金属矿山

王运敏, 李刚, 徐宇, 任甲泽, 贾敏涛, 周伟

2023, 52(03): 1-13.

摘要 ( 824 )

PDF (3472KB) ( 591 )

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随着矿井开采水平向深部转移,高地温热害成为资源安全开采面临的重要难题。矿井通风与空气调节逐渐成为深部矿产资源开发的主要耗能形式,影响着矿井生产运营成本和资源开发的可持续性。概述了矿井通风传热理论发展脉络和矿井降温技术研究现状,剖析了目前常用的降温技术特点,在此基础上展望了深部矿井热环境调控的未来重点发展方向。结果表明:机械制冷通风降温是目前主要的矿井热害治理方式,但存在成本高、维护困难、冷量利用率低、降温效果不理想等不足。为提高深部矿井热害治理效果,应秉持“节源开流”的新思路,在矿井开拓过程中实施主动降温措施,并采取多种方式进行联合降温。此外,可结合智能通风系统精准控温降低冷量消耗,采用循环通风降温技术提高冷量利用率,应用高性能降温防护服应对特殊高温场景。将传统矿井热害治理技术思路转变为地热资源利用理念,实现矿井热环境调控与地热资源开采协同,是高效解决深井降温和升级矿井能源结构体系的关键。

我国地下金属矿山岩爆灾害发生机制及预测方法研究进展

乔兰, 董金水, 刘建, 陈璐

2023, 52(03): 14-28.

摘要 ( 185 )

PDF (2364KB) ( 523 )

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岩爆是金属矿地下开采中难以回避的一种动力学地质灾害,其发生频率和程度将会随着金属矿山采深不断增加而愈加严重,岩爆至今仍是岩石力学领域的世界性难题。首先总结了我国金属矿山岩爆灾害的发生现状, 然后重点围绕岩爆发生机制及岩爆预测两方面,探讨了我国金属矿山岩爆的研究进展,并基于能量理论提出了一种岩爆灾害预测的新方法。研究表明:① 室内压缩试验是岩爆机制研究的最主要手段,根据试样受力条件可分为单轴加载、双轴加载、真三轴加载及动静组合加载;岩爆的力学机制可归纳为压致拉裂、压致剪切拉裂和弯曲鼓折 3 种。 ② 指标判据法和数学模型方法是国内外学者最普遍关注的岩爆预测手段;指标判据法是针对某一工程的经验性总结,不具普遍性;数学模型方法无法获得岩爆影响因素的内在作用机制,可解释性较差。在上述分析的基础上,对岩爆机制及岩爆预测的研究方向进行了展望,供后续工作参考。

深部倾斜破碎金矿体高效开采技术研究

李杨, 宋卫东, 杜云龙, 张超, 张少鹏

2023, 52(03): 29-35.

摘要 ( 119 )

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针对三山岛金矿深部倾斜矿体较为破碎的特殊地质条件,提出了包含采用阶段空场嗣后充填及二次高压灌浆预应力锚固支护的综合开采技术,分析了上盘预加固处理的基本原理,并进行了破碎矿体开采的应力、位移及塑性区数值模拟,分析了阶段空场嗣后充填采矿法的合理性以及上盘预加固处理的可行性。研究表明:采用上盘预加固处理的阶段空场嗣后充填采矿法能够有效地控制深部采场边帮围岩变形,并控制采场的损失率为 9. 7%,贫化率为 7. 8%,保障三山岛金矿深部破碎矿体安全高效开采,可为类似矿山高效开采提供理论依据。

高矿化度矿井水制备尾砂胶结充填体的强度性能

朱庚杰, 朱万成, 孙显腾, 王卓然, 荆晓东, 桑来发

2023, 52(03): 36-43.

摘要 ( 89 )

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为探究含氯盐高矿化度(总溶解固体含量>1 g / L)矿井水对尾砂胶结充填体强度的影响,以我国胶东半岛渤海湾某金矿尾砂为骨料,使用矿渣基胶凝材料(以脱硫石膏和熟石灰为激发剂)与井下含氯盐矿井水混合制成尾砂充填体,对充填体抗压强度进行检测,借助 XRD、SEM 和 MIP 表征水化产物和微观结构,并分析了不同脱硫石膏/ 熟石灰比和矿渣掺量时充填体强度随时间的增长规律。结果表明:① 该含氯盐高矿化度矿井水可通过促进水化产物形成和优化充填体结构使充填体强度增强,水化产物仍以钙矾石和 C—S—H 为主,并未因 Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+等离子的掺入形成新的水化产物,但对 C—S—H 分子结构的影响需进一步研究;② 充填体强度随脱硫石膏/ 熟石灰比和矿渣掺量的增加先增长后降低,峰值强度出现时的脱硫石膏/ 熟石灰比随养护时间是变化的,而矿渣掺量固定在 67. 8%, 在具体工程实践中可调整脱硫石膏与熟石灰的比例,以满足充填体强度的时间需求。研究结果有助于实现矿井水液废和尾砂、脱硫石膏等固废在矿山充填中的协同利用。

庙岭金矿全尾砂充填料浆流变特性的时温效应研究

陈晓利, 杨桦, 杨勇

2023, 52(03): 44-51.

摘要 ( 81 )

PDF (1820KB) ( 441 )

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胶结充填是一种经济、环保的采矿技术。目前,时温效应对高浓度胶结充填料浆流变特性影响的研究较为缺乏,以庙岭金矿全尾砂充填料浆为研究对象,利用 Rheolab Q C 型高级流变仪进行了一系列流变特性试验,研究了时温效应对高浓度胶结充填料浆流变特性的影响规律。结果表明:新鲜料浆及动状态料浆流变特性曲线都具有明显的 Bingham 流体特征,随着时间延长料浆屈服应力和塑性黏度不断升高,随着温度升高料浆塑性黏度不断降低而屈服应力则先降低再升高;静状态料浆流变特性不符合常用的流变模型理论,随着静置时长增加料浆流动性减弱;对于静状态料浆,其流变特性受时间因素影响较大,温度因素影响较小;对于动状态料浆,其流变特性受温度因素影响较大,时间因素影响较小;无论是动状态还是静状态料浆,料浆浓度对流变特性的影响都要大于灰砂比。

某矿尾砂胶结充填体强度演化特征及力学效应研究

苗磊刚, 牛园园, 潘泱波

2023, 52(03): 52-58.

摘要 ( 104 )

PDF (1713KB) ( 447 )

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以某金属矿山充填开采为研究背景,开展了不同配比参数下的充填体抗压、抗拉强度试验,分析了不同配比参数下的充填体强度演化特征。同时,采用 FLAC3D 数值模拟软件分析了矿体回采及采空区充填过程中的充填体及围岩受力特征,讨论了充填体在采场内的力学效应。研究表明:随着养护时间增加,充填体的力学强度呈不断增加的趋势,并且浓度或灰砂比越高的充填体其抗压强度增长的幅度也越大;在养护早期,水泥含量减小对尾砂胶结充填体强度的影响并不显著;矿体回采后,采场顶板及底板出现了压应力集中的特征,但采空区充填后围岩的应力集中状态得到了明显改善;此外,在二步骤采空区充填后,充填体拉应力达到了 0. 20 MPa,超过了部分充填体的抗拉强度, 因此建议充填体的灰砂比最低应为 1 ∶6,以维持充填体在采场的稳定。

氧化石墨烯改性黏土水泥浆性能试验研究

刘书杰, 孙金泽, 丁振宇, 张基伟

2023, 52(03): 59-64.

摘要 ( 85 )

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黏土水泥浆作为应用广泛的矿山注浆材料,注浆加固初期抗渗滤能力差、结石体强度低且易发生脆性破坏,影响注浆加固效果。以氧化石墨烯(hGO)为改性剂,掺入普通黏土水泥浆,制备了新型黏土水泥浆。通过室内试验,在对比分析 hGO 掺入量对黏土水泥浆的黏度、稳定性、塑性强度及结石体力学性能等主要性能参数影响的基础上,结合扫描电镜(SEM),从微观形貌角度对 hGO 的作用机理进行分析,提出了 hGO 改性黏土水泥浆结石体的生长模型。研究结果表明:hGO 改性黏土水泥浆液固结后,结石体内部形成了以 hGO 片层为核心的黏土—水泥团聚物空间骨架,黏土颗粒填充其中,形成浆液体系架构,这是 hGO 改性黏土水泥浆性能优于传统黏土水泥浆的主要原因;随着 hGO 掺量的增加,黏土水泥浆液的黏度最大提高 163%,浆液流动性下降;hGO 改性黏土水泥浆的稳定性和塑性强度明显增强,同一养护时间塑性强度最大提高 7. 11 倍;浆液结石体的单轴抗压强度和抗剪强度均提高,最大增幅分别为 23. 94%和 25. 27%,对浆液耐久性的优化作用明显。

不同品位石墨矿岩冲击破坏模式与能耗特性研究

叶海旺, 温颖, 雷涛, 王其洲, 余梦豪, 严立德, 韦文蓬, 李兴旺, 王炯辉, 赵明生

2023, 52(03): 65-72.

摘要 ( 87 )

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爆破作用下,不同品位石墨矿存在破碎块度离散大和能量利用低的难题。利用 ϕ50 mm 的 SHPB 试验装置开展了不同应变率作用下 5 种品位石墨矿岩试样的动态压缩试验,并结合高速摄影和微观结构来分析不同品位石墨矿岩的冲击破坏模式与能量耗散特性。研究表明:随着品位的增加,石墨矿岩试样的破坏模式从张拉破坏转变为张拉—剪切破坏;石墨矿岩的能耗特性具有很明显的应变率效应,入射能随着应变率增加呈指数增长,吸收能呈线性增长趋势;品位高低对能量吸收率也有较大影响,不同品位石墨矿的能量吸收率随着应变率的变化特征具有明显差异;石墨试样的平均破碎尺寸与吸收能存在较好的对应关系,石墨品位为 18. 97%时,其平均破碎尺寸最小。通过显微镜观察破碎试样的微观结构,发现石墨片状结构会在矿岩内部产生结构界面,降低矿岩强度。

基于数码电子雷管的准楔形复式掏槽爆破试验研究

王雁冰, 鲍舟琦, 谢平, 张英豪, 王国豪

2023, 52(03): 73-79.

摘要 ( 100 )

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针对目前掏槽爆破中爆破效果不够理想、单循环时间较长等问题,于顾北矿北-1 煤顶板轨道上山第三中部车场进行爆破试验,对原始爆破方案进行改进,并优化爆破参数。首次在井下岩巷掘进中引入数码电子雷管,用数码电子雷管代替煤矿许用普通电子雷管,增加爆破段别。根据岩石巷道现场情况,利用数码电子雷管能够任意设置爆破段别延期时间的优点,设计了 2 种准楔形复式掏槽爆破新方案。将 3 种方案的爆破效果进行了对比,发现炮孔利用率提高至 96. 1%,单循环进尺增加到 1. 78 m,在原方案的基础上提升了 12. 8%。结果表明:数码电子雷管的可靠性较高,并初步确定了炮孔利用率最高时的爆破段别延期时间。岩巷掘进中使用数码电子雷管,能够使爆破过程可控,除了掏槽孔外的其他炮孔有充分的爆破空间,增加单循环进尺,减少单循环时间,提升巷道成型质量,提高工作效率,具有良好的经济社会效益。

电子雷管和导爆管雷管爆破的振动能量对比分析

管月强, 张明元, 王凡繁, 李洪伟, 王静, 钟帅

2023, 52(03): 80-85.

摘要 ( 98 )

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为了对比电子雷管和导爆管雷管延期起爆对爆破振动能量分布规律的影响,从爆破振动能量角度开展了模型试验与现场试验。基于 MATLAB 小波包分析方法,将爆破振动信号按频率划分为 32 个频带,分析了各频带能量和质点峰值速度(PPV)。结果表明:电子雷管和导爆管雷管延期起爆产生的振动能量主要集中在 1~ 4 频带(0~ 125 Hz),随着爆破振动能量增加,能量分布趋向于中高频带;振动能量显著影响峰值质点速度大小,导爆管雷管起爆条件下频带由低到高,其 PPV 先减少、再增加、后减少,呈“ N”形分布;现场试验中相比于导爆管雷管,电子雷管起爆条件下的平均降振率为 21. 3%,平均振动能量降低了 32. 7%;使用导爆管雷管进行微差爆破作业时,由于导爆管雷管的延期精度较差,导致炮孔之间的振动叠加效应十分明显,爆破产生的振动能量远大于电子雷管起爆产生的振动能量。实际工程中,通过电子雷管设置合理的延期时间可以有效降低爆破振动。

深部冻结井壁早期温度应力计算方法研究

李方政, 喻新皓, 张基伟

2023, 52(03): 86-93.

摘要 ( 66 )

PDF (1698KB) ( 436 )

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为了研究不同时间节点深部冻结井壁早期温度应力变化规律,基于热传导原理与热弹性力学理论,推导了考虑冻结井壁温度演化过程与混凝土弹性模量变化的冻结井筒内壁早期温度应力解析解。以红庆河煤矿一号风井 1. 7 m 厚壁座为例,分析了冻结井筒内壁早期温度应力的分布规律,确定了造成早期温度应力导致井壁裂缝高风险区的主要原因。研究表明:① 早期径向应力 σr 整体表现为压应力, σr 最大可达-2. 2 MPa,且总体沿冻结壁向井壁内缘方向逐渐减小;在井壁任一位置处, σr 随着龄期的发展呈现先减小后增大的规律;② 早期环向应力 σθ 整体表现为压应力, σθ 最大可达-8. 98 MPa,趋向冻结壁时, σθ 先迅速减小;趋向内壁缘时, σθ 先增大后减小;③ 早期竖向应力 σ z 表现为压应力, σz 最大可达-19. 64 MPa,且整体随着龄期发展呈现先快速增大而后缓慢减小的规律;④ 建议未来进行冻结井壁温度应力理论计算时,应根据工程类比法,拟合出同类井壁温度演化过程公式进行求解。在上述分析的基础上,提出了降低冻结井壁破裂风险的相关措施:① 减小井壁外缘侧与中心、内缘之间的温差;② 制备适用于冻结井筒的抗裂型混凝土。

酸性冻融循环条件下砂岩力学特性及损伤研究

彭成, 李安然, 刘顺, 谢阳发, 钟启明

2023, 52(03): 94-99.

摘要 ( 78 )

PDF (2019KB) ( 439 )

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为研究水化学—冻融循环耦合作用下的砂岩力学特性变化及损伤劣化规律,通过水化学溶液浸泡和冻融循环作用获得不同损伤程度的砂岩试样,进行单轴压缩试验,分析其力学特性,并通过 SEM 扫描电镜从微细观角度讨论了砂岩损伤劣化机理。研究结果表明:① 随着冻融循环次数增加,砂岩在酸性溶液下的纵波波速衰减程度与质量损失率较中性溶液下更大,且酸性溶液 pH 值越低响应幅度越大;② 峰值应力与冻融循环次数呈负相关,与浸泡溶液 pH 值呈正相关,砂岩呈现出由脆性向延性转化的趋势;③ 从微细观结构角度分析得出砂岩损伤劣化是交替进行并不断积累的;④ 以弹性模量定义砂岩损伤变量,拟合建立了损伤变量规律函数模型,表明浸泡溶液 pH 值越低、冻融循环次数越高的砂岩损伤劣化程度越大。研究成果可为受酸侵蚀环境下寒区工程建设、矿山地下开采提供参考。

高压脉冲作用下岩石的击穿特性与物理力学参数关系试验研究

彭建宇, 李嘉强, 张凤鹏, 杜川

2023, 52(03): 100-105.

摘要 ( 83 )

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高压脉冲提供了一种非常具有应用前景的新型破岩技术。为了研究高压脉冲作用下岩石的击穿破裂特性,并掌握击穿场强与物理力学参数之间的关系,开展了不同岩性岩石的电击穿试验。借助扫描电子显微镜分析了高压脉冲击穿后岩石的微观破裂机制,比较了不同岩性岩石在刚好击穿时的破裂模式,研究了岩石物理力学参数对击穿场强的影响。微观分析结果表明:等离子体通道附近区域呈现高温灼烧特征,晶粒表面光滑且出现孔洞;冲击波作用下裂纹区主要为沿晶断裂和穿晶断裂;过渡区则表现出高温和冲击波共同作用的特征。此外,岩石的击穿场强与密度、波速、弹性模量之间的相关性较弱;而与抗压强度及抗拉强度之间具备一定的量化关系,击穿场强随着抗压强度和抗拉强度的增大呈指数型增长。

砂岩真三轴分级加载声发射特性与损伤演化研究

陈鹏, 李楠, 房柳林, 蔡超, 黄敬, 李毅, 刘璇

2023, 52(03): 106-113.

摘要 ( 99 )

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深部矿井、隧道等深地工程岩体处于三向高应力状态,受采掘影响围岩在竖向常受到明显的分级加载作用。针对岩石真三轴分级加载声发射特性的研究,对于深地工程围岩变形破坏灾变监测预警具有重要意义。为此, 开展了砂岩真三轴分级加载声发射监测试验,分析了砂岩在真三轴分级加载过程中的声发射信号特征,揭示了基于声发射窗口波形数的岩石损伤演化规律。结果表明:砂岩在真三轴条件下,随着最大主应力不断提高,破坏形式逐渐由拉伸破坏向剪切破坏转化。声发射窗口波形数对于砂岩内部应力变化具有良好响应,能够直观反映岩石内部损伤演化,因此提出了基于累计窗口波形数的损伤变量和损伤演化模型。砂岩损伤—应变关系可以分为 4 个阶段:初始损伤阶段,三向同时加载导致岩石内部缺陷压密闭合引起轻微损伤;损伤平稳发展阶段,损伤缓慢增加,损伤—应变关系接近线性;损伤快速发展阶段,岩石应变不随应力升高而增加,损伤迅速增长;破坏失稳阶段,岩石应变不断增加,内部裂隙扩展、贯通形成宏观破裂面直至岩石失稳破坏。

某铁矿高压辊磨—预选精矿的球磨与塔磨效果对比研究

韩呈, 王子扬, 侯英, 陈来保

2023, 52(03): 114-119.

摘要 ( 112 )

PDF (1395KB) ( 620 )

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为提高矿山磨矿效率、实现节能降耗,以某铁矿高压辊磨—预选精矿为研究对象,分别采用球磨机和塔磨机为粗磨设备开展磨矿试验。结果表明:① 采用球磨机磨矿,磨矿时间为 200 s 时,新生成-0. 074 mm 产品的能耗为 150. 08 kW· h / t,磨机-0. 074 mm 利用系数为 0. 586 t / ( m3· h);采用塔磨机磨矿,磨矿时间为 600 s 时,新生成 -0. 074 mm 产品的能耗为 138. 53 kW· h / t,磨机-0. 074 mm 利用系数为 0. 195 t / (m3· h)。 2 种磨矿方式的产品各粒级产率差异主要集中在+0. 150 mm 和 0. 150 ~ 0. 074 mm。 ② 优化试验确定适宜的塔磨工艺参数为:磨矿时间 300 s、磨矿浓度 60%、搅拌器转速 300 r / min、介质充填率 16. 15%、料球比 0. 166 4。该条件下,磨机-0. 074 mm 利用系数为 0. 625 t / (m3· h),新生成-0. 074 mm 产品的能耗为 53. 62 kW· h / t。与球磨机相比,-0. 074 mm 利用系数提高 6. 66%, 新生成-0. 074 mm 产品的能耗降低 64. 27%。研究结果可为塔磨机的应用提供有益参考。

高磷鲕状赤铁矿还原焙烧中脱磷剂CaCO3作用影响因素研究

连宵宵, 孙体昌, 寇珏, 郭晓霜

2023, 52(03): 120-126.

摘要 ( 86 )

PDF (2331KB) ( 404 )

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为揭示褐煤用量和焙烧温度对 CaCO3 作用效果的影响机制,以褐煤为还原剂、CaCO3 为脱磷剂对国外某高磷鲕状赤铁矿进行了直接还原焙烧试验。热力学计算、X 射线衍射(XRD)和扫描电镜 (SEM-EDS)分析表明,CaCO 3 的作用效果是其分解的 CaO 和 CO2 共同作用的效果总和。 CaO 的主要作用是促进铁矿物中的磷生成磷灰石并抑制磷灰石的还原,减少铁橄榄石和铁尖晶石的生成;CO2 可促进煤的气化反应,加快铁氧化物的还原。而褐煤用量和焙烧温度会影响 CaO 的反应程度,进而影响 CaCO3 的作用效果。由于低褐煤用量和高焙烧温度时焙烧过程的熔融程度高,可促进 CaO 的固相反应,因此 CaCO3 的作用效果好。试验研究发现,在 CaCO3 用量 28%、褐煤用量 20%、焙烧温度 1 200 ℃时,得到的直接还原铁产品的脱磷率高达 92%。

福建某铅锌浮选尾矿再选试验研究

李鑫, 邓荣东, 王锦荣, 陈钦, 张承杰, 何环银, 林建绥, 刘想想

2023, 52(03): 127-134.

摘要 ( 99 )

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福建某铅锌浮选尾矿中铅、锌、银的品位分别为 0. 23%、2. 11%、36. 3 g / t,其中锌和银有较高回收价值。该尾矿中主要金属矿物为闪锌矿、黄铁矿和方铅矿,非金属矿物以方解石和石英为主。针对矿石特点,采用优先浮选开展工艺优化试验。结果表明:在磨矿细度为-0. 074 mm 占 69. 92%的条件下,以石灰为 pH 调整剂,硫酸锌为抑制剂,乙硫氮为捕收剂,2#油为起泡剂,经 1 粗 3 精 1 扫浮铅,可获得铅品位 4. 56%、银品位 320 g / t,铅回收率 15. 55%、银回收率 6. 63%的银铅精矿;针对选铅尾矿,以石灰为 pH 调整剂,硫酸铜为活化剂,丁基黄药为捕收剂,2#油为起泡剂, 经 1 粗 3 精 2 扫浮锌,可获得锌品位 37. 32%、银品位 152 g / t,锌回收率 73. 25%、银回收率 18. 80%的锌精矿。试验指标较好,可为该尾矿的综合利用提供数据支撑。

矿物表面润湿性调控对固液界面水化膜的影响

栗褒, 车道昌, 郭建英, 杨志超, 刘生玉

2023, 52(03): 135-139.

摘要 ( 94 )

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浮选过程中固液界面水化膜的薄化、破裂是影响浮选效果的关键因素。为阐明矿物表面润湿性变化对固液界面水化膜的影响,以石墨为研究对象,利用双氧水和表面活性剂对石墨进行润湿性调控,采用原子力显微镜探针技术(AFM)对其表面水化膜的结构、厚度等进行直接表征,并对其影响机制进行研究。结果表明:矿物表面水化膜厚度随其氧化程度的增加而增加,且由氧化所增加的亲水性极性基团主要增加了矿物表面水化膜中有序层的厚度; 表面活性剂的吸附可以对矿物表面上的含氧基团进行有效覆盖,从而使固液界面水化膜结构发生变化,其中低表面活性剂浓度下,固液界面水化膜中有序层结构向过渡层转变,可减小水化膜中有序层厚度;高表面活性剂浓度下,表面活性剂的过量吸附仅能造成水化膜中过渡层厚度的增加,有序层厚度不会发生显著变化。浮选过程中浮选药剂少量的过量添加是有益于亲水性矿物表面水化膜的薄化与破裂的。

某极难选蚀变岩型金矿石工艺矿物学研究

胡梦忠, 熊召华, 铁颖, 丁超, 马生萍, 马全明, 洪秋阳

2023, 52(03): 140-146.

摘要 ( 77 )

PDF (2517KB) ( 405 )

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为有效利用某极难选蚀变岩型金矿石,对原矿石开展了系统的工艺矿物学试验,重点研究了矿石的物质组成、粒度组成、结构构造、主要矿物嵌布特征及金粒特征等。结果表明:① 原矿中主要可利用元素为金,有害杂质 As 含量较高,并含有一定的碳;金主要以硫化物包裹金的形式存在,其次为裸露金。 ② 原矿中自然金痕量,主要载金矿物黄铁矿、磁黄铁矿的含量分别为 3. 829%、0. 111%;脉石矿物以石英为主,占 45. 176%,此外还含有 0. 779%的毒砂。 ③ 原矿中-0. 01 mm 粒级含量及 Au 分布率均小于 10%,各粒级 Au 的品位变化不大,仅有 0. 043 ~ 0. 02 mm 粒级水析沉砂中富集已解离金粒。 ④ 矿石主要结构包括自形—半自形晶粒状、他形晶粒状、他形碎裂化及乳滴状,主要构造包括稀疏浸染状、条带状、角砾状、细脉状。 ⑤ 金主要包含于毒砂、黄铁矿等硫化矿物中,其次包含于石英、绢云母等脉石矿物中,90%的金粒度小于 8 μm,以微细和超微细粒金为主。 ⑥ 主要载金矿物嵌布粒度由粗到细依次为黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂,毒砂嵌布粒度微细,浮选要注意细粒毒砂的回收。 ⑦ 在磨矿细度为-0. 075 mm 占 62. 57%时,黄铁矿、毒砂和硫砷矿物的解离度分别为 90. 04%、81. 95%和 90. 04%。根据工艺矿物学研究成果,采用浮选回收游离金和硫化矿物,理论回收率 89%左右。研究结果对制定合理的选矿工艺具有重要的指导意义。

二次铝灰酸浸—微量加碱法制备聚合氯化铝

贺子洋, 谭欣雨, 张海泉, 林文亮, 卢绍铿, 吴国情, 吴旭

2023, 52(03): 147-151.

摘要 ( 86 )

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二次铝灰是再生铝工业生产中的主要副产物之一,已被列为危险废物,长期堆放或随意处置会引发许多环境问题。采用武汉某再生铝公司的二次铝灰,通过控制加碱改进的酸浸工艺制备聚合氯化铝。研究了酸浸物料投加比、酸浸温度、酸浸时间对铝灰中铝浸出率的影响及碱化度 B 值、加碱速率、加碱时温度对铝离子水解聚合形态的影响。结果表明,二次铝灰最优浸出条件为物料投加比 m铝灰 ∶mHCl ∶m水 = 1 ∶4 ∶4、酸浸温度 85 ℃ 、酸浸时间 2. 0 h,此时铝的浸出率达 60. 30%;向优化条件下制得的酸浸液中缓慢滴加 15% Na2CO3 溶液制备聚合氯化铝,当碱化度 B 值为 2. 4、加碱速率为 3. 6 mL / min、加碱时温度为 80 ℃时,聚合氯化铝中 Alb 含量最高,达 57. 49%。该工艺成功制备了聚合氯化铝,实现了二次铝灰的资源化和无害化处理。

某砂质高岭土增白试验研究

李航, 管俊芳, 杨成亮, 王路路, 廖敏, 丁定

2023, 52(03): 152-156.

摘要 ( 80 )

PDF (1421KB) ( 454 )

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为了合理高效开发云南某高岭土矿资源,基于矿石性质分析,分别采用连二亚硫酸钠和二氧化硫脲 2 种还原剂开展增白试验研究。针对粒度-0. 020 mm 的高岭土样品,确定二氧化硫脲漂白适宜的工艺条件为矿浆浓度 20%、二氧化硫脲用量 2. 0%、矿浆 pH 值 13、草酸用量 5%、反应温度 30 ℃ 、反应时间 20 min。在此条件下,高岭土中 Fe 2O3 含量从 0. 95%降低至 0. 70%,除铁率达 26. 32%,自然白度由 65. 0%提高至 83. 5%。与连二亚硫酸钠相比,除铁率提高了 11. 58 个百分点,自然白度提高了 9. 1 个百分点。二氧化硫脲在加热或被碱催化时产生强还原性的次硫酸, 次硫酸将高岭土中不溶性铁还原为可溶性亚铁后除去,进而提升砂质高岭土的白度。相较于二亚硫酸钠,二氧化硫脲除铁效果好、化学性质稳定且环境污染小,可用于同类型高岭石的除铁增白。

西藏班公湖-怒江成矿带东段热昌金多金属矿地质特征及找矿预测

岳国利, 李敏, 廖诗进, 马艳飞, 孙国锋, 王亚珂

2023, 52(03): 157-168.

摘要 ( 88 )

PDF (7064KB) ( 475 )

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热昌金多金属矿位于班公湖—怒江成矿带东段,大地构造位置处于那曲—洛隆弧前盆地南缘,成矿地质背景和成矿地质条件优越,是寻找金银铜铅锌多金属矿的有利地区。为初步查明区内矿产资源远景,圈定找矿靶区,采用 1 ∶10 000 土壤测量+1 ∶10 000 地质填图+遥感地质解译+激电测深+工程验证的技术方法组合对矿区开展了初步评价,发现金矿体 9 条、金银矿体 3 条、铜矿体 4 条,初步确定矿床成因类型为斑岩—浅成低温热液型,成矿岩体为黑云二长花岗斑岩隐伏岩体。在此基础上,通过对矿床地质特征、物化探异常特征及遥感影像特征的综合研究,系统地总结了矿床的找矿标志,圈定了 3 处矿化潜力较大的找矿靶区,为后续勘查工作部署提供了依据。研究成果对于班公湖—怒江成矿带东段的区域性找矿具有重要的借鉴和启示意义。

基于 DS-InSAR 的尾矿库变形监测与分析———以巴西 Brumadinho 矿为例

吴昊, 范洪冬, 郑春柳, 刘久利

2023, 52(03): 169-176.

摘要 ( 123 )

PDF (4351KB) ( 422 )

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尾矿库是一种人造高重力势能的危险源,一旦发生溃坝将会严重污染环境,并威胁下游居民的生命财产安全。然而,现有的尾矿库形变监测方法存在费时、费力、成本高等问题,为此,提出了一种基于分布式目标干涉雷达测量(DS-InSAR)的尾矿库形变信息提取方法,有助于实现尾矿库的高效率、高精度形变监测。该方法利用基于参数假设检验的 FaSHPS (Fast SHP Selection)方法选取同质像元,通过相干矩阵的特征值分解提取主导散射体相位以实现相位优化,进而联合永久散射体(PS)获取尾矿库的时序变形信息。以 23 幅 Sentinel-1B 影像为数据源,利用该方法获取了巴西 Brumadinho 尾矿库时间序列地表形变信息。结果表明:该方法获取的尾矿库监测点密度是 PS-InSAR 的 2. 2 倍,两者获取的形变速率具有较强的相关性,并且,尾矿库的形变都呈现出由坝顶中部向外扩散的趋势。将降雨量与形变量进行关联分析表明,降雨对尾矿库的变形影响显著,总体上表现为旱季形变量较少、雨季则相反的态势。

基于深度学习的井下人员不安全行为识别与预警系统研究

李雯静, 刘鑫

2023, 52(03): 177-184.

摘要 ( 107 )

PDF (3790KB) ( 425 )

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井下作业人员的不安全行为是矿山事故发生的主要原因之一,现有的井下监控方式仍然以人工监控为主,无法快速识别作业人员的不安全行为,导致难以实时预警。设计了一种基于深度学习的井下人员不安全行为识别与预警系统开发方案,首先制作以井下环境为背景的数据集,然后采用 YOLOv4 网络模型对矿工及安全帽等进行识别以判断安全帽佩戴情况,再采用 OpenPose 算法及 ST-GCN 模型对监控视频中的矿工行为进行识别,最后通过系统对不安全行为进行自动预警。结合多种深度学习和计算机开发技术开发了一种井下人员不安全行为识别与预警系统,为井下人员的安全管理提供了新的思路,对于智慧矿山建设具有参考意义。

基于混合现实技术的爆破后井下采场环境感知试验平台搭建

秦瑞博, 朱万成, 徐晓冬, 李荟, 陈承桢, 宋清蔚

2023, 52(03): 185-192.

摘要 ( 81 )

PDF (4866KB) ( 408 )

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针对地下矿山爆破后采场中对危险源感知不充分和不及时,导致井下生产效率降低以及人身安全受到威胁等问题,设计了一种基于混合现实技术的爆破后井下采场环境感知试验平台。该平台基于 HoloLens 混合现实设备,以采场中各类传感器的监测数据为依据,结合采场安全性评价智能算法和矿山设备远程控制技术,通过 Unity3D 开发引擎搭建混合现实环境,实现对爆破后采场环境感知、矿山信息透明化、远程专家指导和危险场景还原等功能。以东北大学巷道模拟实训基地为背景,通过在实训基地中人为模拟爆破后采场环境,对平台内各部分功能进行了测试。结果表明:该平台有效地实现了对采场环境的感知与控制,为井下作业的安全性提供了技术保障。

露天矿新能源纯电动卡车的智能调度优化及应用

程平, 李晓光, 顾清华, 江松

2023, 52(03): 193-198.

摘要 ( 97 )

PDF (1595KB) ( 436 )

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随着我国“双碳”战略的提出,在绿色矿山建设背景下,新能源纯电动卡车在露天矿生产中的应用越来越广泛。为了提高新能源纯电动卡车的运输效率,降低矿山生产成本,从卡车的碳排放成本和矿山生产指标角度出发,综合考虑电池电量、车铲生产能力以及矿石品位等多种影响因素,构建了基于碳排放成本的露天矿新能源纯电动卡车多目标调度优化模型,并采用非支配邻域免疫算法(NNIA)对模型进行了求解。通过国内某露天矿的生产数据进行仿真分析发现,所建立的多目标优化模型求得的调度方案,提高了设备利用效率 9. 5%,增加了 11. 29%的矿石运输量,同时有效减少了电能消耗所带来的碳排放成本。

基于传输层参数的矿山 Mesh 网络接入点选择算法研究

吕潇, 张元生, 于骞翔, 赵大壮, 李若熙

2023, 52(03): 199-205.

摘要 ( 79 )

PDF (1934KB) ( 393 )

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针对矿山开采过程网络受损等意外情况发生时的通信网络拥塞,导致视频、语音、指令等信息传输链路容易中断的问题,提出了一种用于矿山应急通信的的无线 Mesh 网络,从传输层研究网络的接入节点( Access Point, AP)选择算法。首先,以无线 Mesh 网络的端对端整体回传延时作为优化目标,通过传输层延时情况判断当前的传输链路是否中断或带宽严重下降的紧急情况。其次,引入临近 AP 广播选择机制( Broadcast Selection Mechanism of Adjacent AP,BSM-AP),使设备通信终端不需要预先关联 AP 即可计算不同 AP 的回传信息延时,降低系统测量与算法选择的开销。最后,使用模糊逻辑方法选择接入一个综合性能最优的 AP 迅速重传信息。通过高通样机平台上植入算法测试井下通信信息的传输成功率,试验结果表明:所提算法可以大幅降低关键救援信息的网络时延,并保证传输的可靠性。

铁矿粉铁品位高光谱精确估测方法研究

李孟倩, 李鸣铎, 汪金花, 韩秀丽, 高会爽

2023, 52(03): 206-213.

摘要 ( 77 )

PDF (1421KB) ( 415 )

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铁品位检测是铁矿粉工艺生产的一项关键技术。针对目前铁品位检测方法的缺点,构建了一种高光谱曲线反演铁品位的数学方法,具有检测速度快、环保无二次污染等优点。选取了石人沟铁矿 54 个铁矿粉样本,采用化学方法实测了样本的铁品位,并利用 ASD FieldSpec4 光谱仪测量了样本的高光谱曲线。分析发现铁矿粉中铁离子在 526、713、905、998 以及 1 100 nm 位置表现出强吸收特征;不同铁品位样本的吸收深度差别明显,同时存在明显的干扰噪声。根据样本高光谱吸收特征与铁品位的强相关性,对样本高光谱和铁品位数据集,进行最小二乘( Least Squares Method)、稳健估计(Robust Estimation)、岭估计(Ridge Estimation)约束下的高光谱铁品位的反演建模试验。试验结果表明,不同约束法则下铁品位反演的精度存在差异。最小二乘估计反演准确性较低,稳健估计可以降低少量异常光谱值的干扰,岭估计可以有效避免参数间复共线性对精度影响。稳健估计和岭估计共同约束下模型的泛化能力强, 反演铁品位精度高,能够有效提高模型反演预测铁品位的准确度,可以作为高光谱检测铁矿粉铁品位的基础模型。

双锥结构设计对旋流器流场特性与分离性能的影响

魏可峰, 赵强, 康长科, 张朔, 崔宝玉, 刘克爽

2023, 52(03): 214-221.

摘要 ( 97 )

PDF (3138KB) ( 518 )

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复合锥旋流器的分离性能通常优于单锥旋流器,但锥段组合方式对旋流分离过程的影响机制尚未明晰,导致复合锥的结构优化设计仍主要基于生产经验。针对实验室 ϕ150 mm 水力旋流器,采用 RSM 湍流模型和 TFM 多相流模型系统考察了双锥结构中不同锥段锥角大小(10°、15°、20°和 30°)及组合顺序对旋流器流场特性和分离性能的影响,并与常规单锥旋流器进行了对比。结果表明,双锥结构锥角大小的影响与单锥锥角影响规律基本一致,分离性能介于组成双锥结构的 2 种单锥结构之间,但沉砂分配曲线受小锥锥角影响更为明显。不同锥段具有各自独特的作用,其中大锥主要通过影响压降和切向速度来控制旋流器的离心强度和分离精度,而小锥主要通过影响沉砂口附近物料堆积状态和轴向速度分布来控制分离粒度、水分流比和沉砂颗粒产率。在相同工况条件下,通过合理匹配不同锥段,可显著改善旋流器分离性能,其中 DC-Ⅰ 结构(30°+10°)的分离粒度最小(d50 = 15. 34 μm),而 DC-Ⅳ结构 (10°+30°)的分离精度最高(α= 7. 34)且能耗最低(P= 67. 09 kPa)。研究结果可为双锥旋流器结构设计与优化提供理论指导。

永磁组合箱式磁选机的设计及应用

张宪伟, 周明亮, 袁致涛, 魏波, 李丽匣, 张强, 张俊飞

2023, 52(03): 222-226.

摘要 ( 104 )

PDF (1409KB) ( 408 )

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目前较粗粒级磁铁矿的磁选普遍采用筒式磁选机,较细粒磁铁矿运用磁选柱等精选设备可以获得良好的磁选效果,而筒式磁选机和磁选柱对于微细粒嵌布的磁铁矿分选效率低。为了提高微细粒磁铁矿的分选效果,创新性地利用机械摆动磁系和复合力场作用,研制了永磁组合箱式磁选机。设备主要结构有机架、磁系、极板、分选箱、给矿给水系统、传动系统等,磁系位于分选箱两侧往复摆动,分选区磁场强度强弱变化,强磁场强度有利于微细粒磁铁矿形成磁链沉降,弱磁场强度有利于冲洗水打散磁链、消除夹杂。设备以永磁材料做磁源,磁系稳定,节约能耗;长方体箱式结构与磁选柱等圆柱型结构相比,耗水量低、分选腔内磁场分布均匀,适用于-75 μm 磁铁矿的精选作业,通过组合叠加分选箱和极板,可以适应不同规模选厂的要求。以本钢贾家堡铁矿-75 μm 占 96. 50%、TFe 品位 62. 83% 的三段磁选精矿为研究对象,进行精选试验,在适宜操作条件下,获得了 TFe 品位 67. 81%、回收率 96. 11%的精选指标。

周期式振动脉动高梯度磁选机的研制与试验研究

熊涛, 陈禄政, 谢美芳, 黄会春, 刘向民, 李雨涵, 王泽东

2023, 52(03): 227-233.

摘要 ( 82 )

PDF (1303KB) ( 404 )

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针对当前高梯度磁选机机械夹杂多、精矿富集比较低的问题,提出在高梯度磁选过程中使磁介质振动, 通过形成振动—脉动新型复合力场提高分选精度。在此基础上,研发出一种新型周期式振动脉动高梯度磁选机,用于分选某微细粒铜钼混合精矿试验研究。结果表明:脉动力场有利于分散矿浆及冲洗磁介质表面吸附的矿粒,而振动力场能进一步减少磁介质内部夹杂,增加磁介质与矿粒的碰撞概率,对提高磁性精矿品位及回收率有明显作用。利用该种新型周期式振动脉动高梯度磁选机分选铜、钼品位分别为 26. 12%和 0. 36%的微细粒铜钼混合精矿,在适宜参数条件下获得产率为 42. 53%的高品位铜精矿,钼含量仅为 0. 07%、铜回收率为 50. 42%;钼精矿钼品位为 0. 57%、钼回收率为 91. 56%;试验钼去除率达 80. 56%,分选效率为 40. 61%,铜钼分离效果显著,分离产品粒级回收率分析结果进一步表明该磁选机能有效分选这种微细粒铜钼混合精矿。该种高梯度磁选机为细粒弱磁性矿的高度选择性分选提供了一种新的技术思路。

基于 GEE 和多维特征集的锡林浩特露天矿区近 30 a 土地利用分类

张来红, 秦婷婷, 泽仁卓格, 张海涛, 佘长超, 李军, 张成业

2023, 52(03): 234-241.

摘要 ( 71 )

PDF (2338KB) ( 394 )

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随着矿产资源的不断开采,矿区地表土地利用会发生频繁的变化,快速获取矿区开采过程中长时间序列连续的土地利用分类结果对于矿区土地治理与生态重建具有重要意义。基于 Google Earth Engine ( GEE)遥感云平台,对 Sentinel-2 和 Landsat 数据从光谱特征、纹理特征、地形特征 3 个方面构建多维特征集,采用随机森林算法分别建立了不同特征模型并测试精度以筛选出适合矿区场景的最优分类模型。以锡林浩特市露天矿区为研究区,开展了近 30 a(1991—2020 年)长时序土地利用分类研究。结果表明:① 基于 GEE 遥感云平台,能够高效、快速、准确地提取研究区 1991—2020 年近 30 a 的土地利用分类结果;② 光谱特征对分类精度具有决定性作用,融入纹理特征和地形特征能够有效提高矿区土地利用分类模型精度;③ Sentinel-2 数据特有的红边波段对植被具有较高的敏感性,能有效提高分类精度。长时间连续的监测结果能够有效了解锡林浩特市露天矿区土地利用的变化情况及规律,为进一步分析人类生产生活和环境变化对土地利用的影响提供了坚实的数据支撑。

基于遥感生态指数的矿井关闭前后生态环境时空变化规律研究

秦璐, 陈炳乾, 于洋, 杨家乐, 杨宇

2023, 52(03): 242-249.

摘要 ( 75 )

PDF (2679KB) ( 409 )

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我国煤炭资源丰富,煤炭资源开采为地方社会经济发展发挥支撑作用的同时,也对矿区周围的生态环境带来重大影响。近年来,随着煤矿资源枯竭和国家去产能政策的出台,大量煤矿被关闭。现有研究多关注开采过程中生态环境的变化,较少涉及关闭矿井后生态环境变化规律的研究。为此,以徐州贾汪关闭矿区为例,选取 2009— 2021 年的 Landsat 5 和 8 影像,采用遥感生态指数(Remote Sensing Ecological Index,RSEI)方法动态监测分析了该矿区关闭前后生态环境的时空演化规律。研究表明:矿井关闭后矿区整体的生态质量呈上升趋势,其中权台矿的 RSEI 值由 2009 年的 0. 432 上升至 2021 年的 0. 568,旗山矿的 RSEI 值由 0. 490 上升至 0. 546。贾汪矿区生态等级差和较差区域所占的比例在减少,由 2009 年的 41. 51%降为 2021 年的 29. 06%;生态等级良和优的区域所占比例在增加,由 2009 年的 36. 4%升为 2021 年的 47. 36%。另外,生态指数较低的区域不太稳定,重心迁移较明显,生态指数较高的区域相对来说较稳定且集中。将生态结果与高分辨率影像进行可视化对比,反映出利用 30 m 分辨率的 Landsat 遥感影像对贾汪矿区进行 RSEI 指数评价具有一定的可靠性。

球囊霉素相关土壤蛋白对钒钛磁铁尾矿生态环境的修复效果研究

卢赛, 谷海红, 艾艳君, 张义璇, 李富平

2023, 52(03): 250-258.

摘要 ( 71 )

PDF (1727KB) ( 399 )

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为探讨丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)释放的球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin related soil protein,GRSP)对钒钛磁铁尾矿生态环境的修复作用,开展了紫花苜蓿室内培养实验,通过外源施加不同形态及不同剂量的球囊霉素相关土壤蛋白,研究了其对钒钛磁铁尾矿养分环境、团聚结构、重金属活性及紫花苜蓿生长的影响。结果表明:施加 GRSP 后钒钛磁铁尾矿养分环境得到明显改善,EEG 使钒钛磁铁尾矿中速效磷含量增加了 19. 7% ~ 60. 1%;TG 效果则更加显著,碱解氮含量和速效磷含量分别增加了 12. 2% ~ 58. 9%和 44. 7% ~ 111. 3%;此外, 外源施加 TG 后钒钛磁铁尾矿团聚结构的稳定性会显著增加,大团聚体占比、平均重量直径和几何重量直径分别增加了 29. 36% ~ 114. 63%、4. 76% ~ 15. 87%和 9. 26% ~ 16. 67%,提高了钒钛磁铁尾矿对重金属及养分的固持能力;两种形态 GRSP 对钒钛磁铁尾矿中不同重金属作用有所差异,EEG 能显著降低 Cu 有效性,DTPA 提取态 Cu 含量降低 16. 7%,TG 主要钝化 Cr,DTPA 提取态 Cr 含量减少了 72. 6%。此外,柠檬酸钠的加入在一定程度上抑制了紫花苜蓿的生长。综合分析表明,球囊霉素相关土壤蛋白可以改变钒钛磁铁尾矿重金属活性、提高团聚体稳定性并改善养分环境,为尾矿矿区生态修复提供了理论依据。

黄原胶-丁基黄药协同去除模拟选矿废水中Cu( Ⅱ )的试验研究

张郭阳, 杨志超 , 滕青, 韩英棋, 张素红, 刘生玉

2023, 52(03): 259-265.

摘要 ( 67 )

PDF (1734KB) ( 399 )

相关文章 | 计量指标

针对黄原胶吸附剂亲水性强,难以从水体中分离的问题,添加丁基黄药协同处理模拟选矿废水中的 Cu (Ⅱ ),通过条件试验确定适宜的工艺参数,并通过 Zeta 电位、红外光谱和 XPS 分析吸附机理。当黄原胶投加量为 50 mg / L、溶液 pH 值为 6、搅拌时间为 30 min、初始 Cu(Ⅱ )浓度为 60 mg / L 时,Cu(Ⅱ )的去除率达 87. 44%。在上述条件基础上,添加 40 mg / L 丁基黄药协同黄原胶去除 Cu(Ⅱ ),去除率达 99. 86%,提高了 12. 42 个百分点。黄原胶对废水中 Cu(Ⅱ )的吸附机制包括带负电的黄原胶与带正电的金属离子之间的静电作用,以及黄原胶羟基和羧基中氧的未成键电子与 Cu(Ⅱ )的空轨道的配位络合。而丁基黄药中的 S 可为 Cu( Ⅱ )的空轨道提供电子,进一步强化了吸附效果,使得 Cu(Ⅱ )去除率显著提升。研究结果为重金属离子的高效去除提供了新的思路。

水泥稳定钢渣混合料离散元模型参数反演及断裂损伤研究

王舒永, 陈国新, 徐宇晗, 苏万忠, 赵旭章

2023, 52(03): 266-273.

摘要 ( 75 )

PDF (3627KB) ( 385 )

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基于三维扫描技术,利用 Particle Flow Code 3D 构造真实钢渣石形状的水泥稳定钢渣混合料离散元模型,探究试样宏细观参数间的敏感性并建立两者间的非线性回归方程。对不同钢渣石含量的试样进行无侧限单轴压缩模拟试验,结合接触计算、裂隙定位等程序系统,从强度、断裂损伤等方面分析试样在破坏过程中的宏细观力学特性及微裂隙演变规律。结果表明:有效模量和摩擦系数对峰值强度几乎无影响;弹性模量受孔隙度、有效模量、黏结强度、平行黏结摩擦角影响较大;泊松比主要受孔隙度控制。随着钢渣石含量增加,试样的弹性模量、峰值强度升高,泊松比降低,峰后应力曲线渐陡,表现出明显的脆性破坏特征。裂缝形成主要分为萌生、扩展、汇集、贯通 4 个阶段,提高钢渣石含量,试样断裂面厚度增大,微裂隙数量成倍增长。

矿渣—粉煤灰地聚物注浆材料的制备及性能优化研究

王波。文华

2023, 52(03): 274-278.

摘要 ( 86 )

PDF (1749KB) ( 385 )

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为了降低注浆材料中水泥的使用和开发新型的注浆材料,以粉煤灰和矿渣为前驱体,采用碱激发的方式制备了地质聚合物注浆材料。采用聚丙烯纤维对注浆材料性能进行优化,研究了纤维对地质聚合物注浆材料工作性、力学性能和微观结构的影响。研究结果表明:添加纤维可以提高地质聚合物注浆材料的凝结时间和降低材料的流动性;纤维的掺入显著提高了地质聚合物注浆材料的抗压强度、抗折强度和抗冻性能,同时纤维还能降低材料的干燥收缩率;综合试验结果得出纤维的最优掺量为 3%。微观结构测试结果表明添加纤维后,地质聚合物注浆材料的微观结构更加均匀和致密。纤维可以作为地质聚合物注浆材料中的微集料以优化材料的性能。

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