CO2 注入搅拌金尾矿浆体增强可持续胶结充填体性能研究

针对矿山尾矿处置与CO2 减排难题，研究人员创新性地提出通过CO2 注入搅拌金尾矿浆体（CGCPB）的常压碳化方法，替代传统高压碳化工艺。实验表明，最佳条件下材料抗压强度（UCS）提升11.6%，CO2 封存率达6.5%，孔隙率降低23%，实现了尾矿资源化与负碳充填的双重目标，为绿色矿山建设提供新范式。

　　

全球矿业正面临尾矿堆积与碳排放的双重压力。每年产生的120-140亿吨尾矿不仅占用土地，更引发如巴西布鲁马迪纽溃坝（造成65人死亡）等生态灾难；同时矿业贡献了全球约360亿吨CO₂
年排放量。传统高压矿物碳化(MC)技术虽能将CO₂
固化为CaCO₃
，但存在能耗高、成本大等瓶颈。胶结充填体(CPB)虽可稳定采空区，却缺乏碳封存功能。如何开发兼具结构强度与碳封存能力的充填材料，成为推动"双碳"目标下绿色矿山建设的关键科学问题。

中国某高校团队在《Journal of Cleaner Production》发表研究，创新性地提出通过CO₂
注入搅拌金尾矿浆体（CGCPB）的常压碳化方法。采用山东蓬莱金矿尾矿与白水泥(WPC)为原料，通过控制CO₂
注入时间（0-20分钟），系统评估了微观结构（SEM）、孔隙分布（压汞法）、力学性能（UCS测试）及碳化产物（TGA/XRD）等指标，并建立碳化-水化协同作用模型。

材料与方法
研究使用LS-POP(9)激光粒度仪分析尾矿粒径，通过微型坍落度试验表征浆体流动性，采用维卡仪测定凝结时间。碳化深度通过酚酞喷雾法量化，CO₂
封存量通过热重分析(TGA)中CaCO₃
分解峰（600-800°C失重）计算。

研究结果

Mini slump and setting time of CGPCB
CO₂
注入显著改变浆体流变特性：B-0.5组坍落度最大（260mm），而B-10组最低（220mm）。凝结时间呈现"双峰效应"——最佳注入时间10分钟时初凝/终凝时间为120/350分钟，但过量CO₂
（B-20）会导致凝结延迟。

Conclusion

1. 强度优化：10分钟CO₂
   注入使UCS达2.589MPa，较对照组提升11.6%，因CaCO₃
   生成与C-S-H凝胶共同致密化微观结构；
2. 碳封存机制：6.5%的CO₂
   以方解石形式固定，孔隙率从10.5%降至8.1%，微孔占比提升至60%；
3. 工艺窗口：碳化深度在10分钟达峰值9.36mm，但过长注入（20分钟）会因微孔堵塞导致强度下降12%。

该研究突破传统高压碳化限制，首次阐明常压搅拌条件下CO₂
-尾矿-水泥三相协同机制。每吨CGCPB可封存6.5kgCO₂
，若全球推广理论上年封存量可达7.8亿吨。未来需通过中试试验验证规模化应用潜力，并研究酸性环境下的长期稳定性。这项工作为矿业"废料-废气"协同治理提供颠覆性技术路径，对实现《巴黎协定》减排目标具有重要实践意义。