入取样槽中，自然沉降4～8h，待上部泌水完全澄清后，打开清水溢流口，放出澄清后的泌水，再重复上述步骤继续取样。待取出的全尾砂量达到要求后，将尚含大量水分的全尾砂浆转移至户外空旷处，进行暴晒，进一步快速脱水。

2.2 实验材料准备

全尾砂浆在取样池中自然沉降过程中，粗颗粒沉速快，聚集于池底，细颗粒沉速慢，浮于砂浆上部，产生了自然分级。自然分级的尾砂不具代表性，无法进行全尾砂膏体充填实验。实验之前，应将自然分级的尾砂充分搅拌混合均匀。全尾砂混合准备过程主要分摊平、晾晒、混合、密封等几个步骤。

粗颗粒尾砂间分子力小，不易板结，而细颗粒尾砂极易相互吸引，板结成团，为尽快将尾砂晾干混合，将板结的尾砂块破开摊平。将全尾砂放置通风见光处晾晒，并使用铁锹、锄头等工具翻动，使多余的水分尽快散发，以利于全尾砂的充分混合。用工具多次翻动转移，使处于不同位置的粗颗粒尾砂和细颗粒尾砂充分混合均匀，成为全尾砂。用不透水的塑料袋将全尾砂装袋密封保存。

取一定量塑料袋中的湿全尾砂，放入3个托盘中，置入烘干箱中烘干，测其含水率并取均值，烘干后的全尾砂作为物理化学性质测试的样品。经测试，全尾砂的含水率为14.96%，测定结果见表1。

表1 全尾砂含水率

2.3 物理力学性质测试

用比重瓶法测试比重，采用小型相对密度仪测定容重；依前面两个结果计算孔隙率。

用pH试纸测定质量浓度为20%的全尾砂浆的pH值，采用WG型单杠杆固结仪测定固结（压缩）性。用基马式渗透仪测定渗透系数。采用Winner 2000激光粒度分析仪分析测定物料级配。

测试结果所取全尾砂主要物理力学性质测定结果见表2，压缩参数见表3，全尾砂粒径组成及粒径性状分别见表4和表5。

表2 全尾砂物理力学性能

表3 全尾砂压缩参数测定结果一览表

表4 全尾砂粒径（mm）组成 %

表5 全尾砂粒径性状表

2.4 化学成分测试

全尾砂化学成分主要测定SiO2、CaO、Al、Mg、Fe、S、Pb、Mn、F、K、P、Cu等，测定方法主要包括原子吸收法、钼蓝光度法、EDTA滴定法、EDTA容量法、电位法等。化学成分测定结果见表6。

表6 全尾砂化学成分测定结果 %

3 全尾砂性能评价

某铜矿全尾砂物理力学性质及化学成分测定结果表明：

（1）全尾砂粒度中等偏细，0.075mm以下颗粒所占比例达48.38%，中值粒径为0.068mm，小于一般矿山所用充填尾砂粒度，可能对胶结充填体强度有所影响。此外，由于全尾砂中细泥含量较高致使渗透系数小（6.22×10-5cm/s），不利于充填体脱水和快速硬化。

（2）仅从尾砂级配来看，全尾砂不均匀系数较大（Cu=18.98＞5），与胶凝材料结合性不是很好，胶凝材料易离析；全尾砂曲率系数1＜Cc＜3，级配连续。表明某铜矿全尾砂是级配良好的全尾砂。同时粒径较细，对管道磨损较小，利于管道输送。

（3）从化学组成看，全尾砂SiO2的含量为33.02%，在合适粒度组成条件下有利于提高充填体强度；CaO的含量高达15.68%，CaO活性高，生成的钙矾石水化产物结晶性能良好；S的含量为4.55%，含量较高，可与水泥反应生成硫铝酸盐晶体和二水石膏，其体积膨胀在2倍以上，易使充填体产生内应力而导致破坏。总体上有利于提高充填体强度、改善充填骨料的流动性能。

（4）在100kPa～200kPa区间内，全尾砂压缩系数为0.315＜0.5，压缩模量为6.703MPa＞4MPa，说明该充填骨料压缩性较小，充填体沉降量小，有利于采场充填接顶。

（5）选矿尾水6＜pH＜7，属中性偏酸性水。

综合考虑某铜矿全尾砂物理化学性质，选用全尾砂作为主要充填骨料是合适的。