磷矿尾矿分层固结试验分析

尾矿坝是由尾矿堆积碾压而成的坝体，主要用于堆存矿石选别后排出的尾矿或冶炼后 的工业废渣。尾矿坝一层一层分期筑坝，每层尾矿料的固结度不同，这种特殊的筑坝形式使得分层固结对研究其变形特性尤为重要。另一方面 ，坝体在自然条件下不断的干湿循环 ，不仅需要考虑饱和固结问题 ，还需要考虑非饱和尾矿料的固结问题

某磷矿属于沉积矿床，由风化、沉积作用形成 ，经过分异作用的影响 ，与内生矿相比，矿物成分单一，主要为胶磷矿和白云石，胶磷矿在精选过程中被选走，留下磷矿尾矿料 ，粒度很细小。因此，磷矿尾矿料中白云石为主要矿物成分，通过 x射线荧光光谱仪检测结果可以看出，尾矿料中MgO、CaO 的含量明显高，P0含量较高。与金属矿床相比，磷矿尾矿料的成分中硅质含量明显较低，硬度也明显低于金属尾矿料，而且磷矿尾矿料中的成分不如金属矿尾矿料复杂，化学性能具有很大差异性，从而导致颗粒组成结构和孔隙结构特征都有所不同。

尾矿料颗分试验结果表明，尾矿料的颗粒组成级配连续，结合尾矿料的液限、塑限测试结果 ，确定尾矿料颗粒为粉粒。考虑尾矿坝的分层特性，在固结试验中，设计了5个干密度 ：1.3，1.4，1.5，1.6，1.7g／cm 。制样过程 中发现 ，随着饱 和度 的增大，尾矿料强度急剧降低 ，试样流动性增大，成样困难。为保证试样的完整性，饱和度设 计 为 30％ 、40％、50％ ；垂直压力逐级增大 ，分 别为 25，50，100，200，300，400kPa，每级压力下的固结时间为 24h，24h后试样变形不大于0．005mm／h认为稳定 。

结果显示：(1)当第一层尾矿堆积后，在24h内其固结很快，沉降量很大；随着时间的增长，第一层尾矿的沉降量明显减小，次固结并不明显。 (2)当第二层尾矿加到第一层尾矿 上，第一层尾矿也只是在初始阶段有微小的沉降，其后趋于稳定。 (3)当第三层尾矿加到第二层尾矿上，第一层尾矿的沉降也很微小，随时间基本上没有明显的变化。由此表明，饱和尾矿料具有和非饱和尾矿料相似的性质。在很小的初始固结压力下，土样会趋于稳定，应力历史对尾矿料的影响不大。这是由尾矿料特殊的颗粒结构和孔隙结构所决定的。

针对某磷矿尾矿料分层固结特性，通过对不同干密度、不同饱和度的非饱和尾矿料试样进行压缩试验，得到了饱和度分别为 30％、40％、50％时 的垂直压力与孔隙比、固结压力与压缩系数关系曲线 ，同时分析了相同饱和度下不同干密度尾矿料的压缩系 数 ；然后 ，采用含水率为22％尾矿料进行堆积分层固结模型试验。试验结果表明，施加初始 固结压力 能消除初始干密度对尾矿料的压缩特性的影响 ，尾矿料的压缩特性对应力历史不敏感 ，非饱和尾矿料中基质吸力对其压缩固结特性影响不大。在尾矿坝分期填筑过程中，试验用磷矿尾矿料都具有较好的密实度，能有效保证尾矿坝的安全。