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当期目录

    2020年 第49卷 第06期    刊出日期:2020-06-15
    基因矿物加工专题
    专辑特约主编寄语
    印万忠
    2020, 49(06):  1-1. 
    摘要 ( 205 )   PDF (590KB) ( 392 )  
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    基因矿物加工工程,简称 GMPE(Genetic Mineral Processing Engineering),由孙传尧院士首次提出,是将“基因”的概念和思路引入到矿物加工领域,并逐渐得到了行业内的广泛认可。基因矿物加工工程是以矿床成因、矿石性质、矿物特性等矿物加工的“基因”特性研究与测试为基础,通过建立和应用数据库,并将现代信息技术与矿物加工技术深度融合,经过智能决策、模拟仿真和有限的选矿验证试验,快捷、高效、精准地选择选矿技术和工艺流程,为新建选矿厂的设计或老选矿厂的技术改造提供支撑的技术。2016 年,中国工程院设立了“基因矿物加工工程可行性及发展战略研究”咨询研究项目,为基因矿物加工工程的研究确立了方向,奠定了基础。基因矿物加工在浮选领域的研究与应用是目前最活跃的,为及时总结、系统报道矿物基因特性与矿物浮选关系的研究成果,《金属矿山》编辑部出版了“基因矿物加工在矿物浮选中的研究与应用”专辑,共同推进基因矿物加工工程与矿物浮选新理论、新方法、新技术、新应用等方面研究成果的传播。专辑共刊登了 21 篇涉及“基因浮选”方向的理论与研究论文,作者主要来自东北大学、中南大学、清华大学、西南科技大学、福州大学、内蒙古科技大学、安徽工业大学、山东理工大学、太原理工大学、北京矿冶科技集团有限公司、广东省资源综合利用研究所、中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所、成都利君实业股份有限公司、矿物加工科学与技术国家重点实验室、难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心、低品位难处理黄金资源综合利用国家重点实验室、固体废物处理与资源化教育部重点实验室等单位和研究机构。在此向全体撰稿人、审稿人以及编辑部同仁表示衷心感谢,希望本专辑的出版有助于促进基因浮选理论与技术的发展,从而为基因矿物加工研究体系的逐渐形成添砖加瓦。
    海水对矿物浮选影响的基因特性分析
    宋宁波, 孙传尧, 印万忠, 姚 金, 杨 斌, 柳 晓
    2020, 49(06):  2-8. 
    摘要 ( 220 )   PDF (1834KB) ( 584 )  
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    矿物浮选造成了大量淡水资源的消耗,利用海水选矿是解 决淡水资源短缺的一个有效途径。目前,海水选矿只应用在干旱缺水的沿海地区,不同地区不同矿床的矿 物存在基因特性差异。海水对矿物浮选的影响与矿物的基因特性密切相关,利用基因矿物加工技术研究两者之间 的关系有重要意义。综述了海水选矿在国内外的应用现状,介绍了海水对浮选的影响及其作用机理的研究进展, 包括海水对矿物界面水结构、矿物颗粒和气泡的性质、颗粒与颗粒间、颗粒与气泡间相互作用的影响。指出海水对 矿物浮选的影响是一个复杂的过程,海水能够减小气泡尺寸、增强泡沫稳定性及减弱矿泥的罩盖从而对矿物浮选产 生有利作用,然而 Mg2+、Ca2+离子在高碱度的矿浆中水解生成亲水性的羟基络合物或氢氧化物沉淀黏附在矿物表面 造成矿物表面疏水性下降,又会抑制某些金属硫化矿物的浮选。选择合适的浮选药剂能够削弱海水对浮选的不利 影响。关键词
    基因矿物加工专题
    粗颗粒浮选技术与装备研究进展与趋势
    肖 遥 , 韩海生 , 孙 伟, 胡岳华 , 卫 召 , 田 佳 , 彭 建
    2020, 49(06):  9-23. 
    摘要 ( 197 )   PDF (2500KB) ( 258 )  
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    矿物的粒度是影响矿物浮选的关键因素之一,粗颗粒浮选 不仅对于缓解碎磨压力、节能降耗具有重大意义,而且有利于尾矿的资源化利用,为无尾或少尾矿山提供 了新的解决方案,因此粗颗粒浮选对于绿色矿山建设意义重大。从颗粒表面特性基因和泡沫特性基因的角度出发, 结合基因矿物加工工程的理念,综述了国内外对粗颗粒浮选技术与装备的研究进展,分别总结了机械搅拌式粗粒 浮选、粗颗粒流化床浮选和泡沫中分选(SIF 法)浮选技术的原理及其优势和不足。重点对影响粗颗粒浮选过程中的 因素进行了探讨,明确了影响粗颗粒浮选的关键因素,常规浮选技术难以从根本上提升矿石分选的粒度上限,复 合力场与浮选的结合为粗颗粒乃至超粗颗粒的浮选提供了可能,将推动矿物综合回收率的进一步提升和尾矿资源 的高消纳综合利用。
    氧化锌矿物的表面性质与浮选关系研究综述
    罗利萍, 徐龙华 , 巫侯琴, 张祥峰
    2020, 49(06):  24-30. 
    摘要 ( 179 )   PDF (1226KB) ( 209 )  
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    氧化锌矿石结构和共伴生关系复杂,表面性质相似,浮选分离难度较大。氧化锌矿中有用矿物异极矿或菱锌矿在浮选过程中难以与含钙脉石矿物方解石和白云石有效分离。因此,对异极矿、菱锌矿及其含钙脉石矿物的表面性质以及其与浮选行为之间的关系进行深入分析可为其高效浮选分离提供理论基础。系统介绍了异极矿和菱锌矿及其含钙脉石矿物表面性质的研究现状,主要包括矿物的表面断裂键、表面润湿性、表面能、表面电性、表面溶解性等,并评述了矿物表面性质与浮选之间的关系。其中,表面断裂键决定矿物暴露面的活性位点;表面润湿性决定矿物天然疏水性;表面能与矿物吸附药剂能力有关,吸附能越负,药剂与矿物表面的相互作用越剧烈;在浮选过程中,带与矿物表面相反的电荷的捕收剂容易通过物理吸附导致浮选;有用矿物表面溶解的金属离子会活化脉石矿物,导致浮选分离困难。最后,对氧化锌矿物表面性质的未来研究方向进行了展望。
    十二烷基胺类捕收剂的取代基基因特性对其浮选性能的影响研究
    王本英, 徐新阳, 陈 熙 , 刘文刚 , 刘文宝, 崔宝玉
    2020, 49(06):  31-35. 
    摘要 ( 174 )   PDF (1415KB) ( 195 )  
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    为考察取代基种类和数量对十二烷基胺类阳离子捕收剂浮选性能的影响,通过浮选试验研究了含不同取代基的捕收剂对石英、赤铁矿单矿物的捕收性能,以及对石英/赤铁矿人工混合矿的分选能力。研究结果表明,甲基取代基的引入不利于阳离子捕收剂对石英和赤铁矿的捕收,随着甲基取代基数量的增加,石英和赤铁矿的浮选回收率均逐渐降低,但赤铁矿回收率降低速率更快;甲基的引入,有助于提升阳离子捕收剂的浮选选择性;随着取代基数量的增加,人工混合矿的分选效率逐渐增大。向阳离子捕收剂分子结构中引入含羟基(—OH)或胺基(—NH2)的官能团有利于其对石英的捕收,但引入含胺基的取代基以后,赤铁矿回收率也相应提高;向十二胺极性基中引入含羟基或胺基的取代基,能够提高人工混合矿分选效率,但引入含胺基的取代基后,人工混合矿分选效率增加效果不如引入含羟基取代基时明显。对试验捕收剂分子进行量子化学计算表明:随着引入甲基数量的增加,捕收剂极性基团的横截面尺寸增加,增大了药剂与矿物表面作用的空间位阻,导致药剂的捕收能力减弱,选择性增强;含胺基取代基的引入,可以增加极性基团的总电荷量,捕收剂与矿物表面的静电引力增强;引入含羟基的取代基后,能够在增强药剂与矿物表面氢键吸附作用的同时,增加药剂极性基横截面尺寸,从而在提高药剂捕收能力的同时提高了浮选选择性。在后续研究中,结合有机化学的相关知识来提取取代基的相关参数,以定量这种影响规律,从而明确取代基参数与阳离子捕收剂浮选性能之间的基因特性,可为构建一种基于取代基效应的阳离子捕收剂设计方法奠定基础。
    基于原矿矿物学基因特性的榴辉岩综合利用技术研究
    黄俊玮, 王守敬, 吴会军 , 李洪潮, 刘 磊, 雷晴宇, 赵恒勤
    2020, 49(06):  36-41. 
    摘要 ( 165 )   PDF (3346KB) ( 277 )  
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    为实现不同矿物学基因特性榴辉岩矿中多种有用矿物的高效综合回收,确定选矿工艺流程及预测分选指标,对江苏东海、山东日照及青海乌兰的榴辉岩矿进行了工艺矿物学研究及选矿试验评价。三地的榴辉岩矿可分成 3 个类型,即高磷高硫高钛粗粒型榴辉岩矿(江苏东海)、低磷高硫低钛粗粒型榴辉岩矿(山东日照)及高磷低硫低钛细粒型榴辉岩矿(青海乌兰)。原矿中以金红石形式存在的二氧化钛含量决定了金红石精矿富集的难易程度;杂质磷、硫的含量决定了金红石除杂应选用的工艺流程(反浮选、电选或酸浸);主要有用矿物的粒度大小决定了是否需要采用分级分选工艺和能否获得粗粒级精矿产品。金红石单矿物纯度、与其他矿物的嵌布关系是影响其选矿难易程度的主要因素;石榴子石和绿辉石的原生粒度、矿物内部碎裂情况是决定能否获得粗粒级石榴子石和绿辉石精矿的关键因素;硫、磷杂质的含量及赋存状态是影响金红石除杂工艺的决定性因素。
    影响典型铜矿物可浮性的晶体化学基因研究
    孙乾予, 印万忠, 宋振国
    2020, 49(06):  42-47. 
    摘要 ( 178 )   PDF (2008KB) ( 185 )  
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    为实现“基因矿物加工”系统工程建设,探究基因特征与铜矿浮选的关系,以具有代表性的铜矿物黄铜矿、斑铜矿、孔雀石、蓝铜矿和赤铜矿作为研究对象,通过 XPS、溶解性试验、Zeta 电位、接触角等测试分析及 MS 模拟计算等分析总结了含铜矿物的基因特征。通过浮选试验得到了含铜矿物的天然可浮性为:斑铜矿>黄铜矿> 赤铜矿>孔雀石>蓝铜矿;在乙基钠黄药(NaEX)、丁基钠黄药(NaBX)、异戊基黄药(NaIAX)和丁铵黑药体系下的浮选规律为黄铜矿、斑铜矿有较好的可浮性,而孔雀石、蓝铜矿和赤铜矿的可浮性较差,可浮性优异大致规律为:斑铜矿>黄铜矿>蓝铜矿≈孔雀石>赤铜矿;结合基因特征分析得出含铜矿物的天然可浮性规律与断裂面、断裂键密度和断裂键等基因特征有关,而在 NaEX、NaBX、NaIAX 和丁铵黑药体系下铜矿物的可浮性规律与铜矿物的禁带宽度和表面 S 元素含量基因特征有关。
    萤石的晶体化学基因特性量化计算与分子动力学模拟
    史新章, 曹 钊, 张金山, 王介良, 曹永丹, 董红娟
    2020, 49(06):  48-55. 
    摘要 ( 191 )   PDF (6574KB) ( 174 )  
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    通过 DFT 量化计算、分子动力学(MD)模拟研究了萤石的晶体化学性质及不同晶面与捕收剂油酸钠(NaOL)的作用构型和作用能等矿物基因特性,阐明了 NaOL 在不同萤石晶面的吸附机制。研究结果表明:萤石的 4 个常见暴露晶面为(111)、(110)、(311)和(100)面,其中(111)面的表面能最小,是萤石最稳定的解理面;萤石(111)面和(100)面有 100% 的 Ca—F 断裂键,NaOL 优先在其晶面以双核双配位最稳定构型产生键合,形成稳定吸附;萤石(110)面和(311)面分别含有 50% 和 17% 的 F—Ca 断裂键,水分子可与 F 原子形成氢键吸附造成晶面亲水,与 NaOL 的键合作用较弱。油酸阴离子在(111)面的作用能最强,而在(110)面的作用能最弱,因此可通过晶面选择性解离来调控萤石的浮选行为。关键词
    绿泥石晶体各向异性及与其可浮性关系研究
    李明阳 , 廉 德, 李 昊, 陈汪兴, 胡义明 , 高翔鹏 , 童 雄
    2020, 49(06):  56-61. 
    摘要 ( 175 )   PDF (6574KB) ( 237 )  
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    通过对-37 μm、37~44 μm、44~74 μm 3 个粒级绿泥石进行 X 射线衍射(XRD)分析、单矿物浮选试验、捕收剂吸附规律研究和分子动力学模拟,研究了绿泥石晶体的各向异性及与可浮性的关系。XRD 分析结果显示,随着绿泥石粒度降低,平行解理面的含量持续升高,层间解理面优先解离。浮选试验结果表明,3 个粒级绿泥石可浮性顺序为中间粒级(37~44 μm)>细粒级(-37 μm)>粗粒级(44~74 μm)。捕收剂吸附规律检测和分子动力学模拟结果显示:十二胺在绿泥石表面的吸附密度随绿泥石粒级减小而降低,而吸附量随绿泥石粒度减小而升高;十二胺主要通过亲固基氨基吸附在绿泥石(001)面,十二胺分子碳链主要沿绿泥石(001)面法线方向分布;与绿泥石(001)面相比,(100)面含有大量正电性金属离子,减弱了十二胺与绿泥石(100)的静电吸附作用,十二胺在绿泥石(100)面的吸附靶向度不高,为非有效吸附;绿泥石(001)面对十二胺的吸附强度大于(100)面。绿泥石晶体的各向异性表现明显,(001)面含量升高对绿泥石浮选有利,在阳离子捕收剂体系中,通过选择性磨矿,提高绿泥石层间解离效率是改善绿泥石选矿效果的关键。
    黄锑矿晶体及表面基因特性与可浮性关系研究
    王进明, 董发勤, 王毓华, 王肇嘉, 杨飞华, 杜明霞, 傅开彬
    2020, 49(06):  62-67. 
    摘要 ( 161 )   PDF (2054KB) ( 227 )  
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    采用第一性原理计算了黄锑矿体相、(001)表面以及水分子在其表面吸附的结构性质,利用 XPS 和表面电位分析了黄锑矿单矿物表面特性,讨论了黄锑矿晶体结构、表面性质与可浮性之间的关系,并利用单矿物浮选试验进行了验证。结果表明,黄锑矿中氧原子的活性较强,锑原子的活性较弱,水分子容易在黄锑矿的表面吸附,导致常规阴离子捕收剂难以吸附于黄锑矿的表面,而需要通过金属阳离子活化。黄锑矿在 pH>2.4 的范围内带负电,阳离子捕收剂通过静电作用,容易在黄锑矿的表面吸附。单矿物浮选试验中,铜离子活化后的黄锑矿可以很好地被油酸钠捕收,十二胺离子也可以很好地浮选表面荷负电的黄锑矿。矿物表面基因特性与矿物可浮性有很好的对应关系。
    基于密度泛函理论的锂辉石晶体结构及(110)面表面化学基因特性研究
    谢瑞琦 , 朱一民 , 刘 杰 , 李艳军
    2020, 49(06):  68-74. 
    摘要 ( 194 )   PDF (2601KB) ( 180 )  
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    基于第一性原理,利用 Material Studio 软件的 CASTEP 模块,对锂辉石晶体的布居、能带、态密度进行了分析,结果表明,锂辉石为绝缘体,其最有可能的荷正电的活性位点为 Li、Al、Si,荷负电的活性位点为 O。对优化后的锂辉石(110)面的表面能、弛豫、布居、态密度和差分电荷密度进行了分析。结果表明,所构建的锂辉石表面的表面能为 0.342 9 J/m2,该表面在 Z 轴方向的弛豫相对明显,其次是 X 轴方向,Y 轴方向的弛豫相对较弱。锂辉石表面的布居分析表明优化后的锂辉石(110)面表层原子价电子构型、布居、键长等均发生了变化。态密度分析结果表明(110)面表层的 6 个 O 活性不同,其在费米能级附近的态密度贡献大小为:O1>O2>O3≈O6>O5>O4。因此,O1 是锂辉石表面活性最高的原子,其次是 O2。差分电荷密度图也表明锂辉石表面缺电子位点和多电子位点交替出现,但得失电子程度不同,因此各原子表现出不同的化学活性。根据矿物基因特性,预测锂辉石容易与含—COOH、—CONHOH、—OSO2H 等易于与 Al 发生化学反应官能团的阴离子捕收剂作用,但捕收性能可能不佳;预测阳离子捕收剂如胺类捕收剂,以及金属离子活化剂如 Ca2+等,可吸附于锂辉石表面,产生较好的捕收能力和活化能力。关键词
    锂辉石、钾长石矿物基因特性及其可浮性分析
    于福顺 , 闫平科, 蒋 曼, 王建磊, 李 军, 安峰文
    2020, 49(06):  75-80. 
    摘要 ( 180 )   PDF (2531KB) ( 167 )  
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    通过量子化学计算、X 射线光电子能谱分析、矿物表面动电位检测、单矿物浮选试验等分析测试手段研究了锂辉石、钾长石 2 种矿物的晶体结构和表面性质,揭示其矿物基因特性与可浮性的关系。研究结果表明:锂辉石晶体结构中 Li—O 键和 Al—O 键相对容易断裂,Li+、Al3+金属离子最易从矿物表面解离出来,矿物表面具有相对较高的零电点;而钾长石晶体结构中的 K—O 键和 Si—O 键容易断裂,解离后的矿物表面容易与水中羟基发生吸附作用,使得矿物表面电负性较强,矿物零电点相对较低;锂辉石在阴离子捕收剂体系下的可浮性高于同体系下钾长石的可浮性,而在阳离子捕收剂体系下,锂辉石的可浮性低于同体系下钾长石的可浮性,矿物基因特性与及可浮性之间存在着较强的对应关系。研究结果验证了基因矿物加工工程研究对矿物加工工程实践具有重要的指导意义。
    钠长石的晶体化学基因特征及其可浮性预测
    王 燕 , 朱一民, 谢瑞琦 , 乘舟越洋, 李艳军
    2020, 49(06):  81-86. 
    摘要 ( 172 )   PDF (2189KB) ( 178 )  
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    基于密度泛函理论的第一性原理,采用 Materials Studio 软件的 CASTEP 模块对钠长石晶胞进行优化。计算结果表明:优化采用交换相关泛函为 GGA-PBESOL,k 点取样密度为 2×2 ×4,平面波截断能为 700 eV。Mulliken 电荷布居表明钠长石中,O 原子为电 子受体,其余原子均为电子供体;Mulliken 键布居表明 Na—O 键最易断裂, Na+会溶于水而使钠长石表面荷负电,易与阳离子捕收剂发生作用;能带结构表 明钠长石为绝缘体;态密度分析表明费米能级附近主要是由 O 原子的 2p 轨道贡献,所以 O 原子在参与化学反 应时活性较强,是矿物浮选的活性位点;构建钠长石(010)表面,原子层数为 3、真空层厚度为 1.5 nm,表面 Mulliken 键布居与体相键布居有明显差别,计算得此时表面能为 1.309 7 J/m2。研究结果可以从微观层面为锂辉石与钠长石的 浮选分离提供理论参考。关键词 钠长石 密度泛函理论 晶体结构 (010)面 可浮性
    磷灰石晶体及表面基因的第一性原理计算
    朱一民 , 张洋洋 , 南 楠 , 谢瑞琦 , 刘 杰
    2020, 49(06):  87-93. 
    摘要 ( 186 )   PDF (2918KB) ( 216 )  
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    基于第一性原理的 MS软件 CASTEP模块,首先对磷灰石矿物晶胞进行了 几何优化,计算得到了其能带结构、态密度、Mulliken布居,然后建立并优化了3种不同(001)表面,分别 计算其表面能,并计算了磷灰石(001)低能面的差分电荷密度。结果表明:磷灰石晶体的禁带宽度为 5.657 eV,属于绝缘体 ,其能带主要分布在-38.5~-15.1 eV 之间。O3—Ca1 键布居值最小,是断裂概率较高的键,且 O3 的 2p 轨道在费米 能级附近电子密度贡献最大,易作为活性位点参加矿浆里的物理化学反应。相对于 PO4终端面和 Ca1—Ca1 终端面, Ca1 终端面具有最低的表面能,性质最稳定,是自然界存在概率较高的表面。(001)表面的差分电荷密度分析表明 ,与 O3—Ca1 键相比,O3—Ca2 键共价性更强,键较难断裂,这与 Mulliken 键布居分析结果相符。磷灰石晶体和表 面的第一性原理计算结果可以为完善基因矿物加工数据库的建设和磷矿浮选药剂作用原理分析提供参考和指导。
    基于 CASTEP模拟的重晶石(001)面基因特性研究
    李思阳, 刘 杰, 韩跃新, 李艳军
    2020, 49(06):  94-98. 
    摘要 ( 202 )   PDF (2469KB) ( 196 )  
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    为了探究重晶石的可浮性规律,采用 Materials Studio 软件 CASTEP 模块对重晶石的原胞及解理面(001)面进行了表面基因特性研究。首先对重晶石原胞进行了结构优化,根据 与重晶石实际晶胞参数比对的方式确定了优化参数中的密度泛函为 GGA-WC,k 点取样为 4×3×4,截断动能为 530 eV。基于优化后的重晶石原胞创建(001)面,然后计算(001)表面电子态密度、Mulliken 电荷布居、键布居 及表面能等表面基本化学特性。计算结果表明:重晶石原胞中 Ba—O 键比 S—O 键的键长更长,因此断定 Ba—O 键键 能更小,断裂的概率更大;通过对(001)面上各原子的态密度与 Mulliken 电荷布居分析,可判定 Ba2+、—O-为(001 )面上主要的具有化学活性的位点。重晶石晶胞表面基因特性研究可为重晶石浮选过程中的表面活性位点的判定提供基 础,进而可以对矿物可浮性与浮选药剂的作用机理研究提供借鉴与参考作用。
    基于 CASTEP模拟的氟磷灰石与十二烷基磷酸酯作用机理研究
    南 楠, 朱一民, 韩跃新, 刘 杰, 张洋洋
    2020, 49(06):  99-103. 
    摘要 ( 179 )   PDF (1583KB) ( 255 )  
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    为探究十二烷基磷酸酯分子结构对氟磷灰石浮选性能的影响,采用量子 化学模拟手段,研究了十二烷基磷酸酯分子结构特性及其在氟磷灰石晶体表面的作用机理。采用 Materials Studio 软件的 CASTEP 模块,首先对分子态和离子态十二烷基磷酸酯的分子结构进行了优化,得到十二烷基磷酸 酯分子及其阴离子的净电荷、Mulliken 电荷布居、偶极距及最高占据轨道 (HOMO)组成和能量。结果表明,相对于十二烷基磷酸酯分子,十二烷基磷酸酯阴离子有更强的供电子能力、范德华作用能力和反应活性。对十二烷基磷 酸酯阴离子在氟磷灰石表面的相互作用模型进行了模拟计算,得到十二烷基磷酸酯与氟磷灰石之间的作用模型和 吸附能,十二烷基磷酸酯阴离子与氟磷灰石表面之间的吸附能为负值,二者之间能够自发发生吸附作用,并形成 化学键。通过单矿物浮选试验验证了模拟计算结果,即十二烷基磷酸酯可以作为氟磷灰石的浮选捕收剂。关键词
    硫酸铵对蓝铜矿硫化浮选的影响及基因机理分析
    盛秋月 , 印万忠 , 马英强 , 唐 远, 孙浩然 , 杨 斌
    2020, 49(06):  104-109. 
    摘要 ( 181 )   PDF (2302KB) ( 189 )  
    相关文章 | 计量指标
    氧化铜矿物作为铜矿资源的重要组成部分,提高其开发利用技术对于铜矿资源的高效综合回收具有重要意义,蓝铜矿是重要的氧化铜矿物,但自然可浮性较差,通常采用硫化浮选。通过单矿物浮选试验,考察硫酸铵对蓝铜矿硫化浮选的影响。通过矿物表面丁基黄药吸附量分析药剂作用前后矿物表面元素种类和含量的变化,以及药剂在矿物表面吸附能的模拟计算,研究硫酸铵对蓝铜矿硫化浮选的活化机理。结果表明,硫酸铵用量为 200 mg/L 时使蓝铜矿硫化浮选回收率由 44.15%(未添加时)增加至 60.03%,矿物表面 X 射线光电子能谱分析表明,硫酸铵使蓝铜矿矿物表面铜和硫含量增加,碳和氧含量减少,改善矿物表面硫化效果,增加矿物表面疏水性和丁基黄药吸附量。通过 Material studio 模拟计算结果表明,硫酸铵降低了丁基黄药以及硫化剂在蓝铜矿表面的吸附能,增加了丁基黄药和硫化钠在矿物表面的吸附稳定性,对蓝铜矿的硫化浮选具有活化作用。
    捕收剂 DXY-1在石英表面的捕收性能及机理研究
    杨雪莹 , 朱一民 , 李艳军, 谢瑞琦 , 乘舟越洋
    2020, 49(06):  110-113. 
    摘要 ( 172 )   PDF (1510KB) ( 170 )  
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    为研究醚胺类捕收剂 DXY-1 对石英的捕收性能和机理,首先进行了单矿 物浮选试验,之后对药剂与矿物吸附前后的 Zeta 电位进行检测并用 MS 软件模拟计算。结果表明,捕收 剂 DXY-1 在常温下对石英有良好的捕收能力,pH=10 时浮选回收率最佳,可达 98.0%。基于 MS 软件的 CASTEP 模 块计算了捕收剂 DXY-1 与石英矿物表面的吸附作用能,其值为负值且低于 OH-在石英表面的吸附能,说明 DXY-1 在 石英表面可以发生吸附且与 OH-相比,捕收剂 DXY-1 对石英的吸附作用更强。结合药剂与矿物吸附前后的 Zeta 电位检测和 MS 模拟布居数的计算结果表明,捕收剂 DXY-1 与石英(101)表面的吸附方式为静电吸附和氢键吸附 。
    孔雀石分段硫化浮选行为及动力学基因特性研究
    李 佳, 马英强, 周璞燏, 李 睿, 郭鑫捷
    2020, 49(06):  114-121. 
    摘要 ( 175 )   PDF (2787KB) ( 178 )  
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    为改善孔雀石的硫化浮选效果,通过浮选试验,系统研究了孔雀石单矿物分段硫化浮选行为及动力学基因特性规律,确定了孔雀石的最佳硫化浮选段数。结果表明:硫化时间过长,孔雀石可浮性降低,适量硫化钠能提高孔雀石浮选速率,但浮选速率随时间延长而降低;硫化钠用量为 4 mg/L,硫化时间为 1 min,丁基黄药用量为 80 mg/L 时,孔雀石可浮性最好;添加碳酸铵可以改善孔雀石的浮选效果,当碳酸铵用量为 50 mg/L 时,对孔雀石活化效果最佳;分段硫化浮选过程中,每段孔雀石的浮选速率高低与浮选药剂的质量分配比例有关;适当增加硫化浮选段数,可以提高孔雀石的总回收率;孔雀石的最佳硫化浮选段数为三段,各阶段浮选药剂分配比例为 4∶2∶2。
    基于矿物基因的某鞍山式磁铁矿高压辊磨— 干式预选新工艺系统研究
    丁亚卓, 丁海峰, 杨海鹏
    2020, 49(06):  122-130. 
    摘要 ( 177 )   PDF (4027KB) ( 178 )  
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    研究了沉积变质岩型磁铁矿的主要地质背景和矿物基因的关系,认为矿石的矿物组分、结构构造、嵌布特性、矿物共生关系等信息是矿物基因的内在表达;矿石力学特性、解离特性和分选特性是矿物基因的外在表达;而各种地质作用的交互式影响,是造成不同类型矿石甚至同类型矿石分选差异大的主要原因。利用 MLA 对本溪某超贫超细磁铁矿进行了矿物基因学研究,初步解释了该鞍山式沉积变质岩型磁铁矿形成过程中前期的各沉积作用及后期的各变质作用与该矿石的矿物基因表达之间的关系。针对该矿石的矿物基因特性,创新性地设计出高压辊解离调控碎磨—精准分选的新工艺和新装备,分选指标比传统高压辊湿筛湿选具有明显的优势。新系统装备在 1 000 万 t/a 的新建项目应后,顺利达产达标,取得了可观的经济效益。基于矿物基因特性的高压辊磨解离调控分选系统解决方案对其它鞍山式沉积变质岩型磁铁矿的大规模低成本开发利用具有重要推广价值,为中国钢铁行业合理开发和利用低品位难选铁矿资源、保障铁矿石国内供给提供了有力的技术支撑。
    基于融合建模的浮选药剂消耗预测研究
    高 鹏 , 张宁豫 , 张臣一 , 吴 剑
    2020, 49(06):  131-135. 
    摘要 ( 178 )   PDF (1632KB) ( 176 )  
    相关文章 | 计量指标
    浮选是选矿技术中常用的技术之一,为了使选矿工艺指标达到要求,需要加入捕收剂、抑制剂、活化剂和 pH 调整剂等药剂。药剂消耗在影响浮选工艺指标的同时也影响着选矿的成本,因此预测每天、周、月、年的药剂消耗量,对其进行定额管理是浮选作业中重要的研究问题,基于缺失数据填补技术采用融合建模的方法在原矿性质、浮选指标及药剂消耗之间建立带有混合效应的非线性模型,并预测 7 d(1 周)、30 d(1 月)、365 d(1 年)的浮选药剂消耗量。预测结果与生产数据对比表明,该模型实现了对选厂浮选药剂用量的短期精确预测。实际数据显示该方法对生产实践具有指导意义。
    Li、Na、K基蒙脱石的基因特性与其水化膨胀特性的关系
    李剑波, 董宪姝, 李宏亮, 樊玉萍, 马晓敏
    2020, 49(06):  136-141. 
    摘要 ( 181 )   PDF (2037KB) ( 221 )  
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    为了研究 Li,Na,K 基蒙脱石的基因特性对水化膨胀特性的影响,采用氯化锂、氯化钠、氯化钾对离心提纯后的怀俄明型钠基蒙脱石进行改型处理,制备出 Li、Na、K 基蒙脱石样品,并进行了水化膨胀试验,之后采用 ICP、FTIR、XRD、NMR 等方法分析了 Li、Na、K 基蒙脱石的元素含量、官能团种类、水化膨胀状态下层间距变化及水分赋存状态。结果表明,Li 基蒙脱石的羟基伸缩振动峰和羟基弯曲振动峰强度高于 Na 基和 K 基蒙脱石,改型蒙脱石的水化膨胀能力由强到弱排序为:Li 基>Na 基>K 基,Li、Na、K 基蒙脱石在水化膨胀状态下均有结合水和自由水 2 种水分,含水量排序为:Li 基>Na 基>K 基,水化膨胀后 Li 基蒙脱石的层间距增加最多,K 基蒙脱石的层间距增加最少。研究结论为揭示蒙脱石的结构内水赋存机理和综合利用提供了重要的理论基础。
    采矿工程
    裂纹几何配置对裂隙砂岩力学特性及破坏模式的影响
    田茂祥, 雷瑞德, 张 亮, 陈小平, 王 丰
    2020, 49(06):  142-149. 
    摘要 ( 158 )   PDF (11898KB) ( 209 )  
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    天然岩体常常包含不连续体,比如孔隙、裂隙、断裂以及其他缺陷等,这些缺陷的存在将导致岩体力学强度产生较大的劣化作用。为了研究不同裂纹几何配置对裂隙砂岩力学特性、裂纹扩展演化及断裂机制的影响,基于室内砂岩力学参数测试结果,借助颗粒流平行黏结模型对预制裂隙试样进行一系列的模拟研究。结果表明:当裂隙倾角恒定时,随着岩桥角度的增加,砂岩峰值应力与峰值应变呈现出先降低后增加的趋势;当岩桥角度恒定时,峰值应力与峰值应变随着裂隙倾角的增加而增加。初始裂纹从预制裂隙尖端萌生,起裂应力水平为 0.68σ c;累积微裂纹数呈指数函数形式增加;试样破坏形式主要有拉伸破坏、剪切破坏及拉剪混合破坏;岩桥贯通模式主要有间接贯通和直接贯通两类。
    基于中心复合响应面的覆盖层岩块粒径与密度实验分析
    杨 贺 , 路增祥, 张国建
    2020, 49(06):  150-155. 
    摘要 ( 164 )   PDF (2030KB) ( 129 )  
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    无底柱分段崩落法崩落的矿石与覆盖层岩石直接接触,使矿石损失贫化加大。覆盖层是保证井下正常生产的关键,覆盖层形成不合理会加大矿石的损失贫化。针对覆盖层岩石颗粒的粒度与密度,基于中心复合设计进行了实验,建立了粒度与密度对岩石混入率影响的二阶响应预测模型,对实验结果进行方差分析与显著性检验,检验结果表明预测模型的显著性较高,实验值与预测值的拟合程度良好。通过绘制三维响应面图,分析了粒度与密度的交互作用对混入率的影响,结果表明覆盖层岩石颗粒的粒度与密度对岩石混入率的影响情况呈现出非线性,当岩石颗粒的密度值在(3.05~3.46)×103 kg/m3时,增加岩石颗粒粒度有助于减少岩石混入。关键词
    深部地压控制技术与采场优化支护研究
    张瑞明 , 魏丁一 , 杜翠凤, 徐海月, 常宝孟 , 王 远
    2020, 49(06):  156-160. 
    摘要 ( 173 )   PDF (1877KB) ( 214 )  
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    为了合理有效地对深部地压进行控制,选取某矿作为研究对象,通过现场调研现有的主要支护手段,建立了分级支护模型,对巷道支护进行了设计。研究结果表明:U 型钢拱架、喷射混凝土、锚网和锚杆为目前的主要支护方式;在稳定性一般或较好的采场,单位面积所需锚杆为 0.67 根/m2,锚杆网度可适当调大为 1.5~2.0 m×1.5~ 2.0 m;若围岩过于破碎时,锚杆网度应严格按设计施工;根据巷道矿岩的工程质量,然后结合巷道使用时间、暴露面积及影响程度,得到支护等级指标 RQ 值,根据 RQ 值将巷道支护分成 5 级,最终确定各采场支护形式及支护参数,为深部安全高效开采提供科学依据。
    高硫超细全尾砂膏体充填配比强度试验研究
    张敏杰 , 张俊铭
    2020, 49(06):  161-166. 
    摘要 ( 175 )   PDF (1960KB) ( 196 )  
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    针对某铅锌矿尾矿具有富硫、颗粒超细的特点,在实验室进行了全尾砂充填料配比试验研究。认为尾矿富含黄铁矿对充填体强度影响明显,在充填体硬化过程中,首先引起充填体缓凝,使得短期强度存在一个上限值,进而生成的膨胀性水化物导致充填体开裂,造成后期强度劣化。由于颗粒超细,使得在合理的灰砂比下满足强度要求的质量浓度较高,建议料浆浓度不宜低于76%,该浓度下灰砂比为1∶8时可获得较高的短期和后期强度。灰砂比存在一个阈值,被认为是产生足够水化产物的最低值,该值应不低于 1∶25。充填料浓度和灰砂比对长期强度提升有着协同效应,在较高的质量浓度下,随着灰砂比的增加,使得长期强度的提升更为显著。
    分段空场嗣后充填采矿法集约化开采顺序优化研究
    任卫东, 范玉乾
    2020, 49(06):  167-171. 
    摘要 ( 212 )   PDF (2598KB) ( 218 )  
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    某矿山是一个水文地质条件复杂,生产多年的老矿山,矿山采用空场法开采,多中段同时生产,采场多,生产效率低,时有采场顶板冒落等问题发生,严重影响企业的安全生产。为了解决这些问题,企业采用了分段空场嗣后充填采矿法,虽然大大改善了采场回采的安全,但矿山采用多中段生产,造成中段间相互影响,生产效率低,且存在潜在安全隐患,本研究在分段空场嗣后充填采矿法的前提下,采用数值模拟软件,依据摩尔—库伦破坏准则,通过对拟定的不同开采顺序采场回采进行数值模拟,分析不同开采顺序采场的应力及位移的变化情况,从而能选择适合矿山的开采顺序,为矿山实现集约化、规模化开采提供了依据,对矿山的安全、高效、经济的回采有至关重要的意义,也为类似矿山的开采提供了借鉴依据。
    厚大破碎矿体采场矿岩冒落规律及影响因素研究
    李晓斌 , 勒治华 , 樊 硕 , 李新成
    2020, 49(06):  172-176. 
    摘要 ( 162 )   PDF (2563KB) ( 164 )  
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    自然崩落法矿岩冒落是拉底卸荷、矿岩冒落、直至形成平衡拱的过程,其本质则是不断重复该过程。矿岩冒落规律受其地应力、采场结构参数、矿岩物理力学性质等地质因素和工程因素的影响,目前的研究多是假定为二维模型,侧重于采用理论方法或数值模拟分析冒落过程和冒落拱形态,较少涉及三维空间的冒落过程研究。根据矿岩冒落过程的主要特征参数,建立了描述该过程力学特征的本构模型,并采用FLAC3D实现数值模拟,模拟研究了矿体赋存深度、侧压力系数、拉底形态及采场尺寸参数对矿岩冒落规律的影响,研究结论有助于指导现场实践。
    爆堆前冲和后冲距离的 GSM/GA-SVM预测模型
    何晓华
    2020, 49(06):  177-183. 
    摘要 ( 140 )   PDF (2265KB) ( 145 )  
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     借助支持向量机模型并考虑影响爆堆前冲距离和后冲距离的影响因素,提出了爆堆前冲和后冲的支持向量机(SVM)预测模型。结合工程实例和爆破作业方式,本次实验选择第 1 排炮孔的孔深、孔距、抵抗线距离、坡角、超钻长度、药量、炮孔堵塞长度,以及第 2~8 排炮孔的孔深、孔距、排距、超钻长度、药量、炮孔堵塞长度作为影响因素,以爆堆的前冲距离和后冲距离作为因变量,并分别采用网格搜索的方式(GSM)和遗传算法(GA)对基于支持向量机预测模型的超参数进行优化调节,利用从现场收集来的 40 组爆破实例构建和评价预测模型。最终的预测结果表明,从现场收集来的相关参数与爆堆位移之间构成一定的映射关系,结合启发式算法的爆堆位移支持向量机预测模型能够得到较好的预测精度。
    直立岩层边坡岩体的静态爆破参数试验研究
    周云涛 , 石胜伟 , 谢忠胜, 张 勇, 王林峰
    2020, 49(06):  184-190. 
    摘要 ( 143 )   PDF (3081KB) ( 189 )  
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    为了探索爆破参数对直立岩层边坡岩体的静态爆破影响效果,通过电测法测试了钢管试件中静态破碎剂产生的静态膨胀压,设计了考虑抵抗线、孔距、水平压力、布设方式等参数的静态爆破试验。试验结果得出:在径向约束条件下,静态破碎剂产生的膨胀压力随时间成指数增长趋势;在水平约束条件下,水平约束力越大,岩体开裂所需要的膨胀压越大,直立岩层岩体的残余水平构造应力是静态爆破设计的关键参数;钻孔裂纹贯通时间随孔距非线性增大,建议静态爆破设计孔距为 2~2.5 倍钻孔直径。进一步讨论得出:三角形布设方式的爆破效果明显优于矩形布设方式,直立岩层边坡岩体的静态爆破过程可分为岩体微裂、孔边裂纹扩展、裂纹密集发育和岩体碎裂 4 个阶段。
    西部鄂尔多斯矿区强矿压显现及顶板运动规律
    高学鹏 , 于凤海 , 任 强 , 张 闯 , 张远志 , 罗波远
    2020, 49(06):  191-197. 
    摘要 ( 161 )   PDF (2801KB) ( 172 )  
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    矿山压力显现研究对于围岩控制与动力灾害防治必不可少。为研究西部鄂尔多斯矿区矿压显现及顶板运动规律,基于红庆梁矿现场调研,分析了强矿压显现演化规律及其原因,建立了“软岩基本顶+砾岩关键层” 的覆岩结构及相应的计算模型。基于采空区矸石压缩变形理论,确定了下部垮落岩体对砾岩层的支承荷载参数并推导了砾岩层破断步距表达式。研究结果表明:受上覆硬厚砾岩层运动影响,300~340 m 推采范围为工作面强矿压显现区域,支架大面积泄液与煤壁大面积片帮为强矿压主要显现形式,最大片帮深度达 1.5 m。采空区垮落岩体对砾岩层有一定的支承作用,影响砾岩层的弯曲下沉及其破断步距,在此条件下的砾岩层运动过程可分为 3 个阶段,分别为未触矸阶段、持续弯曲下沉阶段、砾岩层破断阶段。模型计算的砾岩层破断步距为 306.9 m,现场验证为 320 m。上述研究可为相似地质条件下的超前支护设计和矿压显现控制提供参考。
    安全与环保
    湖北省磷矿资源生态开发效率评估与分类管理
    杜春丽, 任雪莹, 杜子杰
    2020, 49(06):  198-203. 
    摘要 ( 171 )   PDF (1723KB) ( 141 )  
    相关文章 | 计量指标
     以湖北省 13 个磷矿资源开发的县域城市作为评价对象,运用 DEA 模型和 Malmquist 指数对 2013— 2017 年湖北省磷矿资源的生态开发效率进行测度和分析,探索磷矿资源绿色开发路径。结果表明:湖北省磷矿资源生态开发综合效率不高,主要原因是规模效率较低;从 Malmquist 指数分析来看,尽管因行业绿色技术进步,湖北省磷矿资源生态开发的全要素生产率总体呈增长态势,但企业技术创新的不足、规模效率不高阻碍了全要素生产率的提升;进一步研究发现,湖北省县域间磷矿资源生态开发效率存在显著地域差异,必须在把握区域资源分布和经济技术发展水平差异性的基础上,坚持分类管理和精准施策,增强磷矿资源循环利用和矿山生态修复能力,进一步提升磷矿资源生态开发效率。
    极限平衡和数值方法在边坡工程中的应用
    秦鹏飞
    2020, 49(06):  204-209. 
    摘要 ( 200 )   PDF (1712KB) ( 236 )  
    相关文章 | 计量指标
    刚体极限平衡法和强度折减数值方法在边坡工程稳定分析中发挥重要作用,已经取得了许多重要的研究成果。文中对以简化 Bishop 法、Morgenstern-Price 法和通用条分法为代表的刚体极限平衡法的理论基础和计算过程进行了阐释,并将其与瑞典圆弧法、简化 Janbu 法及 Spencer 法等其他刚体极限平衡法的计算原理进行了对比分析,接着从计算方法、失稳判据和折减改进等方面对强度折减数值方法进行了分析,阐述了这 2 种方法在工程应用中的研究进展。边坡工程分析方法的进步,必将推动边坡工程治理向着精细化水平迈进。
    某矿山硫化矿堆自燃过程温度场时效分析
    王 明, 张建华, 叶永喜, 黄 刚
    2020, 49(06):  210-215. 
    摘要 ( 177 )   PDF (2030KB) ( 174 )  
    相关文章 | 计量指标
     针对某铜矿山硫化矿石的堆放,解决其硫化矿堆自燃的安全问题。考虑堆积体内部硫化矿石自身的氧化生成热、绝热温升2种升温模式,利用ANSYS建立矿山常用的靠侧壁三角形和平坦地基上梯形2种堆积体的温度场模型,研究2种堆积方式同体积下硫化矿石堆内部温度场及自燃区域随时间的变化规律。通过计算模拟,获得堆积体内部不同时刻温度场分布图、自燃区域分布图。研究结果表明采取防治措施应在日升温为6 ℃以前的阶段;相同体积下表面积更大的矿堆形状,内部升温速度更慢、自燃时间更短。根据研究结果推荐采用梯形堆放方式,以及相关防治措施。
    利用测量机器人进行联系测量的方法与精度分析
    刘少春
    2020, 49(06):  216-220. 
    摘要 ( 179 )   PDF (1654KB) ( 251 )  
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    联系测量是进行矿山控制测量的一项重要工作,传统的联系测量是通过矿井定向和高程传递两种方式实现,对测量条件要求较高且测量误差较大。因此,随着测量仪器的自动化、智能化程度越来越高,需要开展自动化程度和效率高的联系测量方法研究。提出了采用测量机器人与陀螺全站仪联合进行联系测量的方法。分析了利用测量机器人测三角高程代替水准测量进行高程传递,以及利用测量机器人测导线和陀螺全站仪进行定向的精度。针对井上下连接测量时井下测量机器人寻找上部棱镜困难的问题,研制了连接专用工具,并结合工程实例进行了方法可行性验证。研究表明:该方法能够满足矿井联系测量精度要求,与传统方法相比具有技术可行、精度可靠、简单方便的优点,有较好的应用价值。