CN109056839A - 一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，提供了材料加工、路基施工及边坡加固成套工艺。根据尾砂碎石混合料中各重金属元素含量满足国标的原则及粒径>0.075mm粒组含量超过50％的原则控制质量百分比配制尾砂碎石混合料，并加入适量硅酸盐水泥拌合摊铺后控制混合料在最优含水量13％～17％下分层压实，淋滤试验测试各重金属元素渗出浓度低于国家标准方可应用于工程。施工中采用种植铜富集植物生态固坡，以进一步控制重金属元素迁移。本发明综合运用了力学、化学和生物固化技术，构建了尾砂碎石混合土立体化封闭系统。既实现了铜冶炼全过程固体废弃物的减量化要求，也可避免大量工程填土方需求对耕地的占用，变害为利。

Description

一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的 方法

技术领域

本发明涉及一种铜尾砂及采矿废石等矿冶废弃物资源化的方法，通过力学加固、化学固化、生物吸附等多种技术的综合运用，形成对尾矿混合土的系统化、立体化的固化技术网络，将这些固体废弃物加工成工程填筑材料，以达到铜矿开采冶炼固体废弃物的高效利用，属于环境岩土、冶金、建筑材料技术领域，尤其涉及一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法。

背景技术

铜矿冶炼通常采用的生产工艺为：铜硫混合浮选-混精再磨-铜硫分离-浮尾磁选工艺回收铜、金、银、硫、铁等有价组分。选矿过程中产生大量含有固体悬浮物、浮选药剂的高碱废水，汇集于尾矿矿浆，选厂尾矿经分级，粗砂用于井下充填，微细粒尾矿采用浓缩-高效压滤-滤饼干排堆存，溢流和滤液，送至尾矿库。

在铜矿开采到冶炼的全过程产生大量固体废弃物，包括：1)采矿剩余的碎石料；2)多金属硫化矿尾砂。特别是大量细颗粒铜尾砂被堆放在尾矿库无法较好处置，既占用了大量农田耕地，容易对周边环境造成危害。

对于这些冶炼全过程产生的各类废料，如何进行减量化处置，并进行资源化，特别是考虑环境影响安全条件下高效资源化利用，是亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种集成多种技术手段，处理量大、环境友好、科学合理的联合固化方法，以便高效地应用于工程应用资源化，实现尾矿快速减量化。本方法通过混合废料击实的力学加固方法、化学固化及生物吸附固化等方法相结合，旨在将多金属硫化矿生产全过程的固体废弃物综合利用，是一种对铜矿开采及冶炼全过程废弃物进行综合处置的减量化方案。在此基础上，以道路工程应用为例，给出铜尾砂工程资源化的成套技术方案。

首先，尾砂成分鉴定采用水平振荡法浸出实验，分别分析采矿废石及冶炼尾砂中的重金属含量；要求重金属含量不超过国家标准，通常开采废石中重金属含量远低于国家标准，冶炼尾砂则部分指标会超过国标。(可根据不同尾砂样本具体测定)

首先，将尾砂和采矿废石按合理比例制备成混合土料。为了确保尾砂--碎石混合料的各种重金属元素含量不超过国标，将尾砂中超过国标的重金属元素，根据其含量比，结合碎石料的相应元素含量比，换算出尾砂与碎石的混合料中的碎石质量百分比m₁。

进一步地，采用筛分法结合激光粒度分析等方法进行尾砂的粒径分布分析；再将开采废石破碎至粒径5mm以内为优，控制最大粒径不超过20mm。筛除粒径在0.075mm以下的微粒，其余碎石料待用。根据尾砂粒径组成，根据超过控制粒径0.075mm的粒组含量超过50％的原则，换算碎石料和尾砂质量比例，得到符合工程填筑材料配比条件的碎石料质量百分比m₂。

确保混合料各元素含量在国标控制范围以内,综合考虑m₁和m₂，取混合料中碎石最小配比m，作为混合料的碎石含量控制指标。

将尾砂与碎石按上述控制值组成的混合料，在松散的混合料(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适量的硅酸盐类水泥，按照技术要求拌和摊铺。

在最佳含水量下压实及养护成型。采用不同击实次数分层击实，每层压实厚度不超过100mm，混合料基本含水率都控制在不超过15％范围，获得不同压实度的混合集料。在最优含水率条件下，加入适量硅酸盐类水泥作为化学固化剂，以加强重金属固化效果。本方案优选终凝时间较长(6h以上)的低强度水泥，虽然水泥掺量的提高有助于提升路基土的强度，但过多的水泥用量既不经济，也易导致水泥稳定土层脆性增大，易开裂。经试验对比，水泥剂量为4％～8％较为合理。混合料摊铺含水量13％～17％，养护时间为7d。

将各组不同击实度的集料经过自制的淋滤实验装置，根据土壤淋溶试验规程，分别在酸、碱、纯水条件下测试重金属元素浸出浓度，浸出浓度低于国家标准的，即为合格集料。

以铜尾砂-碎石混合料为路基土方的主要材料，其施工工艺不同于一般常规的路基填料,对于尾砂路基的施工必须采取特殊的施工工艺和压实方法。为确保尾砂路基的施工质量，提出以下路基土方填筑技术要求：

(1)尾砂碎石混合土路基填筑方案如表1所示。

表1尾砂路基填筑方案

(2)按前述方法，计算出碎石最小配比m，按此比例配制尾砂+粗骨料混合土，再加入约6％的硅酸盐类水泥，采用分层填筑方式填筑路基，填筑时按照横断面全幅推筑，每层平均厚度30～50cm。为保证路基边缘的压实度，路堤填筑宽度每侧应宽出设计宽度50cm。

(3)尾砂填筑路基时，应采用湿法碾压施工，控制尾砂的含水量为最佳含水量15％2％为宜(13％～17％)；碾压时采用推土机静压→震动压路机震动碾压→静压的碾压工艺。

(4)每层填筑完毕后，用推土机沿纵向大至整平，并分层碾压。达到设计高度后，用推土机进行调平，并进行复压后用平地机进行精平。

(5)路基精平后，将土工布按照设计幅宽沿边线纵向铺开、拉紧张平。相邻两幅土工布搭接宽度不得小于40cm。在铺平的土工布上及时填筑当地低液限粉土或砂砾作为路基顶面封层。

(6)路基填筑完毕后，应将路基边坡部分按设计坡度用机械或人工整平，并立即进行边坡防护工程。

(7)路基填筑至路床时，可以因地制宜，采用当地较多的低液限粉土或天然砂砾进行铺筑、碾压，以增加路床的密实性和稳定性；

(8)尾砂路基采用灌砂法检测压实度,试坑应挖到填筑层中、下部位(去除填筑层表面1/3的松散层，检测填筑层中、下部位的压实度)。

尾砂路基应做好边坡防护,既可以加固路基，确保道路强度及稳定性，也可以通过植草等方式吸附并进一步固化过量铜等重金属元素，以确保环境安全。为了保障工程及环境保护效果，可采用土工布结合拱形骨架植物防护型综合护坡，具体方案及施工工艺如下：

(1)土工布边坡防护工程主要施工工艺为：平整下承层——铺设土工布——加筋区填砂、碾压密实——土工布反包边坡。

(2)土工布贮运应完好无损,避免皱褶旧晒、受潮及污损。土工布搭接宽度宜为15～30cm，每层填筑厚度为1m左右，填筑完成后及时将土工布反包边坡，并采用尼龙线拉紧缝制,以保证填料不会泄漏。

(3)土工布加筋区长度应伸入边坡滑动面2m以上，若每层填筑厚度较厚时也可满幅铺设土工布。

(4)反包完成的土工布材料应及时采用生态袋加种植土，生态覆土层厚度应不小于50cm。

(5)边坡防护形式可采用挂网植草的生态护坡模式，在坡体两侧增植铜草花、狗牙根、香根草等植物，既可以增加固坡和景观效果，也可以富集铜元素，进一步增强对铜尾砂中铜元素的固化效果，通过力学压实—化学固化—植物吸附三种技术联合运用，形成对尾砂混合土重金属固化立体化技术网络，较传统方法更推进了一步。路基及边坡加固的具体做法详见图4。

综上，本发明公开了一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：本方法用于将铜矿冶炼生产过程中产生的尾砂和碎石回收再加工，使两者形成一种工程填筑材料，其步骤包括：步骤一，尾砂和碎石最优配比的确定：根据尾砂与碎石的混合料中各重金属元素含量在国标控制范围内的原则，选取合适的碎石质量百分比m₁，根据尾砂与碎石的混合料中尾砂粒径大于0.075mm的粒组含量超过50％的原则，选取合适的碎石质量百分比碎石料质量百分比m₂，取m₁和m₂的最大值作为尾砂与碎石的混合料中的碎石质量百分比；步骤二，工程填筑材料的制备在尾砂碎石混合料中加入适量低强度硅酸盐水泥，均匀拌合及摊铺，保证铜尾砂混合料的含水量在最优含水量13％～17％；步骤三，工程填筑材料的检验对混合料样在同等配比条件下取样进行平行检测，检验时采用淋滤试验，冲淋工程填筑材料获浸出溶液，测试浸出溶液中重金属元素浓度与国家标准对比，各种重金属元素浸出浓度需低于国家标准方可进入工程应用环节；步骤四，工程填筑材料填筑路基及边坡加固的施工过程中，采用湿法碾压的施工方法分层填筑路基，碾压时采用推土机静压→震动压路机震动碾压→静压的碾压工艺，每层填筑完毕后，用推土机沿纵向大至整平，并分层碾压，达到设计高度后，用推土机进行调平，并进行复压后用平地机进行精平；路基精平后，将土工布按照设计幅宽沿边线纵向铺开、拉紧张平，相邻两幅土工布搭接宽度不得小于40cm，在铺平的土工布上及时填筑当地低液限粉土或砂砾作为路基顶面封层；路基填筑完毕后，应将路基边坡部分按设计坡度用机械或人工整平，并进行边坡防护工程。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤四中，路基填筑至路床时，可以因地制宜，采用当地较多的低液限粉土或天然砂砾进行铺筑、碾压，以增加路床的密实性和稳定性；尾砂路基采用灌砂法检测压实度,试坑应挖到填筑层中、下部位，去除填筑层表面1/3的松散层，检测填筑层中、下部位的压实度。

在本发明的一种优选实施方案中，边坡防护工程的具体施工方法如下：平整下承层→铺设土工布→加筋区填砂、碾压密实→土工布反包边坡；土工布搭接宽度宜为15～30cm，每层填筑厚度为1m左右，填筑完成后及时将土工布反包边坡，并采用尼龙线拉紧缝制,以保证填料不会泄漏；土工布加筋区长度应伸入边坡滑动面2m以上，若每层填筑厚度较厚时也可满幅铺设土工布；反包完成的土工布材料应及时采用生态袋加种植土，生态覆土层厚度应不小于50cm；边坡防护形式采用挂网植草的生态护坡模式，在坡体两侧增植铜草花、狗牙根、香根草等植物，既可以增加固坡和景观效果，或者富集铜元素。通过生物吸附效应与尾砂混合土制备时采用的力学加固、化学固化等技术手段联合，形成一个封闭尾砂重金属迁移的系统化、立体化技术网络体系，在最大程度上减轻环境影响，达到铜矿开采冶炼固体废弃物的高效利用。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，采用浸出实验水平振荡法获取尾砂与碎石的混合料中各重金属元素含量；碎石中的各种重金属含量远低于国家标准，尾砂中的部分重金属含量超过国家标准。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，采用激光粒度分析仪分析获取尾砂的粒径分布；碎石的最大粒径小于或等于20mm，碎石的平均粒径不超过5mm。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，采用浸出实验水平振荡法获取尾砂与碎石的混合料中各重金属元素含量。

在本发明的一种优选实施方案中，碎石中的各种重金属含量远低于国家标准，尾砂中的部分重金属含量超过国家标准。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，采用激光粒度分析仪分析获取尾砂的粒径分布。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，所述固化剂为低强度硅酸盐类水泥(终凝时间6h以上)。

在本发明的一种优选实施方案中，所述硅酸盐类水泥的剂量占混合料的剂量4％～8％。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，应采用湿法碾压击实，控制尾砂碎石混合料的含水量在最优含水量13％～17％(13％～17％)条件下分层击实。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，尾砂碎石混合料均匀后分层击实形成工程填筑材料，每层压实厚度不超过100mm。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，碾压时采用推土机静压→震动压路机震动碾压→静压的碾压工艺。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤三中，选择与工程填筑配比一致的尾砂碎石混合料为试样，进行淋滤试验，以测试浸出溶液重金属元素浸出浓度，与国家标准对比，确保使用过程中的环境安全问题。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤三中，以PVC管为淋滤管的主要原料，自制试验装置。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤三中，选择不同击实次数的试样做平行对比。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤三中，淋滤溶液分别选用纯水和用SO₄ ^2－：NO₃ ^－＝9：1(质量比)配制PH＝5.6的酸性溶液模拟降雨用水。

在本发明的一种优选实施方案中，步骤三中，根据本地区统计最大降雨强度换算并控制淋滤速度。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中采用的两种主要原材料均来自铜开采和冶炼过程，是生产过程中被动产生的两种废料，并不具备再生、循环利用等条件，如果大量堆放，也会造成环境、生态等综合影响和隐患。本发明方法，综合运用了力学——化学——生物固化等手段，有机地将两种废料整合成混合土料，作为工程填筑材料的替代物；同时，综合多种技术构建的封闭尾砂重金属迁移的系统化、立体化技术固化体系，既实现铜矿冶炼生产全过程中固体废弃物减量化要求，变废为宝；同时也可避免因工程土方的大量需求而导致滥用和侵占耕地，变害为利。

2、该混合集料的各组成部分：尾砂和碎石粉碎料，都可以按配比规格在工厂里统一制备好，在工程现场根据本方法按比例添加固化剂，现场拌合压实及养护，能够实现商品化生产。

3、通过大量实验样本检验分析表明:本发明方法可使混合集料的压实强度能达到国标《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)的指标要求，能满足各等级道路路基强度要求。

4、为了评价固化混合土环境影响，采用淋滤实验，自测方法简单方便。经过反复实验检验，本方法试制的混合集料重金属浸出浓度均低于国标要求，其中部分指标远远低于国标(《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007))标准，符合环境保护要求。

5、本发明集成了力学加固、化学固化、生物吸附等多种技术手段，提供了铜尾砂及采矿废石资源化的成套技术，包括材料制备生产线、混合土固化配比、路基土方施工、边坡固化工艺等主要环节，以实现铜矿自开采到冶炼生产全过程固体废弃物的综合利用，能够指导从原材料加工到现场施工全过程，具有较高地系统化。同时，该方法集成了力学、化学、生物固化铜元素等方法，提出了一种全新的力学—化学—生物固化系统化方案，形成了对尾砂中铜等主要重金属元素的立体化封闭，对控制重金属迁移，保护环境具有更好的效果。该方法简便，易于形成大规模商业化生产，并具有代表性和可推广价值。

附图说明

图1是本发明一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法的施工工艺流程图；

图2是本发明一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法的自制淋滤试验装置示意图；

图3是本发明一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法的自制淋滤试验装置示意图；(含有土体快速饱和进水管)

图4一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法的尾砂混合土路基湿法施工工序；

图5一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法的路基及边坡防护横断面图。

图中：1-支架；2-上承台；3-下承台；4-高位水箱；5-淋滤实验管；6-喷淋结构；7-出水结构；8-卵石垫层；9-滤网；10-淋滤出水量杯；11-溢流管；12-土体快速饱和进水管；13-阀门；14-废液池；15-卡环；16-斜撑；5.1-圆筒部；5.2-漏斗部；6.1-喷淋管；6.2-喷淋阀门；6.3-流量控制开关；7.1-出水管；7.2-出水管阀门；A-三维立体土工网；B-生态连接板；C-草本植物(优选铜富集植物)；D-生态袋和覆土；E-块石护角；F-排水管；G-上路床；H-铜尾砂制备的工程填料；K-土工布。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本方法关键是找到尾砂和碎石的最优配比、固化剂(硅酸盐类水泥)最优含量、尾砂混合土路基工程施工工艺、生物固化技术边坡防护施工工艺等，核心技术是多重固化技术条件下尾砂-碎石混合料的生产及工程施工工艺，流程图如图1所示。

实施案例如下：

使用原子吸收光谱仪(型号：GBC AVANTA M)和原子荧光光谱仪(型号：AFS-930)对尾砂试样进行化学成分检测，其结果如下表所示。

表2铜尾砂元素含量

由表2，对照《土壤环境质量标准》(GB15618-2008)中二级土壤标准(工业用地)的标准，可以发现除了铜元素有微量超标(超标8％)外，其余的元素都没有超过该标准规定的工业用地标准。

采用激光粒度分析，取样尾砂的颗粒组成主要分布在0～100um范围内，小于0.075mm的颗粒占95％，几乎完全由微粒组成。

下面具体说明碎石最小配比m的确定。

算法1(根据降低铜元素百分含量原则计算)：因为采矿废石几乎检测不到铜元素含量，这样为了保障尾砂——碎石混合料的铜含量比不超过上述标准，根据前述方法，换算出尾砂与碎石的混合料中的碎石质量百分比m₁<10％。

算法2(根据颗粒组成达到工程填筑材料要求计算)：按照道路填筑基层材料的要求，需要增加粗骨料使之成为砂性土填料。因此，根据粒径组成换算，至少要添加粗骨料(大于0.075mm粒径)最小含量m₂>20％。

综上所述，最后选定碎石最小配比m＝20％，即碎石料与尾砂控制质量比为20:80，其中碎石料由采矿废石破碎筛分后获取，如图1。

对尾砂——碎石混合料添加化学固化剂的方案。

为了保证尾砂——碎石混合料的CBR等工程指标达到规范要求，同时保证混合料形成板结，减小渗透性，从而最大程度减少重金属元素渗出，保护环境。根据该尾砂的特点，结合其作为道路填筑材料的要求，需要混合料在固化后强度大、水稳定性好、板体性好，具有遇雨水不易流失，稳定土层渗透性小，重金属元素不易带走等要求，固结剂选用无机化合物类土壤固化剂如水泥、石灰或石灰粉煤灰等。

本方案采用硅酸盐类水泥，优先选用终凝时间较长(6h以上)的低强度水泥。水泥稳定土的强度随水泥剂量的增加而增长，但过多的水泥用量，不经济，易开裂，经试验对比，水泥剂量为4％～8％较为合理。混合料摊铺含水量13％～17％，养护时间为7d。

固化尾砂--碎石混合料工程力学效果验证。

对尾砂与碎石按上述配比混合，按前述方法分层压实，采用试验所用仪器和器材有电动击实仪(型号：STDJ-3A)，进行CBR击实实验(平行三组)；同时作为对比，按同样方法击实(平行三组)，并在此基础上添加水泥，水泥用量及含水量控制按控制。未添加固化剂和添加固化剂的混合料击实结果分别如表3和表4所示。

表3 CBR实验结果(无固化剂)

表4 CBR实验结果(有固化剂)

对比表3和表4，显然，添加固化剂后的尾砂混合料实测CBR值更大，对照《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)，根据规范公路路堤、路床填料最小强度要求和压实度要求(如表5和表6)，可知该固化混合土完全满足规范要求。

表5路床最小承载比CBR(规范要求值)

表6路堤最小承载比CBR(规范要求值)

尾砂与碎石混合料环境影响效果验证。

为了评判尾砂与碎石混合料工程应用时对环境的影响，以此判断该混合料工程应用的可行性。须将混合料进行淋滤试验，试验装置采用PVC排水管等工程常用材料制作，可以根据本方案自制。装置图如图2所示。

尾砂碎石混合料试样采用同等配比，将含水率控制在最优含水率13％～17％(13％～17％)范围内，按不同压实度填入上述试样装置中，然后用淋滤喷头淋滤溶液(纯水的PH值为7；天然降水为模拟用水，用SO₄ ^2－：NO₃ ^－＝9：1(质量比)的酸母液配制PH＝5.6的酸性溶液)。淋滤速度参考《化学农药环境安全评价试验准则第5部分：土壤淋溶试验》GB/T31270.5-2014，结合本地区日最大降雨量达250.4mm(1954年6月)，一小时最大降雨量达52.2mm，淋滤速度为0.87mm/min，然后用原子吸收光谱仪(仪器型号TAS-990)测其重金属的渗出浓度,如下表所示。

表7渗出浓度分析

注：纯水的PH值为7；天然降水为模拟用水，用SO₄ ^2－：NO₃ ^－＝9：1(质量比)的酸母液配制PH＝5.6的酸性溶液。

除了表7所示的三种重金属元素有渗出以外，国标要求监测的其他元素都未渗出。且三种元素渗出量非常小，远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)标准，对环境影响可以忽略不计。

图1、图4和图5显示了本发明的基本生产、路基施工流程及边坡施工方案，具体说明如下：

1.砂石破碎生产线主要用于破碎开采废石，以形成混合料中的粗骨料部分，建议生产线为：颚式破碎机PE600*900一台、PEX250*1200二台、石子专用破碎机PFH1820一台、圆振动筛四台。也可结合企业自有的材料破碎生产线进行，不必另行购置，但破碎的粒径组别要符合混合料初配要求。

2.上述各生产设备均为预估，也可根据企业现有生产能力调整。

3.混合料为干拌，工程单位要用于路基填筑等工程时，建议按前述章节中的最优含水量，即15％，添加定量的水混合配置，并按建议的工法或国家规范标准进行压实即可，考虑实际折耗，建议实际工程配水量在15％±2％，附近取值较好。(此部分为建议用户采纳，不作为生产线基本要求)

4.尾砂填筑路基时，每层填筑完毕后，用推土机分层碾压。应采用湿法碾压施工，碾压时采用推土机静压→震动压路机震动碾压→静压的碾压工艺。达到设计高度后，用推土机进行调平，并进行复压后用平地机进行精平。精平后，将土工布按照设计幅宽沿边线纵向铺开、拉紧张平。相邻两幅土工布搭接宽度不得小于40cm，尾砂路基采用灌砂法检测压实度。在铺平的土工布上及时填筑当地低液限粉土或砂砾作为路基顶面封层，进行铺筑、碾压，以增加路床的密实性和稳定性。(如图4)

5.土工布边坡防护施工工艺主要有平整下承层—铺设土工布—加筋区填砂、碾压密实—土工布反包边坡。在土工布外侧的边坡由内向外依次覆盖粘土种植土，厚度不小于1m。(如图5)

本发明采用的淋滤装置为一种用于工程材料环境影响检测的淋滤试验装置，其包括支架1，支架1上固接有上承台2和下承台3，上承台2上固接有高位水箱4(用于收集雨水)，下承台3上固接有淋滤实验管5，淋滤实验管5包括相互连通的圆筒部5.1(用于填装工程填筑材料)和漏斗部5.2，圆筒部5.1的上端设置有与高位水箱4连通的喷淋结构6，漏斗部5.2的下端设置有出水结构7，漏斗部5.2的中部设置有卵石垫层8和滤网9，出水结构7的下端设置有淋滤出水量杯10。高位水箱4与淋滤实验管5之间设置有土体快速饱和进水管12，土体快速饱和进水管12一端与高位水箱4连通、另一端与淋滤实验管5连通，土体快速饱和进水管12内设置有阀门13。土体快速饱和进水管12一端与喷淋结构6的喷淋管6.1连通，另一端与淋滤实验管5的漏斗部5.2连通。圆筒部5.1的上端设置有与其连通的溢流管11。溢流管11的下方设置有废液池14。喷淋结构6包括带有喷头的喷淋管6.1、用于启闭的喷淋阀门6.2和流量控制开关6.3，以根据本地区最大降雨强度调整流量和喷淋速度。出水结构7包括出水管7.1和出水管阀门7.2。下承台3上固接有用于连接淋滤实验管5的卡环15。淋滤实验管5为PVC管或玻璃管。支架1与上承台2之间及支架1和下承台3之间设置有斜撑16。

应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：本方法用于将铜矿冶炼生产过程中产生的尾砂和碎石回收再加工，使两者形成一种工程填筑材料，

其步骤包括：

步骤一，尾砂和碎石最优配比的确定：

根据尾砂与碎石的混合料中各重金属元素含量在国标控制范围内的原则，选取合适的碎石质量百分比m₁，

根据尾砂与碎石的混合料中尾砂粒径大于0.075mm的粒组含量超过50％的原则，选取合适的碎石质量百分比碎石料质量百分比m₂，

取m₁和m₂的最大值作为尾砂与碎石的混合料中的碎石质量百分比；

步骤二，工程填筑材料的制备

在尾砂碎石混合料中加入适量硅酸盐水泥，均匀拌合及摊铺，保证铜尾砂混合料的含水量在最优含水量13％～17％；

步骤三，工程填筑材料的检验

对混合料样在同等配比条件下取样进行平行检测，检验时采用淋滤试验，冲淋工程填筑材料获浸出溶液，测试浸出溶液中重金属元素浓度与国家标准对比，各种重金属元素浸出浓度需低于国家标准方可进入工程应用环节；

步骤四，工程填筑材料填筑路基及边坡加固的施工工艺

施工过程中，采用湿法碾压的施工方法分层填筑路基，碾压时采用推土机静压→震动压路机震动碾压→静压的碾压工艺，每层填筑完毕后，用推土机沿纵向大至整平，并分层碾压，达到设计高度后，用推土机进行调平，并进行复压后用平地机进行精平；路基精平后，将土工布按照设计幅宽沿边线纵向铺开、拉紧张平，相邻两幅土工布搭接宽度不得小于40cm，在铺平的土工布上及时填筑当地低液限粉土或砂砾作为路基顶面封层；路基填筑完毕后，应将路基边坡部分按设计坡度用机械或人工整平，并进行边坡防护工程。

2.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤四中，路基填筑至路床时，可以因地制宜，采用当地较多的低液限粉土或天然砂砾进行铺筑、碾压，以增加路床的密实性和稳定性；尾砂路基采用灌砂法检测压实度,试坑应挖到填筑层中、下部位，去除填筑层表面1/3的松散层，检测填筑层中、下部位的压实度。

3.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：边坡防护工程的具体施工方法如下：

平整下承层→铺设土工布→加筋区填砂、碾压密实→土工布反包边坡；

土工布搭接宽度宜为15～30cm，每层填筑厚度为1m左右，填筑完成后及时将土工布反包边坡，并采用尼龙线拉紧缝制,以保证填料不会泄漏；土工布加筋区长度应伸入边坡滑动面2m以上，若每层填筑厚度较厚时也可满幅铺设土工布；反包完成的土工布材料应及时采用生态袋加种植土，生态覆土层厚度应不小于50cm；边坡防护形式采用挂网植草的生态护坡模式，在坡体两侧增植铜草花、狗牙根、香根草等植物，既可以增加固坡和景观效果，或者富集铜元素。

4.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤一中，采用浸出实验水平振荡法获取尾砂与碎石的混合料中各重金属元素含量；碎石中的各种重金属含量远低于国家标准，尾砂中的部分重金属含量超过国家标准。

5.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤一中，采用激光粒度分析仪分析获取尾砂的粒径分布；碎石的最大粒径小于或等于20mm，碎石的平均粒径不超过5mm。

6.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤一中，所述低强度硅酸盐类水泥的剂量占混合料的剂量4％～8％，所述硅酸盐类水泥的终凝时间6h以上。

7.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤四中，尾砂碎石混合料在道路工程填筑施工过程时，每层压实厚度不超过100mm；尾砂碎石混合料在道路工程填筑施工过程时，分层碾压时采用推土机静压→震动压路机震动碾压→静压的碾压工艺，完成后进行养护，养护时间宜为7d。

8.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤三中，试验时的喷淋速度和流量可根据当地最大统计降雨量换算，通过本发明自制试验装置实现同条件控制。

9.根据权利要求1所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：步骤三中，淋滤试验所采用的试验装置为一种用于工程材料环境影响检测的淋滤试验装置，其包括支架(1)，所述支架(1)上固接有上承台(2)和下承台(3)，所述上承台(2)上固接有高位水箱(4)，所述下承台(3)上固接有淋滤实验管(5)，所述淋滤实验管(5)包括相互连通的圆筒部(5.1)和漏斗部(5.2)，所述圆筒部(5.1)的上端设置有与所述高位水箱(4)连通的喷淋结构(6)，所述喷淋结构(6)包括带有喷头的喷淋管(6.1)、用于启闭的喷淋阀门(6.2)和用于控制流量和喷淋速度的流量控制开关(6.3)；所述漏斗部(5.2)的下端设置有出水结构(7)，所述漏斗部(5.2)的中部设置有卵石垫层(8)和滤网(9)，所述出水结构(7)的下端设置有淋滤出水量杯(10)。

10.根据权利要求9所述的一种力学—化学—生物联合固化铜尾砂及制备工程填料的方法，其特征在于：所述高位水箱(4)与所述淋滤实验管(5)之间设置有土体快速饱和进水管(12)，所述土体快速饱和进水管(12)一端与所述高位水箱(4)连通、另一端与所述淋滤实验管(5)连通，所述土体快速饱和进水管(12)内设置有阀门(13)。