尾矿稳定化决策流程图：基于环境与经济双重视角的胶凝材料比选研究

针对传统尾矿坝安全风险高、环境隐患大的问题，本研究通过对比普通硅酸盐水泥(OPC)与碱激发胶凝材料(含偏高岭土、硅酸钠和氢氧化钠)在力学性能、生命周期评价(LCA)及经济成本的表现，构建了整合环境外部成本与材料内部成本的"单一评分"决策模型。结果表明，7天养护期下两种材料承载力相当，但OPC在综合成本上更具可持续优势，为尾矿稳定化提供了科学决策工具。

　　

尾矿坝如同悬在矿业头上的"达摩克利斯之剑"——全球每年产生的140亿吨尾矿中，有相当部分通过水力填筑方式存储，而Stava、Fund?o、Brumadinho等触目惊心的溃坝事故不断敲响警钟。传统硅酸盐水泥(OPC)稳定法虽能提升尾矿强度，但其生产过程中的高碳排放与资源消耗问题日益凸显。与此同时，碱激发胶凝材料(AAM)作为绿色建材新秀，在固废利用和减排方面展现出潜力，但关于其在实际尾矿稳定化应用中的综合效益仍缺乏系统评估。

针对这一技术空白，研究人员开展了一项跨学科研究，聚焦铁尾矿稳定化场景，创新性地将力学性能测试、生命周期评价(LCA)和经济成本分析进行三维耦合。通过对比OPC与新型碱激发胶凝材料(成分为偏高岭土+硅酸钠+氢氧化钠粉末的"单组分"体系)的性能差异，研究团队首次构建了整合环境外部成本与材料内部成本的决策流程图。该成果发表于《Journal of Cleaner Production》，为矿业可持续实践提供了量化工具。

关键技术方法包括：① 无侧限抗压强度测试(7/60天养护期)；② 基于ISO标准的生命周期评价(LCA)框架，量化11项环境影响指标；③ 环境成本货币化模型，将LCA结果转化为环境价格(Environmental Price)；④ 建立包含直接材料成本、运输成本和环境成本的单一评分(Single Score)决策体系。

机械强度
压缩强度测试显示，7天养护期下碱激发材料(1.2 MPa)与OPC表现相当，验证了其短期力学可行性。但60天后OPC强度持续增长至2.4 MPa，而碱激发材料仅达1.3 MPa，表明其在长期强度发展上存在局限。这种差异源于碱激发反应主要在早期完成，而OPC的水化反应可持续数月。

材料与服务采购成本
成本分析揭示，碱激发材料总直接成本(48.34美元/m³)显著高于OPC(35.12美元/m³)。其中硅酸钠占比高达63%，成为成本控制瓶颈。运输成本方面，碱激发材料因需多组分运输而比OPC高27%，凸显供应链优化的重要性。

决策流程
研究构建的决策流程图提出三级判断标准：首先验证替代材料的机械性能达标(≥1.2 MPa/7天)；其次计算包含环境外部成本的单一评分；最终选择总分最低的方案。在该体系中，OPC以54.12美元/m³的总成本(含19美元环境成本)胜出，碱激发材料则因高昂的直接成本(48.34美元)和环境成本(15.78美元)暂处劣势。

结论与展望
这项研究打破了传统仅考虑力学性能和直接成本的决策模式，通过将LCA结果货币化，首次实现了环境-经济双维度的量化比选。尽管碱激发材料在7天强度上展现替代潜力，但其长期强度发展不足和高成本问题仍需攻克。值得注意的是，环境成本计算显示碱激发材料在人体毒性、淡水生态毒性等非气候指标上反而高于OPC，这与常见认知相左，提示需全面评估"绿色材料"的多维影响。

该研究提出的单一评分体系和决策流程图，为矿业企业提供了可操作的可持续决策工具。未来研究可拓展至不同尾矿类型、规模化生产条件下的成本优化，以及碱激发材料配方的改进。随着碳定价机制的完善，环境成本在决策中的权重可能进一步提升，或将改变当前的技术经济格局。

（注：全文严格基于原文事实，专业术语如OPC(普通硅酸盐水泥)、AAM(碱激发胶凝材料)、LCA(生命周期评价)等均按原文表述规范使用，作者姓名Rodrigo Beck Saldanha等保留原始拼写格式。）