钼尾矿砂力学性能试验

吴同波 王晓强

(1.苏州中材建设有限公司，江苏 苏州 215300;2.洛阳理工学院，河南 洛阳 471003)

1 概述

工程传统用砂一直以河砂等自然砂为主，每年全国各地的砂石消耗量超过了10亿t。据统计，2018年全世界砂石骨料产量约400亿t，这是继水(约6 000亿t)之后，消耗第二多的自然资源。

矿产资源是人类不可缺少的资源之一，每年世界各地都会有大量的矿石产出，人类的发展与生存离不开这些矿产资源，而矿产资源不只是作为人们活动生产的基础能源，同样的也为人类需要的各种物质供应原材料，是非常重要的资源。我国的矿产资源在世界上是最丰富的国家之一，每年平均产量在世界前列，矿产种类齐全、体系完整，储备与矿种也在世界前列。作为基本产业，是社会经济、生产和现代工业化中的重要组成部分，而且在国家统筹发展之前也占有着重要战略地位。

尾矿是在开采分选矿石之后排放的，且暂时不能被利用的固体或粉体废料，并通过管道输送至尾矿库存放。尾矿工程投资较大，还要占用大量农田和林地，而且里面还含有会让田地难以修复、破坏生态平衡的有害化学成分，如何充分合理的利用钼尾矿是钼矿开采企业亟待解决的难题。由于尾矿在组成形态颗粒级配等方面与天然河砂存在明显差异，目前仍应用较少。

2 尾矿料物理性质试验研究

2.1 筛分实验

本实验试样颗粒直径平均小于1 mm，两次筛分实验分别取样 153.10 g，165.24 g。

用空隙 1 mm，0.71 mm，0.5 mm，0.355 mm，0.25 mm，0.18 mm，0.125 mm，0.075 mm 的筛盘进行筛分。

在进行筛分实验之前要把试件放进烘箱里面烘干。时间要在12 h以上。第2天取出，缓慢倒入筛分机中，防止造成扬尘而出现损失。全部倒入后盖好密封，且给瓷盘称重并记录，用小毛刷将残余的砂粒轻轻扫到瓷盘内称重、记录，随后的也按此方式称重记录。

筛分实验大于某粒径土的质量百分比曲线见图1。

其中，d60=0.267为小于某粒径的土为60%时的粒径大小;d10=0.075为小于某粒径的土为10%时的粒径大小。最后计算CU=3.56＜5为均匀土，表明该土样不易被压实，不易得到较高的密度和较好的力学特性。

其中，d30=0.133为小于某粒径的土为30%时的粒径大小。最后计算CC=0.883＜1表示级配曲线不连续。

图1 筛分实验大于某粒径土的质量百分比曲线

由于不满足不均匀系数和曲率系数条件，可称该尾矿试样为级配不良的土。

根据岩土工程勘察规范，本试验的尾矿砂粒径大于0.075 mm的颗粒质量超过总质量的85%，可定名为细砂。

2.2 尾矿原状土的物理指标分析

对尾粉砂土原状土物理性质试验分别做了9组，试验结果如表1所示。

表1 原状土主要物理性质指标

一般来说，天然状态土的密度平均值一般为1.75 g/cm3～2.10 g/cm3，土的比重通常在 2.65～2.75 之间。经分析，以上钼尾矿料的天然密度和比重平均值均高于一般土的天然密度和比重平均值，由于该尾矿料是钼矿的尾矿料，故可以推断该种尾矿砂中均夹杂有钼及伴生金属或者金属的化合物。

3 击实试验

击实试验是对土样进行击锤压实，来了解土压实性能的一种试验方法。试验对多组不同含水率的土样进行击锤压实，分别测定其密度，做出曲线图，确定最优含水率与各个含水率下的最大干密度(是指骨料堆积或紧密密度)。本实验所用的黄土的液塑限经试验测出:液限ωL=30.30%，塑限 ωP=21.16%，塑性指数 Ip=9.14。

本实验分为轻型击实试验与重型击实试验，本次实验采用轻型击实试验。可以为相关工程提供实验数据(不同混合比的土样实验结果如表2～表4所示)。

表2 第一组土样击实试验表

表3 第二组土样击实试验表

表4 第三组土样击实试验表

根据击实试验可得出各个尾矿砂与黄土混合比例的最大干密度及最优含水量。由以上试验可以看出随着尾矿砂掺量的提高，最优含水量随之下降，最大干密度随尾矿掺量提高而提高。

4 钼尾矿砂与黄土不同质量比例掺加后的剪切试验

在含水率为13%，15.4%，17%下，试样的抗剪性能的差异。本实验所用的黄土的液塑限经试验测出:液限ωL=30.30%，塑限 ωP=21.16%，塑性指数 IP=9.14。

研究在钼尾矿砂与黄土不同掺加比例时，试样的抗剪性能的差异。在预先施加200 N的垂直预压力条件下，记录试验数据，绘制剪切位移与剪切力关系(见图2～图4)。图中，横坐标为剪切位移，纵坐标为剪应力。

4.1 钼尾矿砂与黄土质量比为7∶3的土样

钼尾矿砂与黄土质量比为7∶3时，在含水量为13%，15.4%，17%时，试样的抗剪性能的差异如图2所示。

图2 70%尾矿砂试样剪切位移与剪切力关系图

经过多组的试验平均可以发现钼尾矿砂与黄土在7∶3的比例时的分布规律，在含水率大于15.4%时，土样的抗剪性能与含水率成正比，在含水率小于15.4%时，土样抗剪性与含水量成反比。而在土样含水率分别在13%，17%的条件时，试样的抗剪性近似。

4.2 钼尾矿砂与黄土质量比为1∶1的土样

钼尾矿砂与黄土质量比为1∶1时，在含水量为13%，15.4%，17%时，试样的抗剪性能的差异如图3所示。

根据试验的结果可以看出，在钼尾矿砂与黄土1∶1比例混合的土样中，在一定范围内，随着含水量增长抗剪强度提高。该三种含水量的试样，在17%的含水量的条件下，试样的抗剪性为最优。

图3 含50%尾矿砂试样剪切位移与剪切力关系图

4.3 钼尾矿砂与黄土质量比为3∶7的土样

钼尾矿砂与黄土质量比为3∶7时，在含水量为13%，15.4%，17%时，试样的抗剪性能的差异如图4所示。

图4 30%尾矿砂试样剪切位移与剪切力关系图

综合以上的数据，在含水率不变的情况下黄土掺加的比例越大土样的抗剪性能越好，而在掺量比例不变的情况下，掺量的不同，抗剪性能与含水量的关系也有所不同。

可以大致认为，在含水量一定的时候试样中黄土的比例越高试样的抗剪强度越高，而和含水量关系不够直接，因此可以认为在试样中，加大尾矿砂掺料的比例不会提高混合料的抗剪性能。

5 结论

1)通过颗粒分析试验，钼尾矿砂为细砂，尾粉砂颗粒级配不良，连续级配分布不均匀。2)钼尾矿砂的密度和颗粒比重大于一般土。3)分析不同掺量比例的钼尾矿与黄土混合料的压实性能，随着尾矿砂掺量的提高，最优含水量下降，最大干密度随尾矿掺量提高而提高。4)分析不同掺量比例的钼尾矿与黄土混合料试样抗剪性能，在含水量不变的情况下黄土掺加的比例越大土样的抗剪性能越好，而在掺量比例不变的情况下，掺量的不同，抗剪性能与含水量的关系也有所不同。钼尾矿砂及混合料在工程中的应用，应积累更多的试验数据。