金属矿山

甘德清, 　孙凌志, 　薛振林, 　刘志义, 　张　坤,

2025, 54(12): 1-7.

摘要 ( 68 )

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锂渣是含锂化合物提取过程中产生的固体废弃物,其资源化利用对固废治理具有重要意义。为了揭示锂渣对料浆流变性能的影响,分析了锂渣替代率、质量浓度和灰砂比因素对充填料浆流变性能的影响。通过方差分析结合效应量计算方法,量化评估多因素对料浆流变性能的影响权重,并采用量化加权图将分析结果可视化表征。通过扰动图分析因素变化对料浆流变性的影响,采用二次多项式逐步回归法对不同因素影响下的料浆屈服应力进行预测。结果表明:随锂渣掺量上升,料浆流动性能呈先下降后上升的非线性演化趋势。锂渣掺量为10%时,料浆屈服应力达到最小值28 Pa。质量浓度对料浆流变性影响最大,较高质量浓度料浆流动性显著减弱,随料浆质量浓度上升,料浆屈服应力呈现上升趋势,最大可达67 Pa。灰砂比由1∶4降至1∶8,料浆和易性得到一定增强。各因素对料浆流变性影响程度由大到小依次为质量浓度、锂渣掺量、灰砂比。本研究为预测充填料浆的流变性能提供科学依据,对锂渣资源化利用提供理论指导。

高寒地区露天矿技术研究的知识图谱构建与趋势分析

谭　洁　李萍丰, 　管伟明　孙嘉怡　赵明生, 　余红兵, 　陈　辉　唐洪佩

2025, 54(12): 8-17.

摘要 ( 26 )

PDF (3381KB) ( 50 )

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高寒地区露天矿面临着极端低温、剧烈温差、干旱缺氧、大风少雨等严苛自然环境,使得开采面临着巨大的挑战。基于CiteSpace文献计量分析方法,梳理了近年来高寒地区露天矿技术的发展脉络与研究热点。研究结果表明,现有成果主要集中于智能化装备应用、冻融循环影响机理、边坡稳定性分析以及生态环境修复等方面,但整体存在系统集成度低、动态响应能力不足、技术路径分散等问题;当前该领域的研究合作关系主要呈现出局部性和地域性,学术界与企业界的合作尚显不足;高寒露天矿的研究热点为冻融循环与边坡安全,未来的研究趋势为冻融循环对岩体微观结构的影响、寒冷地区边坡的智能化监测与稳定性优化等。最后,针对上述不足提出发展建议:需构建适应高寒环境的智能协同作业系统,发展融合多因素扰动机制的高寒地区边坡失稳预测模型,建立分区分类的生态修复技术体系,并引入全过程评估机制以提升修复效果的量化管控能力。

非等压条件下巷道围岩卸压技术适用性研究

赵洪宝, 　李作泉, 　程　辉

2025, 54(12): 18-28.

摘要 ( 18 )

PDF (3871KB) ( 17 )

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巷道所处应力环境对围岩卸压效果具有重要影响。为探究卸压槽对不同应力环境下巷道卸压效果及卸压适用性,采用理论分析、数值模拟和现场应用的方法对非等压条件下巷道围岩卸压技术适用性进行分析。研究结果表明:卸压槽开挖会使围岩浅部应力集中向深部转移。以侧压系数λ=1为分界,当λ<1时,巷道最大剪应力主要集中于顶底板浅部;λ>1时,应力集中区转向顶底板深部。侧压系数越大,卸压槽对巷道围岩的控制效果越好,但总体上更有利于巷道两帮的稳定性。随着侧压系数的增大,巷道两帮开槽优化比例基本呈负指数函数逐渐降低,顶底板开槽优化比例逐渐增加。结合对不同应力环境下巷道卸压效果分析,依据某矿井巷道围岩的应力特征,提出针对性的控制措施并取得了良好的应用效果。

冻融作用下含节理花岗岩中应力波传播特性

牛雷雷, 　陈廷钰, 　朱万成, 　骆　柯,

2025, 54(12): 29-36.

摘要 ( 19 )

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高海拔寒区岩体在长期冻融循环作用下,结构损伤严重影响应力波在岩体中的传播行为,从而影响爆破扰动响应和边坡稳定性。通过对花岗岩试样进行冻融循环试验,测试不同冻融次数下岩石的物理力学参数。利用 LS-DYNA软件建立数值模型,分析了应力波在完整岩杆和含裂隙岩杆中的传播特征。结果表明,随着冻融次数增加, 岩石强度和弹性模量降低,应力波传播速度减慢。冰裂隙的厚度、数量和间距增加均导致应力波衰减加剧,但影响程度逐渐趋于稳定。冻融循环与裂隙几何参数之间的交互作用是决定应力波衰减的主导因素,其中裂隙厚度和数量的影响显著大于裂隙间距和冻融次数。研究揭示了含冰节理岩体中应力波传播的规律,为高寒地区爆破振动研究提供理论支撑。

基于DFN-DEM的矿区裂隙岩体尺寸效应及卸荷力学特性模拟研究

冯兴隆　罗新飏　李　亮　刘新荣　龙肖霞　眭素刚,

2025, 54(12): 37-47.

摘要 ( 20 )

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矿区边坡岩体因裂隙分布复杂、尺度效应显著及卸荷响应机制多变,面临力学参数难以等效表征、破坏机制难以准确描述等问题。采用离散元软件PFC建立DFN-DEM耦合计算模型,分析了DFN分布下试样尺寸对裂隙岩体的应力—应变曲线、破坏过程与模式和表征单元体(REV)尺寸及力学参数值的影响,并探究了REV尺寸下试样的卸荷破坏过程。研究结果表明:随着试样尺寸增大,裂隙数量增加了结构的非均质性,其破坏特征由塑性主导的延性破坏逐渐过渡为弹性主导的脆性破坏;随着试样尺寸增大,裂隙岩体的破坏模式由集中脆性破坏逐渐演化为多区协同的渐进式破坏;单轴抗压强度随尺寸增大呈负指数衰减,弹性模量则先波动后趋于稳定。在此DFN分布下裂隙岩体的REV尺寸为11 m×22 m,REV单轴抗压强度为9.21 MPa,弹性模量为27.9 GPa;卸荷过程经历加载、应力维持、逐步破坏和最终破裂4个阶段,且围压越大,卸荷后结构越不稳定,裂纹扩展和力链瓦解越迅速。研究成果可为矿区离散裂隙边坡力学参数取值与稳定性分析提供一定的帮助。

基于应变监测的节理锚杆变形特征试验研究

李育宗　崔浩翔

2025, 54(12): 48-58.

摘要 ( 15 )

PDF (3631KB) ( 14 )

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岩体中广泛存在的节理面或不连续面对锚杆有明显的横向剪切作用,使锚杆呈现出拉剪或拉弯的破坏特征。基于锚杆与层状岩体的相互作用特点,开展了加锚节理直剪试验。采用尺寸为400 mm×400 mm×400 mm混凝土块体模拟围岩,研究了直径为12 mm的锚杆在不同锚固角度时的变形情况。采用应变计监测锚杆剪切过程中的应变变化过程,分析了剪切作用下锚杆变形特征及演化过程,揭示了不同阶段内锚杆变形机制。研究发现:剪切作用下, 加锚节理面的受力—变形存在3个不同的阶段,分别为弹性阶段、塑性强化阶段和失效破坏阶段。弹性阶段内,节理面附近锚杆以弯曲变形为主,锚杆轴向抗拉能力并未得到有效发挥;在塑性强化阶段,节理面附近锚杆因锚固角度的不同而相较于原始轴向产生了21°~55°的弯曲角,并以受拉为主;而失效破坏阶段对应的是锚杆达到其抗拉极限时钢筋发生的颈缩现象。剪切作用下,锚固灌浆体的破碎区与完整区分界线处对应的锚杆截面上将形成曲率最大截面, 该截面两侧锚杆横向剪切变形呈折线式分布;加锚节理岩体的塑性强化阶段内引起的锚杆变形主要发生在曲率最大截面与锚杆和节理面交点之间的区段。该研究结果可为节理岩体锚固模型的建立或修正提供参考。

超大断面硐室破碎围岩分阶段支护与稳定性控制技术

申逸凌　黄明清　路丰豪　苏永定　陈继伦

2025, 54(12): 59-69.

摘要 ( 14 )

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为解决破碎围岩以及高水平应力带来的超大断面硐室稳定性控制难题,以塞尔维亚某铜矿断面尺寸达 145.83 m2的破碎硐室为研究对象,从支护与围岩变形特性耦合以及弹塑性理论的角度出发,提出一种以“渐近应力释放—柔性让压—整体承压”为原则的围岩稳定性控制技术。通过FLAC3D数值模拟比较不同开挖支护方案,确定采用中部导硐分层正台阶施工法及“锚网喷+锚索+一次钢混”联合支护为硐室的开挖与支护方案。结果表明:通过小断面导硐形成应力释放补偿空间,硐室顶部塑性区内最大主应力比上分层一次成形降低7.18 MPa;预应力锚杆与锚索协同作用形成浅部组合拱悬吊效应,抑制破碎区扩展;喷射混凝土与钢混结构分阶段施工实现柔性让压向刚性承载的平稳过渡。联合支护后硐室顶板表面最大竖向位移减少88.17%,侧帮表面最大横向位移减少88.41%,塑性区体积减少39.17%,硐室表面不再形成贯通的塑性区。现场应用证实该围岩稳定性控制技术可保证破碎硐室的长期稳定性,为类似超大断面硐室的开挖与支护提供了参考。

倾斜荷载下岩石强度的高径比效应

李鹏程, 　李大忠, 　杨家冕, 　陈开河　潘　洪

2025, 54(12): 70-79.

摘要 ( 16 )

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掌握倾斜荷载下岩石强度的高径比效应是倾斜矿柱设计和稳定性分析的基础。以红砂岩为研究对象, 采用倾斜加载装置,开展5种加载角和4种高径比组合的20组岩石倾斜加载试验,获得每种加载条件下岩石的强度特征;在此基础上,建立了倾斜加载下岩石强度与高径比的线性函数关系,得出不同加载角下线性函数的截距和斜率均不相同,随着加载角的增大,截距变小而斜率增大;最后,基于Mohr-Coulomb强度理论,将高径比效应的力学机制解释为一种摩擦“端部效应”现象,且该效应受加载倾角的影响。研究结果表明,随着加载角的增加,岩石呈现单斜面剪切破坏;同一加载角,试样高径比越大,强度越低,与单轴压缩条件相比,在大倾角和高径比越大的组合试验方案下,岩石峰值荷载损失越多。研究结果对揭示矿柱等岩体工程强度的矿体/岩层倾角与尺寸效应具有重要意义。

攀西白马矿区钒钛磁铁矿粗精矿工艺矿物学特性研究

徐　建　李沛璇　亢建华　王　丽

2025, 54(12): 80-87.

摘要 ( 20 )

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钒钛磁铁矿资源是富含铁、钒、钛等多种关键金属元素的战略资源。攀西白马矿区的钒钛磁铁矿因矿物间嵌布关系复杂、解离困难,制约了铁精矿品质的提升。为查明其原因,研究以该矿区钒钛磁铁矿粗精矿为对象,采用扫描电镜(SEM)与矿物参数自动分析仪(MLA)等工艺矿物学研究方法,系统分析了其矿物组成、元素赋存状态及铁钛矿物的解离与连生特性。结果表明:粗精矿的TFe与TiO2 品位分别为55.01%和10.25%;钛磁铁矿(含量 79.81%)是主要有用矿物,其单体解离度为75.54%,未解离部分主要与绿泥石、钛铁矿、蛇纹石及尖晶石等矿物以复杂形式连生;尤为关键的是,部分钛磁铁矿内部固溶有微细的钛铁矿片晶,构成复合矿物相。研究证实,钛磁铁矿与脉石的复杂嵌布及其自身固有的“铁-钛”复合结构,是导致铁精矿品位难以提高且钛含量偏高的根本原因。研究为后续通过选择性磨矿实现提质降杂提供了关键的理论依据。

基于AMICS的辽宁某白云石矿石工艺矿物学特性与选矿意义

杨方圆　李鹏程　代淑娟　栾靖淳　董丽鑫

2025, 54(12): 88-93.

摘要 ( 15 )

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为高效利用辽宁海城某复杂共生的白云石矿资源,本研究综合运用X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)及矿物自动分析系统(AMICS)等分析手段,对其进行了系统的工艺矿物学研究。结果表明:矿石中主要有用矿物为白云石,含量达89.88%;主要脉石矿物为石英,含量为6.16%。白云石多以不规则块状、粒状产出,与石英嵌布关系复杂;其单体解离性良好,在解离度大于90%的区间分布率高达80.06%(累计94.41%)。元素赋存状态显示,镁(96.46%)与钙(99.96%)元素高度富集于白云石中,而硅元素(87.31%)主要分布于石英中。本研究明晰了该矿石的工艺矿物学特性,指出实现白云石与石英的有效分离是资源利用的关键,研究成果可为后续选矿工艺方案的制定提供重要理论依据。

能量对某磁铁矿石冲击破碎特性的影响研究

贾尚伟, 　徐壮飞

2025, 54(12): 94-100.

摘要 ( 18 )

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在磁铁矿石的破碎过程中,能量输入是决定矿物解离效果与磨矿质量的关键因素。然而,由于影响因素复杂,能量与解离特性之间的定量关系尚不明确。为此,研究旨在系统探究冲击能量对磁铁矿破碎特性、粒度分布、断裂形貌及解离行为的影响机制。采用落锤冲击试验机对特定粒级(2.00~1.18 mm)与层厚(1.45 cm)的磁铁矿颗粒群进行冲击破碎试验,运用分形理论对破碎产物的粒度分布进行统计分析,并借助扫描电镜(SEM)与AMICS-Min ing矿物自动分析系统对断裂形貌与解离特性进行观测。结果表明:破碎产物的粒度分布符合分形规律,其分形维数 D与比能呈线性正相关(拟合优度R2=0.95),可作为评估破碎程度的有效指标;随着冲击能量的增加,磁铁矿的断裂模式呈现规律性演变,由沿晶断裂经耦合断裂向穿晶断裂转变;磁铁矿的解离度随比能增加呈单峰分布,在最优比能 0.80 kWh/t下,0.038~0.019 mm粒级获得最高解离度(84.07%),表明适宜的比能可触发界面选择性破碎,从而高效促进矿物解离。研究证实,通过精准调控比能至最优阈值,可在实现解离度最大化的同时抑制过粉碎,为磁铁矿的高效节能碎磨工艺优化提供了重要理论依据。

石英磨矿行为优化研究

杜孟泽　聂轶苗, 　刘淑贤　王　玲

2025, 54(12): 101-108.

摘要 ( 16 )

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为提高石英磨矿过程中目标窄级别(0.074~0.038 5 mm)产品的产率并有效抑制过磨,研究以石英纯矿物为对象,采用卧式球磨机系统考察了介质参数(尺寸、配比、填充率)、物料参数(料球比、磨矿浓度)、磨矿时间及助磨剂(六偏磷酸钠、氯化铵)的影响。结果表明:在最佳磨矿参数(直径10、15、20 mm陶瓷球质量比3∶5∶3,填充率 20%,料球比0.1,磨矿浓度60%,磨矿时间30 min)下,目标粒级产率较直接磨矿提升25.59个百分点,过磨粒级 (-0.038 5 mm)产率下降23.94个百分点。助磨剂能进一步优化磨矿效果,其中六偏磷酸钠效果优于氯化铵,其用量为0.5%的情况下,目标粒级产率可在参数优化基础上再提升6.88个百分点,过磨粒级产率再降低3.97个百分点。最终,通过全流程优化获得了目标粒级产率达83.96%、过磨粒级产率仅5.05%的理想产品,显著提升了资源利用率。研究为石英的高效选择性磨矿提供了可靠的技术途径。

乙二胺四乙酸对铌铁矿反浮选的抑制行为及机理研究

胡轶文, 　王介良, 　曹　钊, 　汤家焰, 　吴　旭,

2025, 54(12): 109-117.

摘要 ( 11 )

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铌铁矿与赤铁矿因表面性质相近,导致其浮选分离极为困难。为实现二者的高效分离,系统研究了乙二胺四乙酸(EDTA)作为选择性抑制剂在苯甲羟肟酸(BHA)体系中对2种矿物的抑制行为与作用机理。通过纯矿物与人工混合矿浮选试验,并结合接触角、Zeta电位、FTIR及XPS等多种分析手段进行验证。结果表明:EDTA对铌铁矿表现出强烈的选择性抑制,而对赤铁矿可浮性影响甚微。在pH=8.0、EDTA用量75 mg/L、BHA浓度1.0×10-2 mol/L的条件下,纯矿物浮选中铌铁矿回收率被抑制至13.04%,而赤铁矿回收率仍高达91.52%;据此进行的人工混合矿分离试验,成功获得了Nb2 O5 品位为63.66%、Nb2 O5 回收率达83.33%的铌精矿。机理研究揭示,EDTA能优先与铌铁矿表面的Nb活性位点发生特异性螯合吸附,从而有效阻断了后续捕收剂BHA的吸附;相反,EDTA在赤铁矿表面的吸附作用微弱,无法干扰BHA的捕收。研究证实EDTA是实现铌铁矿与赤铁矿浮选分离的高效抑制剂,为解决该类共生矿石的分选难题提供了新方案。

新型组合捕收剂对绿柱石浮选性能的影响及机理研究

朱一民, 　胡佳吉, 　葛　婧, 　李思阳, 　刘　杰,

2025, 54(12): 118-123.

摘要 ( 15 )

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为解决绿柱石与石英、钠长石等常见伴生脉石矿物可浮性相近导致的分离难题,研究开发了一种新型阴阳离子组合捕收剂DG-1。通过纯矿物与人工混合矿浮选试验,系统考察了矿浆pH值、药剂用量对分选效果的影响,并通过接触角、Zeta电位及傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了DG-1的作用机理。结果表明:在最佳条件(pH= 8、DG-1用量30 mg/L)下,绿柱石纯矿物回收率达90.85%,而石英和钠长石的回收率分别仅为0.78%和0.69%,浮游差显著;三元人工混合矿(质量比为1∶1∶1)浮选可获得BeO品位11.85%、BeO回收率81.19%的合格铍精矿。机理研究证实,DG-1能选择性吸附于绿柱石表面,显著增强其疏水性,该吸附是物理与化学吸附共同作用的结果;而在石英与钠长石表面仅发生微弱物理吸附,对其可浮性影响甚微。研究为绿柱石的高效、选择性浮选提供了新型药剂与理论依据。

湖北某高钾胶磷矿石反浮选高效分离工艺研究

徐长明, 　何东升, 　唐　远, 　田承涛, 　廖秋实　李智力, 　付艳红,

2025, 54(12): 124-130.

摘要 ( 16 )

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针对湖北某高钾中低品位磷矿石资源化利用难题,本研究首先通过系统的工艺矿物学研究,揭示了其矿物组成与嵌布特性。结果表明,矿石中有用矿物主要为氟磷灰石,脉石以钾长石、石英为主,白云石少量,且与氟磷灰石嵌布紧密、连生复杂;矿石中微细粒级(-38 μm)占比较高。基于此,确定了“预先脱铁—反浮选脱硅—反浮选脱镁”的联合分选工艺,采用丁基黄药、醚胺类捕收剂H-1、磷酸及脂肪酸类捕收剂GW-01作为关键药剂。全流程闭路试验最终获得了P2 O5 品位31.96%、回收率86.78%的优良指标,精矿中K2 O、SiO2 、MgO及倍半氧化物(Al2 O3 + Fe2 O3 )含量分别降至0.99%、8.98%、0.54%与2.06%。该工艺成功实现了此高钾胶磷矿的高效回收利用。

木质素磺酸钠对磷灰石与方解石的选择性抑制及其粒级效应

栗明媚　赵礼兵　刘三阳　杨紫煊　易祖嵘　田　欣　韩　明　李万涛来有邦　武春涛　郭小飞

2025, 54(12): 131-138.

摘要 ( 18 )

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磷灰石是提取磷的重要矿产资源,在其浮选分离过程中,不同粒级矿物行为的显著差异严重制约了分选效率。为解决此问题,本研究以木质素磺酸钠(LS-Na)为抑制剂,系统开展了磷灰石与方解石(其主要伴生脉石) 的纯矿物及人工混合矿分级浮选试验,旨在探明其选择性抑制行为与机理。在自然pH及捕收剂BO(用量2 kg/t)条件下,研究发现LS-Na能有效实现磷灰石与方解石的浮选分离,且其抑制效果存在显著的粒级效应:对粗粒级(0.3~ 0.074 mm)抑制效果最强,仅需20 mg/L即可使两者回收率差值超过70%;随着粒度减小至中粒级(0.074~0.023 mm)和细粒级(-0.023 mm),实现有效分离所需的LS-Na用量增加,回收率差值分别约为60%和20%。机理研究表明,LS-Na在方解石表面的吸附强度远大于在磷灰石表面,这显著降低了方解石的疏水性(接触角由112.1°降至 17.5°),而对磷灰石影响较小(由110.3°降至84.9°)。傅里叶变换红外光谱与X射线光电子能谱分析证实,LS-Na主要通过其—SO 3 官能团在2种矿物表面发生化学吸附,但由于方解石表面的Ca2+活性位点更易与—SO 3 形成稳定的化学键合,导致LS-Na优先并牢固地吸附于方解石表面,从而实现对方解石的选择性抑制。本研究为木质素磺酸钠在矿物浮选,特别是含钙矿物分离中的应用提供了理论依据。

氧化镁替代铵盐实现离子型稀土中钇的绿色高效沉淀回收

龚　磊　贾文豪　周贺鹏　罗仙平　唐学昆

2025, 54(12): 139-144.

摘要 ( 13 )

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离子型稀土矿是至关重要的战略资源,其当前主流的铵盐沉淀工艺面临严重的氨氮污染挑战。为实现绿色高效回收,研究以钇为代表元素,探究了氧化镁作为新型沉淀剂对稀土回收的影响及其作用机理。通过系统试验,确定了最佳工艺条件:氧化镁以浆液形式添加、用量比为2.4、反应温度90 ℃、反应时间4 h。在此条件下,可获得沉淀率高达98.57%、纯度达79.55%的优质氢氧化钇产品。XRD、SEM及TG-DTG表征结果表明:氧化镁沉淀所得产物为无定形氢氧化钇,其表面粗糙、颗粒不均;该沉淀物经900 ℃煅烧2 h后,成功转化为结晶良好、形貌规整均匀的高纯度Y2 O3 。研究证实,氧化镁沉淀剂能够从根本上消除氨氮污染,为离子型稀土矿的绿色提取与原地浸矿技术的升级提供了可靠的理论依据与技术支撑。

某石英砂岩磁浮酸浸煅烧再酸浸联合除杂提纯工艺研究

聂轶苗　王　硕　杜孟泽　王　玲　刘淑贤　于晓东　王　龙　王　森

2025, 54(12): 145-149.

摘要 ( 14 )

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某石英砂岩表面可见明显的铁锈状浸染痕迹,石英颗粒多被黏土类矿物及硅质胶结物紧密胶结,杂质嵌布粒度细微且分布不均,主要含铁、钛杂质矿物包括黄铁矿、钛铁矿和磁铁矿等。为开发利用该矿石资源,开展了除杂提纯工艺研究。结果表明,SiO2 品位为98.07%的矿样经过碎磨、脱细脱泥、强磁选脱杂,再经过1次中性反浮选、1 次碱性正浮选,氢氟酸+磷酸混酸酸浸—煅烧再酸浸,最终获得SiO2 含量高达99.979%,总杂质含量降至212.1 g/t, 关键限制性杂质Al、Fe、Ti的累计总去除率分别达到98.58%、95.89%和87.95%的石英砂精矿,达到低铁石英砂质量标准。

基于改进GS-SVR的爆破振速及主频预测研究

张光权, 　黄灿灿　王梦佳　章　昊　温增睿

2025, 54(12): 150-158.

摘要 ( 10 )

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爆破振动会对周围居民及建(构)筑物产生危害,然而爆破振动预测技术存在过程复杂、易早熟收敛等问题。为了提高预测效率及精度,提出改进GS-SVR预测模型。通过改变网格搜索算法的搜索步长(改进GS),优化支持向量机参数,将最优核函数参数gamma和最优惩罚参数c组合应用于支持向量回归模型(SVR)。以某露天矿监测数据为基础,采用随机森林法处理原始数据,筛选出爆心距、单次爆破总药量、孔距米延时、排距米延时4项参数作为模型的输入参数,利用该模型对爆破振动合成峰值速度和主振频率进行了预测。结果表明,改进GS-SVR模型的收敛速度为10 s,精度可达99%,对比SVR、GA-SVR、PSO-SVR和Tabnet模型预测结果,训练效率和预测精度明显改善, 说明改进GS-SVR模型具有更好的泛化能力。研究提出的爆破振动速度和主频的预测模型为类似爆破工程提供了有效的预测方法。

混合动力矿用卡车最优能量管理及实时控制策略研究

李洪亮　张国靖

2025, 54(12): 159-166.

摘要 ( 12 )

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以混合动力矿用卡车的混合动力系统为研究对象,对其最优能量管理及实时控制策略进行了研究。基于确定性规则的能量管理策略实时性好,但很难实现燃油经济性最优。基于动态规划(Dynamic Programming,DP)的能量管理策略能够实现全局最优,然而难以实现实时控制。将2种能量管理策略进行整合,建立一种最优能量管理策略,并实现实时控制。首先利用DP算法获得混合动力矿用卡车的全局最优能量管理策略,对最优解进行整合并提取最优控制规则;然后设计基于最优控制规则的能量管理策略以实现在线控制,有效解决了规则策略仅能对“控制参数”优化、不能对“控制规则”优化的问题,完成了能量管理策略最优性和实时性的综合实现。将该能量管理策略在 AMESim-Simulink/Stateflow的联合仿真平台上进行仿真验证,仿真结果显示:基于最优控制规则的能量管理策略与基于DP能量管理策略的转矩分配曲线、动力电池SOC曲线、燃油消耗曲线等仿真结果逼近程度较高,证实了所提出的最优能量管理及实时控制策略研究的可行性和有效性。

复杂工况下旋回破碎机生产率理论预测模型研究

吴凤彪　冯　淦　孟　涛　王志霞　赵广辉

2025, 54(12): 167-174.

摘要 ( 11 )

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现有旋回破碎机生产率理论模型与实际生产数据存在明显偏差,限制了新规格设备的开发设计与优化应用。针对该问题,以Metso公司60-110E型破碎机为研究对象,从堵塞层特点出发,分析物料在破碎腔中以不同下落方式运动时的速度分布与区域特征,构建了考虑上拱区与下落区物料运动规律的生产率预测模型。在此基础上, 利用SOLIDWORKS与EDEM建立破碎机三维仿真模型,结合矿石物性试验参数对颗粒模型进行修正,模拟破碎过程并获得预测生产率。同时采集现场运行数据,开展理论预测、仿真分析与实测结果的对比验证。研究结果表明:在动锥底角82.41°、进动角0.342°、开边排料尺寸160 mm条件下,动锥摆速100~600 r/min区间内理论计算与仿真趋势基本一致,均表现为生产率随摆速先增大后减小,当摆速过高时生产率趋近于零。在130 r/min工况下,理论值与实测值的相对误差为6.58%,仿真结果与实测值误差为2.98%,均在10%以内,验证了模型的准确性。该理论模型能够较好地描述旋回破碎机生产率的变化规律,为设备设计优化与性能提升提供了理论支持,具有一定的工程应用价值。

声发射信号与SGE-DCNN自特征融合的滚动轴承故障诊断方法

林阳辉　陈孝鑫　周子豪　古莹奎

2025, 54(12): 175-182.

摘要 ( 14 )

PDF (3754KB) ( 42 )

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在低速、重载等低频状态监测工况下,传统的振动信号由于能量微弱、易受机械共振及背景噪声干扰, 难以有效捕捉早期的微损伤特征。针对现有智能诊断模型结构复杂、参数量大、计算成本高等问题,提出了一种基于声发射信号与空间分组增强—深度卷积神经网络(Spatial Group-wise Enhance - Deep Convolutional Neural Network, SGE-DCNN)的自特征融合故障诊断模型。利用格拉姆角场(Gramian Angular Field,GAF)将一维非平稳声发射信号转换为二维角度关系图像,将时序信号的动态特征与全局相关性编码为高维视觉模式,为后续深度特征提取构建了富含故障信息的图像数据集;再在深度卷积神经网络(DCNN)中引入轻量化的空间分组增强(SGE)注意力模块,通过分组增强机制在空间与通道双维度上自适应地强化关键故障特征,并抑制无关噪声干扰,实现了无需人工干预的深层特征自动提取与融合。试验结果表明:① 所提方法在包含外圈点蚀、内圈裂纹等多种故障模式的测试集上,平均识别准确率达到了96.54%;在强噪声环境下(信噪比低至2.5 dB),模型仍能保持较高的识别精度,展现出较强的鲁棒性。 ② 由于SGE模块的轻量化设计,模型在保持高精度的同时,其训练耗时与基准DCNN模型相当,证明了其在诊断精度与计算效率间的良好平衡。所提方法为解决轴承早期故障诊断中信号提取难与模型部署难的问题,提供了一种行之有效的技术途径。

重载铁路隧道泄压整流装置结构形式设计方案优选

王慧军　杨　锟　王　昊　撒占友　陶金旭　胡珂宁

2025, 54(12): 183-193.

摘要 ( 14 )

PDF (4118KB) ( 8 )

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针对重载铁路隧道因“活塞风”效应引发的矿尘污染与资源浪费问题,以梁家山隧道为研究对象,通过数值模拟与试验验证相结合的方法,系统探究了4种泄压整流装置(渐缩—等环型、等环—渐缩—等环型、渐缩—斜切—等环型、等环—斜切型)的结构形式及关键参数(渐缩段最大/最小断面面积比r、渐缩角β)对隧道入口流场的调控机制。结果表明:渐缩—等环型装置通过渐缩段收缩流道,降低隧道入口处的压力梯度,缓冲风压突变,结合等环段稳定环隙流流态抑制涡流生成,其综合性能优于多段组合或单一斜切结构的装置。当r≤1.4时,随r值增大,风压峰值随之降低;当r>1.4时,压力梯度有所回升。随β值增大,渐缩段侧壁对气流的引导作用增强,压力梯度沿程释放更充分,避免了压力在隧道入口处的集中积累。基于梁家山隧道现场实际,优选r=1.4,β=20°为泄压整流装置最优结构形式。工程验证显示,最优结构形式装置的应用可使隧道内最大风压降低60~100 Pa,矿尘浓度降幅达70%~90%, 能够实现对“活塞风”效应的有效控制,为同类工程提供了参数设计依据。

活性剂耦合磁化水降尘机理数值模拟及现场应用

王　刚　荆德吉, 　张文杰, 　马纪闯,

2025, 54(12): 194-200.

摘要 ( 11 )

PDF (2124KB) ( 12 )

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为解决煤矿井下粉尘污染严重,且常规喷雾降尘技术降尘效率低等实际问题,提出活性剂耦合磁化水降尘技术。以Comsol软件中液体雾化模型为基础,建立了喷雾液滴运动的仿真模型,得到不同降尘溶液的雾滴在特定气相流场中的变化情况。搭建活性磁化水喷雾降尘仿真试验平台,对比活性水雾磁化与普通水的降尘效率。试验结果表明,与常规喷雾降尘相比,活性磁化技术的全尘和呼尘抑制效率分别提高了4.8和16.5个百分点,充分证明活性磁化水可以有效地提高降尘效率。基于仿真试验设计了活性磁化水喷雾降尘装置,并应用于神东补连塔煤矿81号转载点。现场应用表明,与未处理水的普通喷雾相比,活性磁化水雾对呼吸性粉尘和全尘的降尘效率分别提高了 12.55和11.27个百分点。证明活性剂与磁化耦合增效技术可有效地提高降尘效率,为推动煤矿除尘技术发展具有理论和实践意义。

基于平衡图结构的边坡位移时空预测方法

郑海青　陈莹莹　孙晓云　陈　勇　靳　强

2025, 54(12): 201-207.

摘要 ( 9 )

PDF (2124KB) ( 7 )

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边坡位移监测在地质和土木工程领域中具有至关重要的作用,边坡位移的变化为预测滑坡和坍塌提供了关键依据。传统神经网络在进行边坡位移预测时通常采用矩阵或张量来处理数据,忽略了监测点数据间的空间相关性。图神经网络因能有效捕获图结构数据中节点间的空间关系而被逐渐应用于边坡位移预测领域。然而,传统的图神经网络在应用于边坡位移预测时,往往只设计一个图结构,无法捕获不同时间段内监测点时空关系的动态变化。针对这些问题,提出了一种基于平衡图结构的边坡位移预测模型,该模型结合了图结构学习和时间序列预测,能够捕捉多个监测点位移序列之间的潜在时空关系,提高模型的复杂关系建模能力。在预测模型中,引入多图生成网络 (MGN)和图选择模块,MGN可以适应不同时间段内监测点时空关系的动态变化,使模型更具有灵活性,图选择模块从MGN生成的图集中选择最优图,提高模型效率。为降低计算成本,引入“平滑稀疏单元SSU”稀疏化图结构。以石家庄某水泥厂矿山边坡位移监测数据为例进行验证,结果表明,所提预测模型在保证预测精度的同时,计算成本大幅下降,满足边坡监测预警需求。

混合式筑坝尾矿库漫顶溃坝演化过程与灾变规律研究

刘明生, 　刘子茜　蓝　蓉　罗玉龙　孙高月　杨松华　傅　灿

2025, 54(12): 208-215.

摘要 ( 14 )

PDF (5230KB) ( 11 )

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尾矿库混合式筑坝工艺结合单一筑坝方法优势,可充分利用尾矿堆积,降低筑坝成本,适应复杂地形。为探究混合式筑坝尾矿库溃坝过程行为特征,以云南省某混合式筑坝尾矿库为依托,基于相似理论和自主发明的混合式筑坝方法建立三维溃坝试验模型,开展2次降雨强度为80 mm/h条件下的尾矿库溃坝模型试验,分析其溃坝过程、淹没进程和对下游影响等变化情况。研究表明:混合式筑坝尾矿库溃坝过程中溃口发展呈阶段性特征,2次试验最终溃口均位于左岸,下游淹没范围随时间不断增加并趋于稳定,符合尾矿库漫顶溃坝的实际情况,溃坝浆体会对各敏感点造成不同程度的灾害影响。研究结果初步揭示了混合式筑坝尾矿库漫顶溃坝演化过程,为尾矿库安全设计与灾害风险管理提供了参考价值,后续研究可通过对比试验进一步验证混合式筑坝的工程优势。

融合改进A∗算法与VR技术的矿井应急路线设计

段　伟　王建国　郭建军

2025, 54(12): 216-222.

摘要 ( 15 )

PDF (1981KB) ( 7 )

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矿井突发事件中传统应急路线规划存在动态适应性不足、计算效率低及可视化交互缺失等问题,严重威胁了矿工安全。针对上述问题,提出了一种融合改进A∗算法与虚拟现实技术的矿井应急路线设计方法。首先,针对传统A∗算法在动态环境中的局限性,通过双向搜索策略优化路径搜索效率,引入动态代价函数增强对危险源变化的适应性,并结合坡度影响因子修正三维路径权重,构建了动态应急路线规划模型;然后集成VR技术开发了可视化交互系统,实现了路径动态调整、沉浸式演练与远程指挥功能。试验表明:改进A∗算法在23次迭代内收敛,路径设计耗时仅8.32 s,避障成功率达到97.79%。基于虚拟现实技术的训练使矿工逃生成功率提高至95.1%,较2D地图训练提升了24.6%。研究反映出所提矿井应急路线设计方案在优化路径规划效率的同时,增强了动态环境适应能力,结合VR交互系统的可视化演练与远程指挥功能,使矿工能够在沉浸式环境中熟悉逃生路径,并提升突发情况下的矿井应急救援能力。

矿山边坡变形预测的IQPSO-SVM模型

郭　琦　马俊杰　王林郁

2025, 54(12): 223-228.

摘要 ( 13 )

PDF (1780KB) ( 8 )

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实现矿山边坡变形监测分析,对于确保矿山安全生产具有重要作用。传统量子粒子群算法(Quantum Particle Swarm Optimization,QPSO)具有全局寻优能力强、控制参数少等优点,但易陷入过早收敛,影响预测精度。为此,引入自适应学习因子,动态调整粒子搜索策略,提升QPSO算法的全局搜索能力及防止过早收敛性能。同时,结合支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型在分类与回归问题上的优势,提出了基于改进QPSO(Improved QPSO, IQPSO)算法与SVM模型的集成预测模型(IQPSO-SVM模型)。该模型首先利用IQPSO算法优化SVM模型的超参数,使得SVM模型能够更好地处理复杂地质数据;然后,将优化后的SVM模型应用于矿山边坡变形预测。以某矿山边坡为例进行验证分析,结果显示:该模型对于矿山边坡变形的预测性能优于SVM、随机森林(RT)和PSO-SVM模型。

典型铅锌矿区重金属多介质迁移驱动机制与生态效应

赵恒谦, 　王蒙萌　吴艳花　毛继华　王雪飞, 　金　倩, 　袁　豪

2025, 54(12): 229-235.

摘要 ( 27 )

PDF (2240KB) ( 6 )

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为探究典型铅锌矿区重金属元素的迁移规律,本研究以河北涞源矿区为案例,通过系统采集土壤与玉米样本,综合运用内梅罗综合污染指数、地理探测器及统计学方法,揭示了重金属的空间分布特征及其生态效应。污染评价表明:研究区土壤中Cu、Pb、Zn、Cd为重度污染,Cr为轻度污染,Ni处于警戒线水平;重度污染样本占比高达 70.54%。地理探测器分析揭示,归一化植被指数(NDVI)与距尾矿库距离是驱动重金属空间分异的关键因子。统计分析进一步证实,Cu、Pb、Zn、Cd含量在水平方向上随距尾矿库距离增加而显著降低,呈现出清晰的水平迁移规律。在垂直方向上,玉米叶片与土壤中的Zn(A区)、Cd(B区)含量显著相关,证实了重金属的植物吸收与垂直迁移。此外,土壤重金属含量与玉米叶片叶绿素含量呈显著负相关,表明其抑制了叶绿素合成。本研究为理解矿区重金属迁移行为及开展针对性生态修复提供了科学依据。

甘肃某铅锌冶炼厂区土壤重金属污染特征、来源解析及健康风险评价

王　潇, 　汤　超, 　马宝强, 　吴明艳, 　宿　虎

2025, 54(12): 236-244.

摘要 ( 14 )

PDF (2014KB) ( 7 )

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为探究典型铅锌冶炼厂区土壤重金属污染特征、来源及其人体健康风险,本研究以甘肃省某废弃铅锌冶炼厂为对象,系统采集了39个表层土壤样品,测定了砷(As)、镉(Cd)、铜(Cu)、铅(Pb)、汞(Hg)、镍(Ni)、锌(Zn) 等7种重金属含量。综合运用地统计学、单因子指数法、内梅罗综合污染指数法、潜在生态风险指数法、正定矩阵因子分解(PMF)模型及人体健康风险评价模型,对土壤重金属的空间分布、污染程度、生态风险、来源解析及健康风险进行了全面评估。结果表明:研究区土壤呈碱性,除Ni外,其余重金属平均含量均显著超出甘肃省土壤背景值,其中 As、Cd、Hg和Zn的富集倍数最高,分别达背景值的13.15、25.28、71.52和11.03倍。空间上,As、Cd、Pb和Zn的高值区集中分布于废水处理区和生产车间。污染评价显示,As处于轻度单因子污染状态,内梅罗指数指示研究区整体处于轻度污染水平,但潜在生态风险指数表明其生态风险极强,主要贡献因子为Hg、Cd和As。PMF源解析识别出三个主要来源:冶炼污染源(贡献率52.19%)、粉尘沉降源(贡献率22.78%)和自然源(贡献率21.99%)。健康风险评价表明,土壤重金属对成人的非致癌风险指数接近阈值,而总致癌风险指数超出可接受水平,存在不可接受的致癌风险,其中As是首要致癌因子,且经口摄入为主要暴露途径。本研究为该厂区土壤污染风险管控与修复提供了关键科学依据。

几内亚铝土矿矿床特征、成矿规律及找矿方向

袁杨森　王滑冰　张　俊　张泽夏　郭景会　闫广厚　郭玉溪

2025, 54(12): 245-258.

摘要 ( 17 )

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几内亚拥有全球最为丰富、优质的铝土矿资源,目前是中国铝土矿资源的最主要供应国。研究几内亚铝土矿矿床特征、成矿规律及找矿方向,对于促进我国企业参与几内亚铝土矿资源勘查开发、保障我国铝土矿持续供应具有重要意义。在系统总结几内亚铝土矿资源禀赋和典型矿床特征的基础上,探讨了铝土矿的矿床类型和时空分布规律,划分了成矿区带。研究表明:① 几内亚已查明铝土矿资源储量巨大,居世界首位,探明资源储量主要集中分布在西部博凯地区、科贡河—托米尼河和法塔拉—弗里亚成矿区,资源品质较好;② 将铝土矿矿床类型划分为红土型、沉积—红土型和堆积型3类,以红土型为主;③ 铝土矿均赋存于红土风化壳中,高原台地和准平原弓(弧)形地貌是其产出的最佳地段;④ 成矿母岩主要为中生代玄武岩、辉长(绿)岩,其次为新元古代—古生代富铝泥质岩、粉砂质泥岩等;⑤ 成矿作用始于晚白垩世、最晚持续到早更新世,中—晚中新世是主成矿期。根据成矿条件、成矿规律和外部开发环境,将该成矿单元进一步划分为西部博韦盆地、中部福塔—贾隆高原和东部丁吉拉伊3个二级成矿带以及 12个成矿区(远景区)。

一种多尺度特征语义关联的矿区多源遥感图像融合方法

师　艳　李海军　剧成宇　吴志露

2025, 54(12): 259-264.

摘要 ( 18 )

PDF (2183KB) ( 8 )

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随着遥感技术的迅猛发展,获取矿区多源遥感图像已成为资源监测与评估的重要手段。然而,不同来源的遥感图像在空间分辨率、光谱特征和获取时间等方面存在显著差异,如何有效融合这些数据以提高矿区特征提取的精度是当前研究难点。为此,提出了一种多尺度特征语义关联的矿区多源遥感图像融合方法。该方法首先通过多尺度特征提取技术,利用图像金字塔和卷积神经网络,从遥感图像中提取不同尺度的空间—光谱特征。随后,采用改进的图卷积神经网络(Graph Convolutional Neural Network,GCNN)处理这些多尺度特征,通过引入特征传播机制和自适应权重调整策略,增强了网络对局部结构和全局信息的学习能力。最后,利用语义关联分析将地质背景知识与多尺度物理特征进行融合,通过余弦相似度度量特征间关系并动态调整权重,实现了物理特征与语义信息的有效整合。试验结果表明:所提方法峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR)达到35.2 dB,波谱角误差(Spectral Angle Error,SAE)降低至0.015,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为0.012,以及结构相似性指数(Structural Simi larity Index,SSIM)达到0.89,有效提高了高光谱数据的空间分辨率,同时保持了良好的波谱特性。该方法为矿区遥感监测提供了一种新思路,具有一定的实际应用价值。

基于深度残差网络的InSAR干涉相位滤波方法

马合飞　陈俊奇　张　帝　高延东　李世金　卞和方　杨化超

2025, 54(12): 265-274.

摘要 ( 12 )

PDF (4534KB) ( 8 )

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干涉相位滤波是合成孔径雷达干涉(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)测量数据处理的关键步骤之一,其结果精度将直接影响相位解缠精度,进而影响最终InSAR的数据处理精度。近年来,深度学习InSAR 干涉相位滤波以其优越的性能得到广泛关注,但其模型仍然存在泛化能力弱、干涉相位细节保持能力差等瓶颈问题。为此,提出了一种基于深度残差网络的InSAR干涉相位滤波方法,该方法在原有残差网络结构基础上,融入通道注意力模块,加强深度学习干涉相位滤波网络模型的泛化能力,同时增强深度学习干涉相位滤波结果的细节信息。针对干涉条纹边缘相位跳变问题,该网络模型以形变干涉相位的实部与虚部作为输入,从而有效保持密集条纹的边缘信息;运用模拟数据与实测数据进行试验,并与已有的空间域、频率域以及深度学习滤波方法进行对比分析。试验结果表明:在仿真数据中,所提出算法在均方根误差上提升近25%,结构相似性指数上提升近10%;在实测数据中,所提出方法可以更好地保留相位细节信息。

导电地质聚合物的设计制备与导电性能调控研究进展

王生强, 　王春梅, 　李　冠, 　李艳浩, 　　杨立荣, 　贾　援,

2025, 54(12): 275-285.

摘要 ( 13 )

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导电地质聚合物是传统地质聚合物经由导电功能相改性而发展起来的一类兼具环境友好性与多功能性的新型材料,旨在突破其导电性能瓶颈并拓展应用领域。论文通过系统梳理国内外相关研究,综述了其制备工艺、导电机理、微观结构与宏观性能之间的构效关系。研究结果表明:导电相的种类、掺量(如碳纤维逾渗阈值低至体积分数0.05%、质量分数1%石墨烯可提升电导率348倍)及分散工艺(如预混合法可降低电阻率超99%)是调控其性能的关键;通过扫描电镜(SEM)等微观分析揭示了“填料分散-界面结合-网络形成”是决定导电与力学性能的核心机制;碳基导电地质聚合物在其中表现尤为突出,展现出优异的综合性能。基于此,该材料在电磁屏蔽、智能传感与能源存储等领域展现出巨大潜力。论文最后指出了当前在分散工艺、界面调控及长效稳定性等方面面临的挑战,并对未来重点研究方向进行了展望。

从碱法固废到二次资源 ———赤泥组构特性与功能化利用研究进展

吴平川, 　庞吉辰, 　杨炳飞, 　郑艳金,

2025, 54(12): 286-294.

摘要 ( 15 )

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赤泥是氧化铝工业产出的强碱性大宗固体废弃物,其堆存引发的环境与空间压力日益严峻。为推动赤泥资源化进程,本文系统分析了国内赤泥的化学组分(富含Si、Al、Fe、Ti、Na、Ca及稀散元素)与矿物结构(以赤铁矿、针铁矿等无定形相为主)特征,并据此综述了其在有价元素回收与功能材料制备两大方向的资源化技术进展。结果表明:在元素回收方面,采用还原焙烧—磁选及酸浸法等技术,铁、铝的回收率实验室条件下可达90%以上;在材料化利用方面,赤泥可作为水泥原料、混凝土掺合料及胶凝材料等,部分赤泥基道路材料已进入试验应用阶段,且赤泥基吸附剂对铀、CO2 等均展现出良好吸附性能(如吸附容量分别可达59.45 mg/g与13.25 mg/g)。然而,我国赤泥当前综合利用率仅约12%,多数技术仍面临成本与工艺瓶颈。结论认为,未来需遵循“分级分类”原则,短期推广技术成熟的建材化利用以快速消纳存量,长期则需攻克有价元素高效提取的经济技术难题,最终实现赤泥的规模化、高值化与无害化利用。

硫酸盐侵蚀环境下电解锰渣基全固废充填材料的性能提升与机制

张细和　刘小明　刘　鑫　龙鸿枭

2025, 54(12): 295-300.

摘要 ( 14 )

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为实现大宗工业固废的资源化利用并提升矿井充填材料的抗硫酸盐侵蚀能力,本研究以电解锰渣、磷石膏及粉煤灰为主要原料,生石灰为激发剂,三异丙醇胺为改性剂,制备了电解锰渣基全固废充填材料。通过孔隙率测试、XRD与SEM等微观分析手段,系统研究了材料在浓度5%的Na2 SO4 溶液侵蚀下的微观结构演变与性能提升机制。结果表明:硫酸盐侵蚀可促进活性硅铝组分的溶出,进而生成钙矾石(AFt)、C-S-H和C-A-S-H等水化产物,有效填充孔隙,使材料结构致密化。当电解锰渣掺量为25%时,抗硫酸盐性能最优,侵蚀90 d后孔隙率由初始5.77%降至4.14%。三异丙醇胺通过络合Fe3+促进铁相溶解,参与形成更稳定的铁铝相钙矾石,进一步优化孔隙结构并增强长期抗蚀性。本研究为电解锰渣在抗硫酸盐矿井充填材料中的高效利用提供了理论与试验依据。

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