不同羟丙基甲基纤维素添加量的水泥质钨尾矿回填材料中的尺寸效应与损伤机制

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Size effect and damage mechanisms in cementitious tungsten tailing backfill materials with varying hydroxypropyl methyl cellulose dosages

钨尾矿制备水泥基充填材料（CTB）的力学性能与微观机制研究。通过不同尺寸（50/75/100mm）和HPMC掺量（0-0.35wt%）的CTB试样，发现HPMC增加导致抗压强度线性下降，75mm试样抗裂性最佳，微观显示尾矿颗粒紧密包裹，水化产物均匀交织。研究为优化充填流体性和绿色矿山技术提供理论支撑。

　　

摘要

深部采矿中尾矿储存问题及高应力环境已成为限制矿山安全性、效率与可持续性的关键因素。本研究探讨了利用钨尾矿制备胶凝回填材料（CTB）的潜力，并分析了不同尺寸的CTB在添加不同剂量羟丙基甲基纤维素（HPMC）后的宏观强度特性及微观损伤演化机制。实验中使用了底径分别为50毫米、75毫米和100毫米的样品，HPMC的添加剂量分别为0%、0.15 wt%和0.35 wt%。所有CTB样品的直径与高度比均保持为1:2。实验结果表明，随着HPMC剂量的增加（从0%增加到0.35 wt%），CTB的单轴抗压强度（UCS）呈线性下降趋势。其中75毫米×150毫米的CTB样品表现出较高的塑性和韧性，具有良好的塑性变形能力和能量吸收性能，这体现了尺寸效应的存在。HPMC在CTB浇筑过程中会形成连通的气泡，同时具有抗分离和抗渗漏特性，从而减少了尾矿的沉降。添加HPMC的CTB水化反应更加均匀，不同位置的Ca/Si原子比分布也更均匀。三种尺寸的CTB均表现出拉伸和剪切共同失效的现象，其中75毫米×150毫米的样品出现了宏观拉伸裂纹，而剪切裂纹较少。在微观尺度上，过量的钙矾石和水化硅酸钙相互交织并融合，钨尾矿被紧密包裹。这些结果为优化回填材料的流动性提供了宝贵数据，并阐明了固化材料在填充和提取过程中的强度变化及损伤演化机制。本研究有助于推动绿色、经济、安全且可持续的采矿技术的发展。