硫酸钙增强缓释能量材料(SREMA)的可持续矿物回收：绿色岩石破碎技术的突破

为解决传统爆破采矿的环境污染问题，研究人员通过将CaSO4引入缓释能量材料(SREMA)，系统研究了其对原位矿物回收(IMR)性能的影响。实验表明1% CaSO4可使膨胀压力提升15.3%至28.67 MPa，同时优化流变性和抗冲刷性。该研究为深部地下开采提供了环保型岩石破碎新方案。

　　

传统采矿爆破技术面临噪声污染、粉尘扩散和地面振动等环境挑战，而缓释能量材料(SREMA)作为一种通过水化反应产生膨胀压力的绿色替代方案，其性能受限于水下环境中的稀释和压力延迟问题。澳大利亚研究团队在《Materials Today Sustainability》发表的研究，创新性地将硫酸钙(CaSO₄)引入SREMA体系，通过多尺度表征揭示了其对材料性能的调控机制。

研究采用膨胀压力测试、等温量热法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和流变分析等技术。通过厚壁钢筒应变测量装置定量膨胀压力，结合同步温度监测；利用Bruker D8衍射仪和FEI Quanta电镜解析矿物相变和微观形貌；采用TA ARES-G2流变仪评估工作性能。

3.1 CaSO₄对SREMA膨胀压力的影响
1%添加量使膨胀压力峰值达28.67 MPa，较对照组提升15.3%。过量添加(>1%)会因水化动力学紊乱和二次相形成导致性能下降。

3.2 水化热测量
等温量热显示Ca-SREMA具有更持续的热释放曲线，表明CaSO₄延长了反应周期，与膨胀压力增强现象相关。

3.3 矿物学演变
XRD证实1% CaSO₄促进钙矾石(ettringite)和波特兰石(portlandite)形成，24小时生成量分别达8.27%和40.6%。过量CaSO₄会通过钙铝硅酸盐水合物(CASH)抑制有益相生成。

3.4 微观结构变化
SEM观察到Ca-SREMA中针状钙矾石晶体在2-4小时即密集出现，而对照组延迟至16小时。EDX证实硫酸根促进早期结晶，优化空间填充效应。

3.5-3.7 流变与工程性能
1% CaSO₄使粘度降低37%，冲刷损失减少至13.42%，在流动性与抗水性间取得平衡。但超过3%会导致流动直径从85mm降至65mm。

该研究首次阐明CaSO₄通过"硫酸盐-铝酸盐-C₃S"协同机制提升SREMA性能：适量SO₄^2-加速钙矾石成核，同时缓解铝酸盐对硅酸三钙(C₃S)水化的抑制。未反应的CaO(约36%)提示纳米化改进空间，为深部采矿应用指明方向。这项工作不仅将岩石破碎压力提升至工程适用水平，更为绿色矿业发展提供了材料设计范式。