一种机械化学活化的铜尾矿-矿渣-偏高岭土固废基灌浆材料的性能、机理与可持续性

《Coatings》：The Performance, Mechanism, and Sustainability of a Mechanochemically Activated Copper Tailings–Slag–Metakaolin Solid-Waste-Based Grouting Material

　　

摘要

本研究对低活性铜尾矿（CTs）进行了机械化学活化，并以此开发了一种铜尾矿—渣—偏高岭土注浆材料（CSM）。首先优化了机械研磨和Na₂SO₄掺量，随后采用单因素试验和响应面法评估了水固比、碱激发剂掺量和MCCT含量对浆体性能及抗压强度的影响。将铜尾矿干质量加入3 wt%的Na₂SO₄并研磨40分钟，所得活性指数最高，达84.5%。优化后的CSM配合比中，水固比为0.69，碱激发剂掺量为6.7 wt%，MCCT含量为干固体前驱体的35.5 wt%。验证试验结果表明，流动性为235 mm，泌水率为2.8%，凝结时间为165 min，28 d抗压强度为8.62 MPa，预测误差均小于5%。微观结构表征表明，机械化学活化细化了铜尾矿颗粒，增加了其结构无序度，并促进了硬化基体中富Ca–Si–Al–O粘结相和AFt类晶体的形成。在所界定的初步材料层面系统边界内，CSM的单位隐含能量、温室气体排放和材料成本分别比1 kg普通硅酸盐水泥（OPC）粘结剂基准低67.86%、82.87%和27.28%。结果表明，在采用评估边界内，CSM具有作为低材料层面环境负荷和低成本的充填加固注浆材料的潜力。