金属矿山

于庆磊 , 郑浩田, 勒治华, 蒲江涌

2022, 51(08): 1-8.

摘要 ( 140 )

PDF (5048KB) ( 393 )

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金属矿山的充填采场在上覆岩层的挤压作用下,充填散体与围岩或矿柱产生强烈相互作用,认清这种相互作用规律及其影响因素对评价覆岩变形具有重要指导意义。本研究采用颗粒流数值软件 PFC2D 构建了充填散体与岩柱相互作用模型,通过室内试验对模型细观参数进行标定并开展充填散体侧向约束下岩柱轴向压缩数值模拟试验,再现充填散体与岩柱相互作用演化过程,分析充填散体颗粒大小、级配和弹性模量等散体结构参数对其相互作用的影响。模拟结果表明:岩柱的侧向变形挤压充填散体,散体反作用于岩柱,并对其提供被动侧压力;随着岩柱侧向变形的增大,充填散体内部颗粒之间接触力链强度逐渐增强,充填散体岩柱之间相互作用逐渐增大,从而使岩柱峰值抗压强度得到提升;同时,由于充填散体的被动约束作用,岩柱发生变形破坏后仍具有残余抗压强度。此外,这种相互作用剧烈程度随充填散体颗粒粒径增大而减小,随充填散体密实度和弹性模量的增大而增大。

考虑接触面倾角的充填体—围岩组合体能量特征分析

卢宏建 , 王奕仁, 张友志, 薛振林

2022, 51(08): 9-19.

摘要 ( 121 )

PDF (4876KB) ( 320 )

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为研究充填体—围岩组合体能量特征,以空场嗣后充填采场为物理原型,将充填体与围岩系统考虑,概化出接触面非线性特征下不同接触面倾角的充填体—围岩组合体实验室尺度模型,基于单轴压缩试验对包括 7 个角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°),2 种灰砂比(1 ∶4、1 ∶8)充填体—围岩组合试块的变形、声发射特征和能量耗散特性进行了系统分析。结果表明:接触面倾角 0°、15°和 30°时,组合体破坏发生在充填体区域;接触面倾角 45°和 60°时, 组合体破坏发生在充填体和接触面区域,沿接触面有剪切滑移现象;0° ~ 60°组合体破坏过程声发射能率表现为多点小幅度突增现象,累计能量曲线阶梯状现象明显。接触面倾角 75°和 90°组合体破坏发生在充填体、接触面和围岩区域,破坏过程声发射能率表现为“多点突增—持续增大—激增”的变化趋势,幅值数量级高,累计能量曲线平滑。不同接触面倾角组合体试块的弹性能和耗散能曲线在应力峰值前变化规律一致,呈非线性增加,耗散能曲线斜率随接触面倾角增加逐渐减小。峰后破坏阶段曲线变化规律与组合体破坏形式有关。能量耗散率曲线呈“先增大,后减小”变化规律,随接触面倾角变化,峰值个数和出现位置不同。声发射累计能量和能量耗散率曲线斜率变化特征与组合体试块破坏过程中裂隙发育、发展、贯通和失稳信息相关性好,可为组合体破裂预测提供有效前兆信息。

马郡城铁矿“三下”开采隔离层厚度及回采顺序研究

孟凡明, 匡鑫, 王祯, 孙晓刚, 袁龙, 邱景平

2022, 51(08): 20-26.

摘要 ( 92 )

PDF (2043KB) ( 324 )

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在金属矿山“三下”开采过程中,隔离层是保证地表构建筑物安全和地下采场安全开采的重要部分,其合理的留设厚度对于实现矿山安全高效生产具有重要意义。针对马郡城铁矿矿区内东南角地表存在马郡河以及木材厂、民房等建构筑物,造成矿区 10 线以东矿段复杂难采的问题,通过结构力学法和 K. B. 鲁别涅依特理论等 5 种方法分别对隔离层厚度进行估算,其厚度范围为 16~ 36 m。采用 ANSYS 软件构建矿区三维模型,结合 FLAC3D 模拟分析不同隔离层厚度条件下第四系底部围岩稳定性特征及地表沉陷规律,并对矿块回采顺序进行优化。结果表明:矿块合理的回采高度上限为 40 m,隔离层安全厚度为 19 m,在估算厚度范围内,验证了理论计算结果的合理性;矿块回采顺序为从右至左时对地表河流及建筑物影响最小。研究结果为马郡城铁矿矿区东南角安全高效开采提供参考依据。

直墙拱形巷(隧)道岩爆卸压孔解危效应试验研究

王宇晨, 张晓君, 刘啸

2022, 51(08): 27-33.

摘要 ( 60 )

PDF (4435KB) ( 309 )

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针对岩爆卸压孔解危效应研究的不足,开展了未含卸压孔和含卸压孔的直墙拱形巷(隧)道花岗岩试样双轴压缩试验,分别建立了基于能量释放量的巷(隧)道围岩损伤变量表达式、基于岩石微元破坏概率的巷(隧)道围岩临空面发生劈裂破坏的损伤变量表达式和临空面内部发生剪切破坏的损伤变量表达式,分析了岩爆卸压孔解危效应损伤演化。结果表明,与未施工卸压孔相比,施工卸压孔后其承载能力明显下降,同时整体破坏时的应力降低率也明显下降,同等情况下的变形也有所增加;直墙拱形巷(隧)道破裂演化均从卸压孔两侧开始,产生明显的翼裂纹并扩展至边界,卸压孔由圆形变成椭圆形;施工卸压孔的巷(隧) 道两侧帮破坏不严重,破坏主要集中在卸压孔位置,巷 (隧)道围岩破坏范围大为缩小,破坏程度大为降低,卸压孔起到了明显的岩爆解危效果;卸压孔控制着整个直墙拱形巷(隧)道围岩破裂演化的进程,对围岩破裂演化起到了关键性控制作用;含卸压孔的巷(隧)道围岩损伤演化与围岩临空面发生劈裂破坏的损伤演化进程基本一致,未施工卸压孔的巷(隧)道损伤演化与临空面内部发生剪切破坏的损伤演化进程基本一致,施加卸压孔使巷(隧)道围岩破裂演化向完全劈裂方向演化发展,可以通过劈裂和剪切损伤演化进程来预测岩爆的发生。

构筑物下深部压煤间歇协调开采方法研究

柴华彬 , 耿思佳 , 胡吉彪, 张育民

2022, 51(08): 34-41.

摘要 ( 57 )

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地下采掘活动会对地下浅埋古文物造成不同程度的破坏和扰动。鉴于矿区内潜水位较高,在综合考虑文物保护、地质和水文条件、开采设计等因素的基础上,根据多工作面协调开采原理,提出了适合于构筑物下深部压煤的间歇协调开采方法。应用间歇协调开采方法合理设计出了构筑物下深部压煤间歇协调开采的尺寸和时序,给出了相邻工作面相错距离、工作面宽度和工作面煤柱稳定性验算的计算公式。基于地下开采引起的地表移动规律,选取了该矿区地表沉陷预计参数。利用概率积分法对各间歇阶段开采后的地表移动和变形进行了预计,分析了各阶段试验区内地表移动和变形情况,对矿区深部压煤条件下古文物遗址内构筑物保护性开采方案进行了优化设计,从而确保地表整体同步缓慢下沉与变形。理论和实践研究表明:在浅埋古文物深部压煤条件下,采用间歇协调开采,古文物内地表不均匀下沉和变形得以叠加缓解,损害程度小于Ⅰ级,不仅实现了浅埋古文物的有效保护,还可以最大限度地解放地下煤炭资源。

超大直径竖井全断面掘进机施工地层扰动规律

冯东林, 刘飞香, 吴怀娜, 刘在政, 姚满

2022, 51(08): 42-49.

摘要 ( 48 )

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超大直径全断面竖井掘进机施工过程中刀盘推力会使围岩受到剧烈扰动。针对竖井掘进机施工过程进行数值模拟,探明不同围岩条件下的机—岩相互作用,围岩应力、位移场及塑性区的分布及演化规律。结果表明:围岩应力受开挖深度、围岩条件和离刀盘开挖面的距离影响,刀盘盾体与井筒结构交界处、刀盘开挖面边缘及刀盘内圈会出现应力集中现象;强风化围岩条件下围岩径向变形最大值为 7. 33 mm,距离竖井 1D(D 为竖井直径)掘进施工扰动影响可忽略;围岩塑性区范围随着围岩条件的劣化和开挖深度的增长呈扩张趋势;先导掘进装置盾体对开挖面内圈岩体形成约束,刀盘切削挤压岩体时被约束的岩体应力集中,导致内圈刀盘磨损及所需切削扭矩和推力比其他部位更大。

基于正交试验的碱激发矿渣充填材料配比优化

任磊, 郑静茹, 谷孝忠, 韩静, 姜海强

2022, 51(08): 50-56.

摘要 ( 101 )

PDF (1894KB) ( 308 )

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矿渣基胶凝材料因其强度高、成本低、流动性好等优势,正逐步取代水泥成为金属矿山尾砂充填胶凝材料。目前,矿山使用的矿渣激发剂为硫酸盐、碱金属盐、硅酸盐等若干种材料组成的复合材料。然而,大量研究表明, 硅酸钠是矿渣活化最佳激发剂。鉴于此,本研究采用正交试验方法,以硅酸钠模数、激发剂浓度以及矿渣细度为变量, 以充填体强度和成本作为优化目标,对碱激发矿渣充填材料组分配比进行了优化。结果表明,矿渣细度对试件 3 d 强度影响最显著,硅酸钠模数对 28 d 强度影响最显著,通过充填体力学性能与经济成本综合比较得出最优配比方案为: 硅酸钠模数 0. 34、矿渣细度 800 m² / kg、激发剂浓度 0. 25。

胶结充填体顶板承载层厚度的尖点突变模型及其应用

赵奎, 王万银, 曾鹏, 龚囱, 梁楠, 李文辉

2022, 51(08): 57-62.

摘要 ( 62 )

PDF (2678KB) ( 292 )

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下向水平分层胶结充填采矿中,通常采用高灰砂比的胶结充填体作为承载层,承载层厚度对保障采矿作业安全、降低生产成本具有重要意义。目前,承载层一般采用简化的梁、板模型计算其厚度,计算结果与工程实际存在较大差异。为此,结合某矿山实际,建立了回采进路断面尺寸为 5 m×4 m 的计算模型。通过数值模拟得到不同承载层厚度的顶板中点位移值,由此构建了顶板位移尖点突变模型。结果表明,承载层厚度小于 1. 2 m 时,进路顶板两侧拐角处形成连续塑性区;承载层厚度为 1. 0~ 1. 2 m 时,位移突变特征值由正值向负值发生跃变。考虑矿山工程实际的安全性,最终推荐承载层厚度为 1. 5 m,工程实践表明,此承载层厚度可以满足该回采断面下的安全要求。

基于岩体质量等级的巷道围岩承载结构分析

王玺, 刘焕新, 刘震, 郭奇峰, 张杰, 马驰

2022, 51(08): 63-68.

摘要 ( 81 )

PDF (4112KB) ( 284 )

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针对深部开采下巷道稳定性问题,以某铅锌矿 568 m 水平中段巷道为工程背景,通过支撑结构理论计算模型,结合 FLAC3D 数值模拟实验,揭示不同岩体质量等级下巷道承载结构分布特征,分析岩体质量等级对各承载结构区域下最大、最小主应力分布及塑性破坏特征的影响。研究发现:①岩体质量等级每提高一级,浅、深和关键支撑层厚度分别平均增加 0. 43、0. 65、0. 21 m,该矿深部巷道的浅、深和关键支撑层厚度分别在 0. 42 ~ 0. 85、2. 31 ~ 3. 08、0. 46 ~ 1. 02 m 之间;②随着岩体质量等级的增加,各支撑层内最大、最小主应力值呈增加趋势,不同区域内应力分布具有明显的差异性;③关键支撑层外边界到巷道边界之间的围岩会发生塑性破坏;围岩强度较低时,浅部支撑层内巷道底板及拱角容易出现拉伸破坏,这导致部分巷道出现底角破碎、两帮岩体沿节理面破坏的现象。岩体质量等级越高,关键支撑层离巷道越远,塑性破坏范围越大。

复杂采场结构参数数值模拟及采矿方法优化

路燕泽, 郭斌, 杨志强, 刘志义, 王社光, 王庆刚

2022, 51(08): 69-74.

摘要 ( 73 )

PDF (3326KB) ( 307 )

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复杂采场存在矿岩强度低、侧帮与顶板易坍塌等风险,其采场结构参数的确定及采矿方法的选择是当今采矿技术的一大难题。以某铁矿复杂采场为背景,进行采场结构参数数值模拟及采矿方法优化研究。首先进行岩体力学实验和现场结构面调查分析,在此基础上采用 BQ 值分级法进行采场岩体质量分级;然后基于岩体质量分级结果,按采场宽度分别为 10、12、14、16、18 m,采场高度分别为 15、20、30、45、60 m,分为单矿房、两矿房、三矿房、四矿房开采等 4 种情况,分别对每种情况下采场应力、位移、塑性区分布云图进行模拟计算和对比分析,以确定合理的矿房宽度和长度参数;最后结合分析结果并考虑安全及经济等因素,提出 2 种回采方案。研究结果可为类似采场结构参数的确定及采矿方法的选择提供参考。

黑沟矿高深溜井井筒堵塞诊断及处理实践

张万生

2022, 51(08): 75-81.

摘要 ( 64 )

PDF (1580KB) ( 296 )

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溜井井筒堵塞位置及堵塞形式的诊断,是溜井井筒堵塞处理的前提和重要依据,是溜井堵塞处理的难点之一。针对黑沟矿主溜井一次井筒堵塞问题,通过分析高深溜井矿石移动规律,排除了片帮体和大块咬合拱堵塞的安全隐患,判定堵塞形式为粉矿黏结拱,并采用“回声定位”和“喘气判定”两种方法,确定了大致的堵塞部位。针对堵塞位置和堵塞形式,结合现场实际,依靠双孔模式,采用“破拱脚”和“爆震”处理方法,用“水浸”方式完成破拱,成功消除了高深溜井井筒堵塞。研究结果对于类似矿山溜井井筒堵塞处理有一定的参考价值。

粉煤灰基沸石分子筛的合成及其结构性能研究现状

马先赟, 聂轶苗, 陈阳, 李涛, 黄宏, 刘淑贤, 王玲, 王龙

2022, 51(08): 82-93.

摘要 ( 52 )

PDF (1680KB) ( 290 )

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利用粉煤灰制备沸石分子筛是对工业固废进行高效利用的途径之一,然而由于粉煤灰的成分、物相组成受原煤、燃烧条件、合成方法等影响,最终生成的分子筛结构性能各异,因此在利用粉煤灰合成沸石分子筛时,需要结合其性质,或根据最终分子筛结构性能需求,确定合成方法及影响因素。要达到这一目的,需要理清粉煤灰性质— 合成方法及影响因素—分子筛结构之间的关系。基于此,分别对 A、P、X、Y、ZSM-5 型分子筛的结构进行了介绍,综述了粉煤灰合成沸石分子筛的主要方法,并对每种方法进行分析评价,详细研究了粉煤灰基沸石分子筛合成的主要影响因素及影响规律,构建了各影响因素与沸石分子筛类型之间的关系,结合多种现代测试手段,查清了各分子筛结构与其性能的关系。在此基础上,提出了目前粉煤灰基沸石分子筛合成中存在的问题,并分析了未来的发展趋势。

锰系和铝系吸附剂对江汉盆地卤水中锂的吸附性能研究

吕帅轲, 赵云良, 陈立才, 董广峰, 温通, 马松亮, 张婷婷

2022, 51(08): 94-100.

摘要 ( 62 )

PDF (1925KB) ( 276 )

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江汉盆地地下卤水锂资源储量丰富,具有很高的工业开发价值。研究利用 XRD、SEM、BET 对锰系和铝系锂吸附剂进行了表征,并通过静态吸附试验对比了两种吸附剂对江汉盆地卤水中锂的吸附性能。锰系吸附剂最佳吸附条件为:温度 25 ℃ 、pH = 8、液固比 200 mL / g,吸附容量为 3. 93 mg / g;铝系吸附剂最佳吸附条件为:温度 25 ℃ 、pH = 7. 1(原卤)、液固比 400 mL / g,吸附容量为 1. 76 mg / g。经过 5 次循环试验,锰系吸附剂吸附容量是第一次的 66. 3%,铝系吸附剂吸附容量基本不变,铝系吸附剂的循环稳定性远优于锰系吸附剂。锰系和铝系吸附剂对 Li+的吸附符合拟二级动力学模型,是典型的化学吸附。 BET 分析表明锰系和铝系吸附剂均存在介孔结构,锰系吸附剂以大孔为主,铝系吸附剂以介孔为主。 FTIR 分析表明,锰系吸附剂吸附过程存在 Li⁺-H⁺交换,铝系吸附剂在吸附 Li⁺的同时会吸附 Cl^-来平衡电荷。

某伴生钽铌锂辉石矿选矿试验研究

骆洪振, 高春庆, 沈进杰

2022, 51(08): 101-107.

摘要 ( 164 )

PDF (2531KB) ( 306 )

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西澳某伴生钽铌锂辉石矿为伟晶岩型锂矿,矿石 Li2O 品位 1. 53%、Ta2O5 品位 0. 025%、Nb2O5 品位 0. 006%;脉石矿物主要为长石、辉石和石英。为高效开发利用该矿石资源,进行了系统的浮选试验研究以及磁选、重选试验研究。确定采用弱磁选除铁—强磁选、重选联合回收钽铌—强磁选尾矿浮选回收锂辉石的选矿工艺。试验结果表明:原矿在磨矿细度-0. 076 mm 占 75%条件下,弱磁选除铁—强磁选回收钽铌工艺分选指标优于螺旋溜槽重选工艺分选指标,强磁选精矿经摇床 1 次粗选、1 次精选获得 Ta2O5 品位 21. 35%、对原矿回收率 23. 03%的钽铌精矿;以碳酸钠、氢氧化钠、氯化钙为浮选锂辉石调整剂,以改性脂肪酸类捕收剂 T-88 为浮选锂辉石捕收剂,对强磁选尾矿进行锂辉石浮选试验,经 1 次粗选、2 次精选、1 次扫选、1 次中矿再选锂,获得 Li2O 品位 5. 60%、对原矿回收率 76. 13% 的锂辉石精矿,实现了矿石中锂辉石与钽铌矿物的有效回收。试验结果为该类型矿石的工业开发奠定了基础。

不同浮选条件对石英最大可浮粒度的影响

赵作光 , 张志军

2022, 51(08): 108-113.

摘要 ( 66 )

PDF (1487KB) ( 299 )

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粗颗粒浮选逐渐受到选矿行业的重视,采用粗颗粒浮选不但可以降低磨矿能耗,规避微细颗粒浮选时的一系列问题,还利于尾矿的脱水和综合利用。以石英为研究对象,探究药剂用量、矿浆浓度、叶轮转速和充气量、粒度组成等因素对最大可浮粒度的影响,找到适合粗颗粒浮选的条件。结果表明,在十二胺用量为 2 500 g / t、pH 值为 7、矿浆浓度 10%、叶轮转速 1 500 r / min 和充气量 80 L / h 的条件下,石英的最大可浮粒度最大,加入细颗粒及提高其占比可以增强泡沫的稳定性进而提升最大可浮粒度。

磁化焙烧产品氧化动力学研究

李嘉, 孙洪硕 , 祁生亮, 崔建辉, 李广文, 高泽宾, 曹兵

2022, 51(08): 114-118.

摘要 ( 81 )

PDF (1496KB) ( 272 )

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针对磁化焙烧后的氧化反应过程开展了研究,利用 TGA、SEM 检测技术对酒钢选矿厂综合尾矿磁化焙烧产品的氧化过程反应机制进行分析,并结合模型匹配法对氧化动力学参数进行求解。结果表明:磁化焙烧产品在氧化过程中,适当地增加氧化反应的温度,可以明显加快氧化反应的速率,减少磁化焙烧产品被氧化所需的时间,但过高的温度会导致磁化焙烧产品过氧化。氧化反应动力学的最佳机理函数为二维扩散模型(Valensi) G(α) = α + (1 - α)ln(1 - α) ,其表观活化能 E 为 5. 16 kJ / mol,指前因子 A 为 14. 73 min-1。磁化焙烧产品中的微裂纹可为 O2 气体提供向内扩散的通道,其氧化过程的反应限制环节为 O2 气体在颗粒表面及缝隙表面的二维扩散。

新型高分子抑制剂对磷灰石的浮选性能研究

朱一民, 陈培宇, 张洋洋, 刘杰, 张淑敏

2022, 51(08): 119-124.

摘要 ( 78 )

PDF (1819KB) ( 292 )

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以柏泉磁选铁尾矿中的主要矿物磷灰石、赤铁矿和钠长石为研究对象,开展了单矿物浮选试验和人工混合矿浮选试验,研究了其在新型浮选药剂体系下的浮选性能,并通过动电位和红外光谱等检测方法对其作用机理进行了分析和探讨。浮选结果表明,在捕收剂 α-溴代十二酸用量 100 mg / L、新型高效抑制剂 DZY-3 用量为 4. 0 mg / L、矿浆 pH 值为 9. 5 时,人工混合矿浮选精矿中 P2O5 品位为 30. 71%、P2O5 回收率为 74. 29%,磷灰石与赤铁矿和钠长石可实现高效分选。 Zeta 电位分析和红外光谱分析结果表明,DZY-3 和 α-溴代十二酸与矿物表面同时作用时, DZY-3 通过氢键作用在赤铁矿和钠长石表面发生竞争吸附,对赤铁矿和钠长石具有较强的抑制作用,从而将磷灰石与赤铁矿和钠长石相分离。

嗜酸浸矿细菌的定向富集筛选及对多金属硫化矿尾矿的生物浸出特征

聂圆圆, 王芷晴, 谭晓桐, 姜海强, 安龙, 赵鑫

2022, 51(08): 125-130.

摘要 ( 40 )

PDF (1918KB) ( 266 )

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以山东省某金属矿的酸性矿井水为接种物,定向富集筛选获得 1 株具有嗜酸、氧化 Fe2+能力的浸矿细菌,编号 WT2020。经生理生化和 16S rDNA 基因测序分析,鉴定为嗜酸氧化亚铁硫杆菌,与模式菌株 Acidithiobacillus ferrooxidans strain ATCC 23270T(NR074193)的同源性为 100%。探究菌株 WT2020 的铁氧化活性和金属耐受性,确定其最佳接种量和可耐受矿浆浓度分别为 15%和 100 g / L。利用菌株 WT2020 对金都矿业的多金属硫化矿尾矿进行浸出试验,在最优接种量和矿浆浓度条件下浸矿 28 d,Cu2+和 Zn2+浸出率分别达到 55. 23%和 72. 09%。

SiC 还原磷灰石气化脱磷的热力学机理研究

贺腾, 罗果萍, 张婧, 张国成, 纪祥辉

2022, 51(08): 131-137.

摘要 ( 54 )

PDF (2752KB) ( 268 )

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以 SiC 为还原剂,Na2CO3、Al2O3 和 SiO2 为辅助脱磷剂研究磷酸钙的还原气化脱磷机理。利用 FactSage 7. 1 热力学软件计算以及试验分析了不同温度以及辅助脱磷剂添加量对气化脱磷的影响。结果表明:脱磷反应在无液相参与时还原程度较低,在 1 300 ℃下气化脱磷率为 17. 83%。辅助脱磷剂 Na2CO3 添加量分别为 6%、8%和 10%时生成液相,气化脱磷率显著提高。 X 射线衍射分析结果显示,产物中硅酸钙盐较多,与模拟中脱磷反应的固相产物一致。最佳的辅助脱磷剂 Na2CO3 添加量为 8%、Al2O3 添加量为 7. 7%、SiO2 添加量为 14. 06%,在 1 300 ℃ 下对应的气化脱磷率为 86. 50%。当辅助脱磷剂 Na2CO3 添加量达到 10%时,气化脱磷率降低到 35. 79%,检测到固相产物中有 Na 2Ca3Al2(PO4) 2(SiO4) 2 存在,这是霞石与磷酸钙在 1 300 ℃ 下的反应产物,导致磷元素被固定在其中无法气化脱除,从而降低了气化脱磷率。

六偏磷酸钠对铁尾砂絮凝沉降行为的影响及机理

从金瑶, 彭佳志, 涂博, 刘勇, 王海龙, 纪宪坤, 冯建

2022, 51(08): 138-145.

摘要 ( 57 )

PDF (2539KB) ( 289 )

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安徽某铁矿由于尾砂颗粒粒度较细、含泥量较高,导致沉降指标较差,为改善沉降效果,对铁尾砂进行分散—絮凝试验研究。通过分散试验、絮凝沉降试验以及动力学分析,考察六偏磷酸钠对铁尾砂絮凝沉降行为的影响,结合 Zeta 电位和红外光谱测试,研究六偏磷酸钠对铁尾砂絮凝沉降的作用机理。结果表明:六偏磷酸钠能够优化铁尾砂的沉降效果,促进絮凝体沉速及粒径的增长,当六偏磷酸钠掺量为 200 g / t 时,600 g / t 掺量的阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)使矿浆底流浓度升高 1. 5%,絮凝体的中值沉速增加 20. 43 cm / min、中值粒径增加 0. 623 mm;APAM 对铁尾砂絮凝沉降的动力学可以使用双曲线动力学模型 1 / (1- c /c ₀ )= k t +b 来描述;六偏磷酸钠通过化学吸附增加铁尾砂颗粒表面扩散层厚度,从而实现铁尾砂矿浆的分散,同时促进 APAM 分子链伸展,使铁尾砂颗粒对 APAM 产生“链型”吸附,形成较为松散的“捕网”,进而降低产生“卷扫”作用所需 APAM 的剂量。

马来西亚某褐铁矿石工艺矿物学研究

张剑廷, 李志明

2022, 51(08): 146-150.

摘要 ( 87 )

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马来西亚某褐铁矿矿石中部分铁矿物嵌布粒度细,磨选难度大,采用传统的磨矿—磁选工艺,精矿回收率偏低。采用传统工艺矿物学研究方法,结合光学显微镜、X 射线衍射、化学分析等手段,对矿石的物质组成、元素赋存状态、主要矿物产出特征、矿石的结构构造、粒度组成、物理性质进行了详细研究。结果显示:矿石铁品位为 49. 66%,主要杂质成分为 SiO2 和 Al2O3;矿石中的铁主要以褐铁矿的形式存在,非金属矿物主要为石英,其次为高岭石等;褐铁矿主要以凝胶状、层状(或结核状、鲕状)、蜂窝状、网脉状、树枝状、包裹状、浸染状等形式与脉石连生,连接界面呈齿状交错分布;矿石构造形式复杂,其中的铁矿物多呈不规则粒状、板状和交代氧化假象结构,嵌布粒度极不均匀;样品中+0. 28 mm 粒级含量较高,Fe 的分布率可达 51. 41%,部分铁矿物在各个粒级中均匀分布,铁品位均在 50%左右,另外,各粒级中 Al2O3 的含量较高,品位在 5. 0%以上,Al2O3 的存在对后续铁精矿的质量有一定的影响;矿样松散密度为 1 250 kg / m3,堆实密度为 1 490 kg / m3,真密度为 3 390 kg / m3,堆积角为 32. 38°,摩擦角为 28. 33°。基于工艺矿物学研究结果,推荐了悬浮磁化焙烧—磁选新技术。研究结果为该铁矿资源的高效开发利用提供了矿物学依据。

世界铂钯矿选矿技术研究进展

于保强 , 刘敬智 , 王怀 , 杨思敏, 胡学平

2022, 51(08): 151-160.

摘要 ( 211 )

PDF (1468KB) ( 289 )

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我国铂族资源非常匮乏,随着我国对海外铂族金属矿山的开发,如何实现对铂族金属资源的高效回收利用显得尤为重要。对目前铂钯矿的选矿工艺、选矿药剂以及选矿过程影响因素进行了综述,以期为今后铂钯矿选矿技术相关研究提供借鉴和参考。对于硫化型铂钯矿,浮选法仍然是最主要的选矿方法,包括一段磨浮、阶段磨浮、重浮联合流程以及闪速浮选等。对于氧化型铂钯矿,其处理方法有直接浮选、硫化浮选、酸化预处理浮选以及氰化浸出、酸浸法和微生物浸出。铂钯矿常用的捕收剂为黄药和黑药,也有采用螯合类捕收剂进行复配使用,常用的抑制剂为水玻璃和羧甲基纤维素(CMC),硫酸铜是最主要的活化剂,甲基异丁基甲醇( MIBC)和松醇油是最常用的起泡剂,还有学者研发了纳米二氧化硅基起泡剂。此外,铂钯矿选矿过程中磨矿介质、磨矿环境、矿浆离子强度、矿浆电位都会对铂族金属元素的回收造成影响。未来铂钯矿选矿技术的研究应重点关注铂钯矿物或铂钯载体矿物的矿物学特性研究、新型高效浮选药剂的设计和筛选、浮选工艺的优化以及新型高效选矿设备的研发。

基于土壤化探数据信息挖掘的湘南坪宝矿集区找矿预测

雷镇, 李波, 郭海, 王康盛, 龚述清, 胡迁, 王新富

2022, 51(08): 161-172.

摘要 ( 51 )

PDF (6129KB) ( 284 )

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坪宝矿集区是湘南最重要的铅锌多金属矿产集中区,因区内宝山铜铅锌、黄沙坪铜锡多金属矿床而著称,具备良好的找矿潜力。由于长期大规模的矿业开发活动,造成地表超常富集成矿元素,地表开展化探工作已不具备条件。通过收集坪宝矿集区内 192 件土壤化探数据,基于 7 条物探线,绘制了 Cu、Pb、Zn、Sn 4 种成矿元素地球化学剖面,分析其空间分布规律;并选取 W、Sn、Mo、Pb、Ag、As、Bi、Cu、Hg、Sb、Zn、Cd、Co、Cr、Ni、V 等微量元素进行聚类分析和因子分析,利用原数据进行找矿信息的深入挖掘,绘制了因子组合地球化学异常图;结合成矿地质条件,圈定了 6 个找矿靶区。目前,宝山矿区已在②号靶区的 165 号线进行钻孔验证,ZK16508 深钻于 1 664. 83 ~ 1 699. 84 m 处揭露到铜矿体,厚度达 35 m,验证了该靶区的深部找矿潜力,为区内深部找矿勘探提供了方向。研究表明:在不具备开展化探工作条件的部分地区,通过上述方法对已有数据进行信息挖掘,能有效提取深部矿化信息,可实现找矿预测。

群智能优化算法反演概率积分参数的性能比较与分析

黄金中, 王磊, 李靖宇, 蒋创, 滕超群, 李忠 , 李世保

2022, 51(08): 173-181.

摘要 ( 73 )

PDF (2524KB) ( 280 )

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目前,各种群智能优化算法涌现且各有特色、性能各异、普适性不强、在开采沉陷领域应用较少,更为重要的是,众多学者面对该类算法,无法有效选择最优算法进行开采沉陷研究。常见的群智能优化算法中狮群算法( Lion Swarm Optimization,LSO)、蝙蝠算法(Bat Algorithm,BA)、人工鱼群算法(Artificial Fish School Algorithm,AFSA)具有不同的特征,且在概率积分参数反演中鲜有应用。为此,将上述 3 种群智能优化算法引入概率积分参数反演中,并从抗随机误差性能、抗粗差干扰性能、观测点缺失的抗干扰性能、参数波动性和全局搜索性能等几个角度对群智能优化算法进行研究分析。模拟试验及工程实例分析表明,上述 3 种群智能优化算法均满足应用精度要求。 LSO 算法在抗随机误差干扰影响、观测点缺失的抗干扰能力方面以及参数结果总体波动性方面相对于 BA、AFSA 算法有一定优势; BA 算法在抗粗差干扰能力方面优于 LSO、AFSA 算法;在全局搜索性能方面,随着反演参数解空间范围扩大为原来的 2 倍后,用 AFSA 算法反演概率积分参数的精度优于 LSO、BA 算法。通过详细比较分析,总结了上述 3 种算法在开采沉陷中的性能表现,可为有效选择合适的群智能优化算法进行概率积分参数反演提供参考。

基于 SSA-BP 神经网络的概率积分法预计参数求取研究

吴满毅, 徐良骥, 张坤

2022, 51(08): 182-189.

摘要 ( 51 )

PDF (1578KB) ( 276 )

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为解决 BP(Back-ProPagation,BP)神经网络求取概率积分法预计参数出现的局部最优解和收敛速度慢的问题,采用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algortihm,SSA)优化 BP 神经网络的结构,得到最优的权重值和偏置项,建立了基于 SSA-BP 神经网络的概率积分法预计参数求取模型。结合 50 组典型的实测数据,随机抽取 45 组数据输入 SSA-BP 神经网络模型进行训练,剩余数据输入训练好的模型求取概率积分法预计参数,并与实测数据对比,分析 SSA-BP 神经网络模型和 BP 神经网络模型的优劣;通过改变训练样本和测试样本的数量,讨论模型精度与训练样本数量的关系。研究表明:① SSA-BP 神经网络模型预计下沉系数 q、水平移动系数 b、开采影响传播角 θ、主要影响角正切值 tanβ 和拐点偏移距 s / H 的平均绝对百分比误差分别为 1. 33%、3. 48%、0. 49%、3. 86%和 9. 33%,BP 神经网络模型的相应取值分别为 8. 05%、7. 34%、3. 33%、9. 82%和 19. 60%,可见前者求解精度更高。 ② 两种模型求取的预计参数均与实测数据较接近,SSA-BP 神经网络模型最大相对误差为 21. 00%,最大迭代次数为 89 次,BP 神经网络模型最大相对误差为 35. 00%,最大迭代次数为 205 次,说明优化后的 BP 神经网络模型预计结果精度更高,收敛速度快。 ③ 在样本总量不变的情况下,随着训练样本数量的增加,模型的预计精度和可靠性也相应增加。上述分析对于进一步提升概率积分法预计参数求取精度有一定的参考价值。

基于虚拟现实的通风参数测定实训系统设计与开发

裴晓东, 王亮, 孙勇, 田富超, 刘敏轩, 贺万星

2022, 51(08): 190-195.

摘要 ( 60 )

PDF (2455KB) ( 280 )

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针对通风参数测定实训条件不足、日常真实环境下难以开展的问题,自主设计开发了矿山通风参数测定虚拟仿真实训系统。该虚拟实训系统以矿井通风参数测定工程实践为蓝本,构建矿井三维虚拟生产和通风环境, 创建了三维互动式的虚拟仿真实训平台。主要包括测定介绍、测定仪器、准备工作、参数测定、数据处理和网络解算六大模块,通过文字、图片、动画、虚拟现实等方式将通风基础理论与工程实践相结合,以虚拟仿真技术和三维动画演示, 将通风参数实测场景完美地转移至虚拟仿真平台中,满足实训人员不受时间和地点限制实时开展实验实训。实践证明,该平台能有效提高通风技术人员实训效果和实践积极性,强化技术人员实践能力培养,达到了提升实训有效性的目的。

干式预选磁选机的电磁仿真分析与冷却结构设计

杜静娟 , 黄新雨, 赵坚, 李朝江

2022, 51(08): 196-202.

摘要 ( 61 )

PDF (2514KB) ( 281 )

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我国有大量中低品位钒钛磁铁矿资源,随着资源综合利用以及绿色节能可持续发展带来的节能降耗要求,对入磨铁矿石的品位要求越来越高。在钒钛磁铁矿干式预选工艺中,磁选机是分选的核心设备。永磁磁选机以其体积小、磁性能强作为优势,但稀土钕铁硼磁材价格不断上涨,磁滚筒成本大幅提升。同时,长时间工作后,永磁磁选机的磁场容易衰退,造成干式预选效果不佳。电磁磁选机以成本低、不退磁为优势,但工作时发热量大,温度过高,影响磁选机性能和使用年限。对直径 1. 5 m 的永磁滚筒磁选机和电磁选机分别进行电磁有限元计算,分析得出冷态时电磁磁选机比永磁滚筒性能高出 10%,然而热态时电磁滚筒性能迅速下降,相较冷态下的磁感应强度降低了 26%,磁场力密度数值下降 50%,严重影响分选效果。因此,作为替代永磁滚筒的方案,需提高电磁磁选机的热态性能,为此, 提出一种新型的板式电磁磁选机。为提高散热效果与减小体积,线圈采用阳极氧化铝绝缘与扁铝线相结合的方式; 新型冷却板结构与激磁线圈相贴近,形成一个整体,板内导入变压器油吸收线圈热量,将热量带至散热器,大幅度降低线圈热量。利用有限元对磁选机激磁线圈的热场进行仿真,激磁线圈在安装冷却板后热态工作温度为 70 ℃ 。该板式结构的电磁磁选机热态性能大幅提升,在工作范围内磁感应强度达到永磁机的 90%以上。最后通过试验验证磁选机的温升分布以及热态电磁性能,得到了较为理想的数据。

降雨强度对第四系边坡稳定性影响机理分析

吴顺川, 刘兴雷, 韩龙强, 刘占全, 崔凤, 张西良, 贾文松

2022, 51(08): 203-211.

摘要 ( 60 )

PDF (3643KB) ( 297 )

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降雨是影响边坡稳定性的一个重要因素。以巴润露天矿边坡为例,运用 Sigma / W、Seep / W、Slope / W 3 种分析模块耦合分析的方法研究不同降雨条件(1. 61、4. 17、7. 21 mm / h)下第四系边坡的稳定性,并基于正交试验法和蒙特卡罗法分析边坡稳定性影响因素敏感性及失稳概率。结果表明:第四系土体的体积含水率上升速度和影响深度与降雨强度呈正相关关系;对边坡稳定性的影响程度从大到小依次为降雨强度、黏聚力、内摩擦角、重度;考虑到边坡稳定计算的不确定性和参数的空间变异性,对边坡稳定性进行抽样计算,得到 3 种降雨工况下边坡失稳的概率分别为 7. 75%、34. 58%、69. 70%,可见降雨强度的增强提高了边坡失稳的概率,增加了滑坡灾害的可能性。

磷石膏露天坑胶结堆存边坡稳定性分析

肖祖荣, 王贻明, 张敏哲, 胡胜, 王剑, 李剑秋

2022, 51(08): 212-218.

摘要 ( 66 )

PDF (3837KB) ( 276 )

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以贵州某露天采坑磷石膏胶结堆存边坡为工程背景,针对露天坑治理和磷石膏胶结堆存边坡稳定性问题,采用 SLIDE 和 FLAC3D 数值模拟软件,分别以极限平衡法和数值模拟计算边坡在正常运行和特殊运行工况下的稳定系数,同时分析了堆积过程中的位移变化。研究结果表明:该露天坑堆积体在正常运行和特殊运行下的平均稳定性系数为 1. 331 和 1. 196,满足磷石膏库安全规程的要求。相同条件下的胶结堆存边坡的安全系数对比干堆和湿排提高 30% ~ 50%。分次堆积成形的堆积体边坡位移变化较整体堆积更大,坡角变小使分次堆积体边坡的稳定性要强于整体堆积成形边坡,研究成果可为类似矿山废料胶结堆存提供一定的借鉴。

基于 CFD-DEM 耦合的尾矿库溃坝数值模拟

杨柳, 王金安, 黎伟佳

2022, 51(08): 219-227.

摘要 ( 98 )

PDF (5797KB) ( 300 )

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流体在尾矿库溃坝的形成和发展过程中起到至关重要的作用,开展尾矿坝流固耦合研究对认识尾矿库溃坝形成机理和演化规律具有重要意义。选取某典型尾矿库溃坝工程实例,采用 CFD-DEM 流固耦合方法,先通过标定试验确定数值模拟细观参数,再对尾矿库溃坝过程进行数值模拟,获得溃坝过程中坝体和尾矿砂的位移场和速度场,并计算尾矿砂运移距离,计算结果与事故调查报告相吻合,证明 CFD-DEM 流固耦合方法在尾矿库溃坝数值模拟的可行性。数值模拟结果表明:溃坝形成初期,滑移面后方有一个受挤压的区域,滑移面进口端深且陡,出口端较为平缓;尾矿坝溃坝后形成的堆积体呈两头密中间疏,在浆砌子坝前方形成明显的分割带。

风水沟尾矿砂力学特性试验与尾矿坝可靠性分析

高鹏 , 常来山, 姜元美

2022, 51(08): 228-231.

摘要 ( 72 )

PDF (1683KB) ( 279 )

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风水沟尾矿库的坝体及附近的粗砂颗粒分布较广,粒径比较大,Cu = 7. 474,Cc = 2. 154,范围在 1 ~ 3 之间,级配良好;远离尾矿坝细砂粒径较小,颗粒分布范围窄且不均匀,Cu = 2. 844,Cc = 0. 907,级配不良。在干密度 1. 75 ~ 1. 90 g / cm3 范围内,尾矿粗砂和细砂在 100~ 500 kPa 围压作用下均表现为具有峰值但残余强度与峰值强度非常接近的破坏现象,围压越大,峰值点出现越晚,轴应变大约在 6% ~ 11%处。通过尾矿砂三轴 CU 试验,得到了邓肯—张模型参数。极限平衡法确定性分析得到的最小安全系数为 1. 297,蒙特卡洛随机性分析的获得的最大破坏概率是 4× 10-14,最小可靠性指标为 7. 756。说明坝体稳定性良好,从坝体滑动破坏的角度来看溃坝风险较低。

基于 Flunt 模拟的龙首矿下向进路采矿炮烟扩散规律研究

陶发玉, 陶云波, 黄春云

2022, 51(08): 232-238.

摘要 ( 68 )

PDF (3342KB) ( 281 )

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为提高矿山回采效率,研究不同联络道高度、不同独头进路长度、不同通风井直径及不同通风井布置位置对独头进路中 CO 自然扩散的影响规律。根据矿山独头进路特点和联络道建立模型,并整体划分网格,利用 Fluent 流体分析软件对不同模型进行数值模拟。结果表明:①5 m 分层道高度相较于 3. 5 m 分层道,更有利于独头进路中 CO 的扩散,主要因为 3. 5 m 分层联络道与独头进路的高度差 1. 5 m 的岩壁阻碍炮烟的扩散;②CO 扩散达标时间随独头进路和通风井之间距离的增加而增加;③50 m 独头进路的炮烟扩散时间要远低于 70 m 独头进路,因为更长的独头进路具有更多的摩擦阻力,降低了 CO 扩散的效率;④更大的通风井直径,更有利于 CO 扩散,因为更大的通风井直径, 降低了风流排出的阻力,增加了 CO 扩散的效率。

声学超材料的吸隔声结构研究与管带机应用

赵少东, 吉日格勒, 曾玉梅, 肖望强, 赵文华

2022, 51(08): 239-244.

摘要 ( 48 )

PDF (2135KB) ( 266 )

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针对矿用管状带式输送机工作过程中产生噪声的问题,将采集的管带机噪声数据和主振频率作为 COMSOL 仿真和后续实验输入噪声激励的依据,设计出一种基于声学超材料的吸隔声结构,利用超材料特殊的声学性能探究其对管带机的吸隔声作用,并创新性地通过改变结构内蜂窝芯子的边长及高度,根据仿真结果比较不同参数下的吸隔声性能,确定声学超材料板的最佳设计参数。最后,设计实验测量超材料板的隔声数据并绘制隔声曲线,整体上实验与仿真结果相一致,且实验得到在主振频率范围内噪声最高能被有效地降低 34. 2 dB。通过研究表明:在合理的结构参数下,设计的声学超材料板具有良好的低频吸隔声性能,为实现管带机的吸隔声提供了一定的参考。

采空区建设场地稳定性评价指标体系构建研究

王亮, 郭庆彪, 王磊, 吕鑫, 韩欣洋, 王启春

2022, 51(08): 245-253.

摘要 ( 73 )

PDF (1819KB) ( 288 )

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评价采空区建设场地的稳定性是对建设场地开发利用的前提,而构建一套合理的评价指标体系是进行稳定性评价的关键。首先从水文地质因素、建设场地自身因素、外界环境因素三方面海量选取评价指标,并遵循唯一性、目的性、可行性和可观测性原则对指标进行初次筛选;然后通过 R 聚类对评价指标进行分析,保证所筛选出的指标能全面评价建设场地的稳定性;最后通过变异系数筛选出对稳定性影响最大的指标,从而建立了采空区建设场地稳定性评价指标体系,并结合主成分分析与信息熵对评价指标体系的合理性进行检验。将所建立的评价指标筛选模型应用于渑栾高速采空区路段建设场地。结果表明:① 采用 R 聚类和变异系数最终筛选出 9 个评价指标,从而建立了采空区建设场地稳定性评价体系;② 所构建的评价指标体系用 28%的海选指标反映了 86%的原始信息,证明了指标体系构建的合理性。研究成果可为采空区建设场地的稳定性评价提供理论依据。

粪产碱杆菌矿化土壤中重金属离子的研究及应用

程瑜, 胡建, 刘强, 杨晋炜, 王钜, 辛东帅, 郝宁

2022, 51(08): 254-261.

摘要 ( 57 )

PDF (1971KB) ( 267 )

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以福建某铅锌矿区污染耕地土壤为研究对象,通过微生物矿化技术将土壤中超标的重金属由离子形态转换成碳酸盐结合态,从而降低土壤污染风险。从矿区本土微生物中筛选矿化菌种进行培养,得到了 BF1、BF2 两种脲酶活性较高的粪产碱杆菌,经研究表明在重金属离子浓度区间为 Pb 0. 01 ~ 1 g / L、Cd 0. 001 ~ 0. 01 g / L、Zn 0. 01 ~ 1 g / L、尿素浓度 100 g / L、脲酶催化底物尿素时间 2 h、矿化时间 48 h、pH 值为 6~ 8 条件下,细菌对重金属离子矿化效果较好。在混合离子体系中,BF1 细菌对 Pb2+、Cd2+、Zn2+的矿化效果好于 BF2 菌。用 BF1 菌对两种实际土壤进行修复试验发现,Pb2+、Zn2+的矿化率均到达 83%以上,Cd2+在 60%左右,修复后土壤中重金属有效态均达到福建地方标准要求,可用于后期农业生产。

低硅铁尾矿制备陶粒滤料试验研究

刘曙, 李育彪, 黄雯, 柯春云, 李超前, 张媛

2022, 51(08): 262-268.

摘要 ( 48 )

PDF (3128KB) ( 285 )

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铁尾矿是铁矿选矿过程中产生的固体废弃物,大量铁尾矿堆积在尾矿库中不仅浪费了资源,也增加了企业运行成本,更会危害当地生态环境。以杨家湾尾矿库低硅铁尾矿为主要原料,掺入了铜尾矿、污泥等固体废弃物, 通过烧结法制备陶粒。在铁尾矿、铜尾矿、污泥、煤粉质量比 8 ∶1 ∶1 ∶1,水料比 1 ∶5,烧结温度 1 100 ℃ 、烧结时间 50 min 条件下,制得烧结陶粒滤料,其表观密度为 1 544. 90 kg / m3,堆积密度 785. 7 kg / m3,筒压强度 3. 23 MPa,1 h 吸水率 25. 9%,含泥量 0. 98%,空隙率 51. 37%,比表面积 0. 52×104 cm2 / g,盐酸可溶率 1. 80%,破碎与磨损之和 0. 70%,满足 GJ / T 299—2008《水处理用人工陶粒滤料》人工陶粒滤料指标,可以作为水处理用人工陶粒滤料,具有工业化应用前景。

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