金属矿山

卢宏建, 武晓军, 武婕

2023, 52(04): 1-7.

摘要 ( 176 )

PDF (3091KB) ( 440 )

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胶结充填体稳定性分析与合理强度设计是充填采矿成功实施的关键,基于典型充填采场工程,通过充填体、矿岩体室内压缩试验和充填体—边界介质组合体直剪试验获取相关力学参数后,构建了考虑接触面特征和采充时序的目标胶结充填体稳定性分析三维数值计算模型,系统分析了目标胶结充填体位移、应力和塑性区分布特征。结果表明,相同灰砂配比目标胶结充填体,在考虑接触面特性后的位移量增大,应力值降低,塑性区与破坏区减小,更能体现充填体与边界介质接触的拱效应作用,与实际相符。研究结果可为矿山胶结充填体强度设计优化提供参考。

海下金矿破碎围岩空区治理二次开采稳定性研究

夏文浩, 宋卫东, 李杨, 付建新, 张少鹏

2023, 52(04): 8-14.

摘要 ( 94 )

PDF (3387KB) ( 307 )

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为保证三山岛金矿治理后的二次开采能够安全高效进行,采用 FLAC3D 对未治理工况和治理工况下二次开采各阶段进行模拟研究。结果表明:治理工况下采场围岩应力集中区域明显减小,矿柱塑性区仅集中在矿柱表面,隔水层变形小于《有色金属采矿设计规范》所规定的Ⅰ级建构筑物所允许的变形值;治理工程缓解了采场围岩的应力集中和变形、减少了第四系隔水层变形移动,能够有效提高新立矿区岩体的整体稳定性;现场监测结果与模拟结果较为契合,监测值均在允许范围内。因此可认为治理后二次回采过程矿区岩体处于稳定状态,研究结果可为矿山安全高效开采提供依据,并为确定后续监测重点提供参考。

充水环境下房柱法采场稳定性分析

吴高善 , 李学锋, 杨一豪, 肖武宁, 向杰, 肖遥

2023, 52(04): 15-21.

摘要 ( 88 )

PDF (2076KB) ( 295 )

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矿井淹井时井下工程结构的稳定性受到影响,严重时地下水还会诱发采空区失稳塌陷、地面沉陷等地质灾害。结合锡基坑铅锌矿房柱法开采与雨季淹井的特点,按照从局部到整体的研究顺序,采用室内试验、理论计算和数值模拟的手段对充水环境下的锡基坑铅锌矿房柱法采场的稳定性开展研究。结果表明:① 充水环境下的矿岩石和矿岩体的力学性能出现了不同程度的下降,矿柱的安全系数降低。 ② 充水环境下采场顶板的最大沉降值增大,承受的最大拉应力减小,拉伸破坏区范围增大且更易贯通,采场顶板稳定性降低。 ③ 充水环境下矿柱受到的最大压应力增大,随着矿柱宽度的减小,矿柱更易发生塑性破坏,矿柱宽度减至 3 m 时,矿柱出现贯穿性的压剪破坏区,矿柱失效。基于上述结论,针对易受地下水淹井的采用房柱法开采的矿山,提出了加大矿柱尺寸,及时对矿房进行充填,对不合格的矿柱和顶板进行加固等建议。

某高寒高海拔铜矿采矿方法优化与应用

胡建钊

2023, 52(04): 22-26.

摘要 ( 80 )

PDF (1284KB) ( 306 )

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某高寒高海拔铜矿属分群展布、大致平行产出的急倾斜薄至中厚矿体,自投产以来采用分段空场嗣后充填法以及浅孔留矿嗣后充填法进行开采,所设计方案上下盘围岩暴露面积大、对矿体形态变化适应性差、合采矿脉间的夹石无法剔除、采场布置和回采顺序的灵活性差、胶结充填成本高,难以满足矿山生产能力的要求。通过综合研究矿山开采技术条件及生产现状,确定采用机械化盘区上向进路充填法开采,并使用大型无轨设备进行采掘作业。经对比,优化后的开采方案生产能力、回采率、机械化程度均得到了提高,采场安全性得到加强,采矿工艺对矿体的适应性增强,贫化率大幅度降低,并极大地减少了胶结充填的比例。主要经济技术指标为盘区生产能力提高 6. 16%,综合回采率提高 13. 78%,综合贫化率降低 72. 91%。

断层条件下低品位厚大矿体采矿方法优化研究

龙翼, 陈绍民, 严鹏

2023, 52(04): 27-32.

摘要 ( 82 )

PDF (1601KB) ( 289 )

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针对断层条件下低品位厚大难采矿体安全高效开采的技术难题,以某斑岩型金矿体为例,根据其具体条件(盘区沿断层走向布置、采场布置紧凑、分区回采衔接合理、采矿综合损失贫化率低),按照由矿体两端向中央回采的总体回采顺序,经采矿方法优化研究,确定了针对不同区域的两种可行的采矿方法。研究表明:阶段凿岩空场嗣后充填法采场生产能力大,采矿成本低,更加适用于端部矿体稳固性好的区域规模化安全高效开采;上向分段碎石胶结充填法采场顶板和两帮暴露面积小,回采作业安全性好,更加适用于稳固性较差的低品位含矿断层开采。分析结果对于断层条件下复杂难采矿体的安全高效开采具有一定的参考价值。

大空区充填体结构稳定分析与强度设计

陈宁青

2023, 52(04): 33-36.

摘要 ( 68 )

PDF (2035KB) ( 282 )

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结合某铁矿大空区胶结充填处理实际,分析了大空区的充填特点,提出了大空区胶结充填体的薄饼结构概念。运用结构力学方法分析了薄饼充填结构充填体的稳定性;考虑层间弱面结构作用,运用 FLAC3D 数值分析软件分析了薄饼充填结构假顶首层充填高度对假顶稳定性的影响,得到结论:由于薄饼充填结构的层间弱面作用,用较高强度的充填料充填大空区既无必要,也不科学,可以固化稳定充填料浆为目的,采用较低的强度充填。

奥尔托喀讷什锰矿粗骨料胶结充填体试验研究及配比优化

姚宣成, 刘中柱, 罗平框, 周奥辉

2023, 52(04): 37-44.

摘要 ( 59 )

PDF (2064KB) ( 268 )

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充填体材料的强度及充填体料浆的浓度、流动性和阻力坡降等是矿山充填体系统设计的关键指标,事关矿山的充填质量及矿山生产安全。为了保证矿山安全生产和降低矿山充填成本,针对奥尔托喀讷什锰矿矿山现状,选取了风化较少的青黑色废石和风化较多的土黄色废石,分别开展了材料基本物化性质试验、充填料胶结强度配比优化试验研究、充填料浆流变参数及输送性能研究等一系列试验。研究了不同粗骨料、水灰比、养护时间及料浆浓度对粗骨料胶结充填体单轴抗压强度、塌落度及充填体料浆流动性的影响,并进一步对粗骨料胶结充填体物料配比进行了优化。实验结果表明:当粗料为全粒径≤10 mm 混合废石、灰砂比为 1 ∶4 时,充填体试块强度最大,料浆不易堵管或大量堆积于管道中;料浆浓度保持在 82% ~ 80%时,充填料浆的和易性和流动性较好;充填体料浆流速随浓度的下降快速上升,静料柱高也显著下降。

温度对矿渣基充填料流变和强度影响试验研究

韩静, 王卓然, 付有, 王惠芬, 姜海强

2023, 52(04): 45-49.

摘要 ( 56 )

PDF (1562KB) ( 269 )

相关文章 | 计量指标

近些年,矿渣基胶结料因其成本低、强度高、流动性好、抗侵蚀好等优点,在国内金属矿山充填中得到了广泛的应用。然而,不同矿山的井下环境温度差别较大,矿渣基胶结料的无差别应用极易导致充填质量与设计预期产生较大偏差。鉴于此,本研究以水泥为对照,对比分析了矿渣基充填料在不同温度(5、20 和 35 ℃ )下流变和强度演化规律。结果表明:2 种胶结料类型料浆的流变(屈服应力与塑性粘度)和触变均随温度的增高而增大,但水泥基充填料流变参数对温度敏感程度更高。 2 种类型充填料的触变与塑性粘度均呈现出明显的线性关系。除了 5 ℃ 下 3 d 强度外,同一温度下矿渣基充填料的强度始终高于水泥基充填料,且前者的强度对温度变化更加敏感,同时随着温度增高,试样强度的增长速率逐渐降低。

考虑接触形貌特征的节理面JRC值确定方法研究

范建辉, 吴文, 何东康

2023, 52(04): 50-57.

摘要 ( 52 )

PDF (2038KB) ( 253 )

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传统方法确定节理面粗糙度 JRC 过程中,往往将整个节理面的形貌考虑在内,然而在实际剪切过程中, 节理面两翼仅仅部分微凸体产生相互接触,未接触区域的形貌必然影响 JRC 值的准确性。为了建立一种更加准确的 JRC 值确定方法,利用数值追踪技术确定节理面在剪切过程中的局部接触区域,并求解该区域的幅度参数、空间参数和倾角参数,同时通过 Barton 模型对 JRC 值进行反演。利用发生接触的节理面形貌参数对 JRC 值进行拟合,并进行显著性分析,在此过程中得到如下结论:① JRC 主要受到高度均方差 σz、陡坡百分比 PD、高度差 T1z0 和坡度均方根 Z2 的显著影响。 t 检验结果可知,坡度均方根 Z2 对 JRC 影响的显著性大于高度均方差 σz,大于高度差 T1z0。 ② 将局部发生接触的节理面形貌参数和整个节理面形貌参数进行对比,结果表明发生接触的节理面形貌所确定的形貌参数与 JRC 的显著性明显高于整个节理面确定的形貌参数与 JRC 之间的显著性。 ③ 将本文方法确定的 JRC 模型与 Grasselli 模型、 Xie 模型预测结果进行对比,结果表明基于节理面局部接触形貌确定的 JRC 值能够更加准确地预测节理面抗剪强度。

基于离散元法的岩石细观能量转化特征及影响因素分析

程虹铭, 韩锋勇, 李永明

2023, 52(04): 58-64.

摘要 ( 62 )

PDF (2232KB) ( 466 )

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为揭示荷载作用下岩石细观能量转化特征及查明其影响因素,基于离散元 PFC2D 软件建立砂岩数学计算模型,通过试错法匹配试验应力—应变曲线标定细观力学参数,对不同围压、加载速率和颗粒直径下砂岩受压试验进行离散元研究。分析砂岩变形破坏全过程细观能量演化及转化特征,探讨细观能量转化机制及细观能量转化影响因素。研究结果表明:细观线应变能和黏结应变能在峰值应力前随变形增大而增大,峰值应力后释放并逐渐平缓发展;摩擦耗散能随变形增大而增大,阻尼耗散能演化趋势与宏观贯通裂纹形成相关;以耗散能转化率为例,能量转化经历了 4 个阶段,与裂纹发展趋势一致,且其极小值对应岩石损伤应力;损伤应力后,围压、加载速率的增大降低耗散能转化及其增长速率,颗粒直径的增大仅降低耗散能转化率,不影响其增长速率。

湍流场中浮选颗粒-气泡脱附行为的尺寸效应研究

史文庆, 刘新宇, 丁世豪, 尹青临, 何琦, 曹亦俊, 桂夏辉, 邢耀文

2023, 52(04): 65-72.

摘要 ( 56 )

PDF (2570KB) ( 281 )

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湍流诱发浮选颗粒-气泡脱附已达成广泛共识,但湍流场中颗粒的脱附行为机制仍未明晰。传统离心脱附理论认为当颗粒所受离心力大于毛细力时颗粒从气泡表面脱附,忽略了颗粒重力对浮选颗粒-气泡间稳定性的影响,且未考虑不同尺寸颗粒间的脱附行为差异。采用自制的微流体通道湍流槽探索了湍流涡中不同尺寸颗粒的脱附行为,运用 Image-Pro Plus 图像处理软件对颗粒脱附过程的动力学参数进行测量分析。结果表明,粗颗粒(2. 0 mm) 质量大,颗粒在气絮体升浮阶段发生直接脱附;而中颗粒(1. 0 mm)和细颗粒(0. 5 mm)质量小,气泡会带动颗粒由湍流槽底部向湍流涡中心旋转迁移,同时颗粒在气泡表面高速旋转发生离心脱附。此外,颗粒稳定性分析表明传统邦德(B∗ O )模型并不能对湍流场中的颗粒-气泡气絮体稳定性进行准确判断,颗粒易受湍流涡加速或气泡振荡的影响, 导致颗粒脱附时邦德数在 1 左右波动。

联结基团长度对双酯 Gemini 季铵盐的捕收性能影响

陆泽通, 李洪强, 刘丹章, 刘焱, 翁孝卿

2023, 52(04): 73-78.

摘要 ( 58 )

PDF (1682KB) ( 253 )

相关文章 | 计量指标

通过浮选试验、表面张力、接触角、Zeta 电位测试、分子动力学模拟,探究 3 种双酯 Gemini 季铵盐捕收剂 (DQAS2、DQAS4、DQAS6)的联结基团长度对其捕收性能的影响。结果表明,与十二胺盐酸盐( DDAH)相比,自制捕收剂在较宽的 pH 值(3~ 11)范围内对石英有更好的捕收能力,捕收剂浓度为 5× 10-6 mol / L 时,石英的上浮率依次为 DQAS4(67. 57%) >DQAS2(58. 42%) >DQAS6(38. 24%);双酯 Gemini 季铵盐捕收剂对石英表面润湿性改变由强到弱依次为 DQAS4>DQAS2>DQAS6;捕收剂的表面活性大小为 DQAS4>DQAS6>DQAS2;Zeta 电位测试结果表明 DQAS4 与 DQAS2 在石英表面吸附较强;分子动力学模拟的结果表明双酯 Gemini 季铵盐 DQAS4 与石英表面相互作用能最强。因此,中间长度联结基团的双酯 Gemini 季铵盐 DQAS4 具有更优的表面物化性能和捕收性能。

磁化油酸钠溶液对气泡特性影响研究

李凤久, 王仁贺, 贾清梅, 叶杨海, 孟克难, 徐彬

2023, 52(04): 79-85.

摘要 ( 49 )

PDF (2208KB) ( 253 )

相关文章 | 计量指标

为了探究磁化药剂在浮选过程中对气泡特性的影响,在自行设计的底吹气泡水槽中,以底部产生的气泡为研究对象,通过高速摄影仪获取不同磁化处理条件下产生的气泡图像,经一系列处理后获得二值化图像,通过对气泡分类得到单气泡和粘连气泡,设置圆形度阈值筛选出符合实际的气泡,并提取气泡面积、直径和周长等参数。研究结果表明,对油酸钠的磁化处理可以改变气泡的尺寸分布、气泡形状及上升速度。在磁感应强度为 150 mT 时,气泡直径集中分布在 0~ 1 mm 区间,并且 Sauter 直径由 0. 71 mm 降低为 0. 65 mm。圆形度 C 和变形系数 E 接近 1,气泡更加接近规则的球型,气泡上升过程中形变量小,气泡更不易变形。对上升气泡的速度分析,磁化后气泡平均速度增大并具有离散性。

超声处理改善赤铁矿浮选体系中菱铁矿交互影响的研究

蔡立政 , 印万忠

2023, 52(04): 86-91.

摘要 ( 83 )

PDF (1944KB) ( 264 )

相关文章 | 计量指标

为了改善微细粒菱铁矿对赤铁矿浮选的交互作用影响,分别研究了在正反浮选体系中超声处理对赤铁矿与石英浮选分离的影响。不同含量的微细粒菱铁矿均会严重影响赤铁矿和石英的浮选分离,而通过超声处理能改善菱铁矿对赤铁矿与石英分离的不利影响。在菱铁矿含量 5%、超声功率 200 W 的条件下处理矿浆 1 min,油酸钠正浮选体系下精矿铁品位从 37. 23%提高至 49. 15%,提高了 11. 92 个百分点。同时在以淀粉为抑制剂的油酸钠反浮选体系下,处理矿浆 2 min,精矿铁品位从 30. 32%提高至 47. 36%,提高了 17. 04 个百分点。机理研究表明在适宜的超声处理条件下能够去除微细粒菱铁矿的吸附罩盖,从而有利于促进赤铁矿与石英的分离。

包子铺褐铁矿石微波悬浮磁化焙烧技术研究

刘旭 , 孙永升 , 祝昕冉 , 韩跃新

2023, 52(04): 92-96.

摘要 ( 49 )

PDF (1838KB) ( 339 )

相关文章 | 计量指标

针对包子铺褐铁矿石进行了微波悬浮磁化焙烧试验研究。结果表明,原矿铁品位为 32. 89%,赤、褐铁中铁分布率为 98. 45%,主要杂质 SiO2 含量为 33. 88%,有害元素 P 含量为 1. 22%。条件试验确定的微波悬浮磁化焙烧条件为:焙烧温度 500 ℃ 、焙烧时间 5 min、微波频率 550 W、CO 体积分数 20%。将焙烧产品磨至- 0. 045 mm 占 74. 47%,再进行弱磁选(磁场强度 120 kA / m),可获得铁品位为 58. 05%、回收率为 90. 24%的铁精矿产品。通过化学多元素分析、X 射线衍射(XRD)和振动样品磁强计( VSM)分析发现,通过微波磁化焙烧,原矿中的赤、褐铁矿转化为磁铁矿,矿石的饱和磁化强度及比磁化系数得到显著增强,可以通过磁选有效回收铁矿物。

磨矿介质对黄铜矿和闪锌矿矿浆化学特性及浮选分离影响研究

李达, 高鹏, 张小龙

2023, 52(04): 97-102.

摘要 ( 80 )

PDF (1997KB) ( 305 )

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以黄铜矿和闪锌矿的二元混合矿为研究对象,分别考察了钢球介质磨矿和陶瓷球介质磨矿对黄铜矿和闪锌矿混合矿粒度组成、矿浆化学性质的影响规律,并探究了两种磨矿体系下黄铜矿和闪锌矿的浮选分离行为。结果表明,钢球介质磨矿和陶瓷球介质磨矿两种产品的粒度组成相似,但钢球介质磨矿产品粒度更细。在丁基黄药用量为 100 mg / L、硫酸锌用量为 300 mg / L、矿浆 pH 值为 10 的浮选条件下,陶瓷球介质磨矿体系中黄铜矿和闪锌矿的浮选回收率分别为 90. 12%和 32. 46%,钢球介质磨矿体系中黄铜矿和闪锌矿的浮选回收率分别为 83. 04%和 28. 60%, 陶瓷球介质磨矿后黄铜矿和闪锌矿浮选分离行为更好。两种介质磨矿体系下的矿浆化学性质分析结果表明,相比钢球介质磨矿,陶瓷球介质磨矿体系下矿浆中 Fe3+浓度较低,浮选药剂在矿物表面作用更强,因此,陶瓷球介质磨矿更有利于之后黄铜矿和闪锌矿的浮选分离。

组合捕收剂DYN-3在铁矿石浮选脱硅中的性能研究

杨晓峰, 马玉宁, 陈宇, 谷晓恬, 朱一民, 刘杰, 李慧

2023, 52(04): 103-109.

摘要 ( 52 )

PDF (1605KB) ( 278 )

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以组合药剂 DYN-3 为研究对象,将醚胺(DYN-1)与十二烷基磺酸钠( SDS)进行组合(简称 DYN-3), 针对石英、赤铁矿、磁铁矿开展单矿物和人工混合矿浮选试验,考察 DYN-3 用量、矿浆 pH 值、温度、淀粉用量对矿物浮选行为的影响。结果表明:DYN-3 对石英捕收能力很强,在矿浆 pH 值为 8. 0 时,石英回收率为 99. 57%,且该药剂对温度适应能力强,经人工混合矿试验可得到精矿铁品位为 68. 29%、回收率为 95. 62%的选别指标。通过红外光谱、 Zeta 电位等表征药剂在矿物表面的吸附机理。结果表明:DYN-3 在石英表面为化学吸附,DYN-3 内部的十二烷基磺酸钠(SDS)与 DYN-1 在吸附过程中存在正协同作用,因此增强了 DYN-3 在石英表面的吸附强度,从而改善石英表面可浮性。综上所述,DYN-3 是一种可应用于铁矿石反浮选的新型高效低温捕收剂。

柴达木盆地某金矿石提质降杂试验

赵开乐, 张文谱, 杨耀辉, 王振, 李飞, 明平田, 吴威龙

2023, 52(04): 110-116.

摘要 ( 49 )

PDF (1922KB) ( 305 )

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柴达木盆地某金矿石属于微细粒-超微细粒浸染型含碳、砷的极难处理金矿,面临金精矿 Au 品位低、Au 回收率难提升的技术难题。在矿石性质研究的基础上,引入新型捕收剂 EMB-506、绿色高效抑制剂 EMY-515 及新型起泡剂 EMP-01,并在新药剂体系下开展了浮选提质降杂试验,通过单矿物浮选试验、吸附量测试和红外光谱等测试手段,表征抑制剂 EMY-515 的选择性作用机理。在原矿 Au 品位为 2. 41 g / t 时,采用新药剂,通过 1 粗 2 精 3 扫浮选闭路流程,可以获得 Au 品位 33. 97 g / t、Au 回收率 87. 73%的金精矿,新药剂浮选体系“提质降杂”效果显著。新型抑制剂 EMY-515 的加入会使得载金矿物和脉石矿物出现较大的可浮性差异;EMY-515 在脉石矿物表面的吸附量远大于载金矿物;EMY-515 在绿泥石表面的吸附是发生了与—COOH 有关的化学吸附,而在毒砂表面的吸附能力弱,发生物理作用,因此不影响毒砂上浮。新药剂预期实现成果转化后,还可在我国类似金矿推广,经济效益、社会效益和生态效益显著。

异戊基黄药与水杨羟肟酸对硅孔雀石硫化浮选行为的影响

马英强, 李诗澜, 宋振国, 饶峰, 邓荣东, 印万忠

2023, 52(04): 117-123.

摘要 ( 49 )

PDF (1942KB) ( 254 )

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为提高硅孔雀石浮选回收率,通过单矿物浮选试验,研究了异戊基黄药与水杨羟肟酸对硅孔雀石硫化浮选行为的影响,通过接触角测试、Zeta 电位测试、红外光谱分析等手段对药剂与硅孔雀石表面的作用机理进行了分析。结果表明,组合捕收剂的作用效果好于单一捕收剂,可以将硅孔雀石的浮选回收率提高了 18. 82 个百分点; 组合捕收剂会使矿物表面接触角增大,负电性增强,使得药剂在矿物表面产生更强的化学吸附,从而提高了硅孔雀石的浮选回收率。

我国典型贫铁矿石预选技术研究新进展

吴俊杰, 刘恩建, 郭小飞, 代淑娟

2023, 52(04): 124-130.

摘要 ( 67 )

PDF (1537KB) ( 303 )

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介绍了我国铁矿资源的分布及特点,分析了我国典型贫铁矿石预选技术的研究进展,重点评述了超贫磁铁矿、微细粒嵌布磁铁矿、钒钛磁铁矿以及弱磁性赤褐铁矿的预选新工艺和新技术。高压辊磨超细碎逐渐成为贫铁矿石加工的常规工艺之一;综合运用复合力场的新型干式磁选机能够提高细粒级贫磁铁矿预选的精矿品位和抛尾产率;基于半闭合磁系的外磁式预选设备为钒钛磁铁矿石的预选提供了新的途径;粗粒干式和细粒湿式高梯度联合磁选预选能够充分改善赤铁矿的预选效果;智能光电预选技术能够从较粗粒级( +12 mm)的褐铁矿、镜铁矿等弱磁性难选铁矿石中抛出产率 7. 30% ~ 17. 28%的合格尾矿。指出了未来贫铁矿资源开发利用的趋势为超细碎设备、新型复合力场高效磁选预选设备和智能光电预选设备的创新研究。

甘肃某高硫高砷微细粒金矿石工艺矿物学研究

陆恩泽 , 靳建平, 李艳军, 周振亚

2023, 52(04): 131-137.

摘要 ( 51 )

PDF (2604KB) ( 259 )

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甘肃某地金矿石为典型的高硫高砷微细粒型难处理金矿石,为探明其工艺矿物学特性,采用化学多元素分析、矿物自动分析系统(MLA)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等分析手段对化学组成、矿物组成、粒度组成、矿物赋存状态及嵌布特征等方面对矿石进行了研究。结果表明:矿石中主要含有 Si、Fe、As、S、Au、 Ag 等元素,其中 Au 品位为 3. 75 g / t、Ag 品位为 110 g / t,具有综合回收价值;S 含量为 12. 53%,As 含量为 8. 40%。矿石中主要金属矿物有毒砂、黄铁矿等;非金属矿物主要为石英。金以自然金的形式存在且粒度微细,经统计的颗粒全部为显微金。外形形态主要以角粒状为主,其次为长角粒状;自然金多包裹于硫化物中(以黄铁矿为主,少量为毒砂),少量分布于黄铁矿裂隙中;矿石中银主要以独立矿物自然银、自然金存在,并嵌布于黝铜矿裂隙中。结合工艺矿物学研究结果综合分析得出结论:该矿石的分选难点在于自然金粒度微细、原矿中含有大量毒砂、自然金主要以包裹金形式存在、黄铁矿和毒砂嵌布密切、含有易泥化矿石。基于以上研究结果,推荐采用氧化焙烧—氰化浸出工艺进行分选。本文从矿物学的角度对甘肃某地高硫高砷金矿石进行了剖析,为该种类型矿物的高效开发利用提供了理论指导。

青海拉陵高里河下游某难选铜锌矿石工艺矿物学研究

张慧婷, 赖春华, 冯媛媛, 王朝, 谢兰馨, 翁存建

2023, 52(04): 138-145.

摘要 ( 41 )

PDF (2359KB) ( 246 )

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对青海拉陵高里河下游某难选铜锌矿矿石进行了系统的工艺矿物学研究,查明了矿石的化学组成、矿物组成及其含量、主要矿物的嵌布特征、嵌布粒度以及解离情况。结果表明:矿石铜、锌品位分别为 0. 40%、1. 60%, 铜、锌氧化率分别为 37. 14%、62. 12%,属低品位氧化铜锌矿;矿石中铜矿物主要以砷钙铜矿、黄铜矿形式存在, 锌矿物主要以砷钙锌矿、铁闪锌矿、砷锌矿形式存在;砷钙铜矿中的锌以及砷钙锌矿和砷锌矿中的铜是以类质同象形式存在,这部分铜锌通过常规物理选矿难以分离,影响铜、锌的回收。黄铜矿、铁闪锌矿主要呈不规则状、星点状与 Cu-Zn 砷酸盐矿物、绿帘石、云母紧密共生;Cu-Zn 砷酸盐矿物主要呈纤维状、板状、不规则状、浸染状与脉石矿物紧密共生, 因此适当地提高磨矿细度有利于提高精矿质量与回收率。根据工艺矿物学研究结果,建议采用“铜锌硫化矿混合浮选—铜锌分离—分离尾矿再选铜锌氧化矿”的选矿工艺流程。

难免阳离子对石英和长石浮选行为的影响及机理研究进展

聂轶苗, 裴广超, 刘淑贤, 王玲, 王森, 王龙, 王宏刚

2023, 52(04): 146-157.

摘要 ( 80 )

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石英和长石是两种常见的非金属矿物,因其矿物结构和物化性能相似,导致其浮选分离难度较大。除了捕收剂、抑制剂种类及用量等因素会直接影响二者浮选分离效果以外,溶液中各种难免阳离子对两种矿物的浮选行为也存在较大影响。为了厘清这些离子对石英、长石浮选行为的影响规律,分别从阴离子捕收剂、阳离子捕收剂和阴阳离子混合捕收剂 3 种浮选体系角度出发,对不同浮选体系中常见难免阳离子在石英、长石的浮选中的影响效果进行了综述,结合浮选溶液化学和现代测试分析方法对其影响机理进行了阐述,总结了有利于二者浮选分离的阳离子种类及相应的浮选条件,提出在石英、长石浮选分离研究中,各阳离子对浮选药剂和矿物之间作用影响缺少系统性研究,并指出计算机模拟与实际矿物浮选情况相结合将是未来的研究方向,为石英和长石的浮选分离研究提供参考。

河南省石墨矿床地质特征、成矿区带划分及找矿预测

姬果, 裴中朝, 王永辉, 姬清海, 李宁, 韩江伟, 巴燕, 桂新星, 叶萍

2023, 52(04): 158-167.

摘要 ( 135 )

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河南省石墨矿资源丰富,查明资源储量居全国第 3 位,是我国石墨工业最重要的原料来源地之一。因此,加强矿床地质特征研究、进行成矿区带划分、总结成矿规律和研究矿床成因,对于成矿预测、找矿潜力评价及促进矿产开发至关重要。在对河南省石墨矿勘查成果资料全面收集、整理和分析的基础上,重点对赋矿地层、矿床特征和成矿区带划分进行了研究。结果表明:① 河南省石墨矿床类型单一,为区域变质型晶质石墨矿,成矿时代为新太古代和古元古代;② 太华岩群水底沟岩组、秦岭岩群雁岭沟岩组和陡岭岩群大沟岩组,均具有孔兹岩系特征,石墨矿化最强,为主要赋矿地层,找矿潜力巨大;③ 银鱼沟群赤山沟组具有黑色岩系特征,石墨矿化相对较弱,为次要赋矿地层; ④ 河南省石墨矿总体具有规模大、品位高、矿石易选等优点,具有重要的工业意义。在对全国成矿域( Ⅰ级)、成矿省 (Ⅱ级)、成矿带(Ⅲ级)成矿区带划分的基础上,进一步将河南省石墨成矿区带划分为 4 个石墨成矿亚带( Ⅳ级)和 8 个石墨矿集区(Ⅴ级),石墨成矿亚带自北向南分布,石墨矿化自北向南由弱变强,与赋矿地层分布及其矿化规律完全一致。

基于SBAS-InSAR的西部开采沉陷超前影响角反演研究

周健, 周大伟, 安士凯, 詹绍奇, 刁鑫鹏

2023, 52(04): 168-173.

摘要 ( 76 )

PDF (2639KB) ( 328 )

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煤矿开采沉陷超前影响角的反演需要动态监测数据,传统观测手段在矿区大范围、长时间序列的动态监测存在劳动强度大、数据量少等问题。以西部鄂尔多斯色连二煤矿 12314 工作面为例,利用 SBAS-InSAR 技术解算 21 景 Sentinel-1A 数据得到 2020 年 9 月至 2021 年 8 月该工作面的动态沉陷盆地边界,通过联合工作面回采进度反演超前影响角和边界角,并分析了西部矿区开采沉陷超前影响的特性。得出以下结论:在非充分采动时,超前影响角随着开采范围的增大而减小,由 55°减小到 44°;当达到充分采动后,超前影响角开始出现了增大的趋势,由 44°增大到 68°;当地表达到稳沉后,此时超前影响角等于边界角,稳定在 68°。西部矿区超前影响角呈现出不同于常规的变化特性:即达到充分采动后,超前影响角出现增大的变化趋势。经分析认为,与西部矿区弱胶结覆岩前期易崩塌,后期易压实的特性有关;非充分采动时,覆岩垮落发育偏高,空隙存于岩体内部,地表沉陷缓和;当达到充分采动后,存于岩体内部的空隙被快速压实传递到地表,使地表沉陷加速,甚至出现切落式下沉,导致超前影响角增大(即超前影响范围减小)。该研究成果为西部矿区开采地表建(构)筑物等设施的动态保护提供重要的参考意义。

黄金矿山溜井运输AI视觉技术分析研究

曲伟霞, 潘伟, 郑飞, 许芝光, 崔恒嘉, 赵威, 孙伟芳, 侯令超, 王秋玲

2023, 52(04): 174-179.

摘要 ( 66 )

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随着矿山生产的自动化、无人化发展,矿山生产智能化改造已逐步成为趋势,传统矿业生产模式亟待转型升级。本文首先分析了溜井智能系统中存在的装载率检测、异物识别、车牌识别和巨石识别 4 个技术难题。然后, 针对以上问题采用三维状态估计算法,将边缘检测与颜色特征检测相结合,利用人工神经网络识别法、矿石块度视觉识别判断方法,通过设计特征提取网络与特征融合技术,搭建 3D 引导与重构视觉系统。最终实现了溜井料位预估、矿车检测识别、矿车装载率和异物检测、矿车追踪分析功能。

不同渗透系数对边坡稳定性影响分析

张贺, 陶善波, 赵慧丰, 潘世玉, 吴海军, 李博

2023, 52(04): 180-185.

摘要 ( 95 )

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蓄水与排水过程中库区水位不断发生变化,沿岸边坡内部地下水位也随之发生变化,边坡不同渗透能力对水位的变化会产生不同的响应,边坡内部渗透后水压力随水位变化而变化,进而促使库岸边坡发生滑塌,影响库岸边坡的稳定性。为此,结合某水电站库岸边坡,通过 Geo-Studio 软件构建 3 种不同的渗透系数数值模型,从不同渗透系数对浸润曲线和库岸边坡安全稳定性方面,分析了渗透系数的变化对库岸边坡稳定性变化的影响。研究表明: 库岸边坡的浸润曲线变化趋势和渗透系数变化呈现正相关规律,渗透系数越大的边坡在水位上升时浸润曲线的位置变化趋势越来越明显,渗透系数越小的边坡浸润曲线变化趋势越来越接近于不规则曲线,此时边坡内具有较大的水力梯度;渗透系数相同的库岸边坡稳定性在水位上升条件下边坡稳定性增大,在水位下降条件下边坡的稳定性减小, 渗透系数越低边坡的安全系数值对库水位变动的反应越迟缓。

某排土场Geostutio邓肯张模型和FLAC3D摩尔库伦模型计算结果对比

叶琼瑶, 韦立德, 邵羽, 黎盟

2023, 52(04): 186-191.

摘要 ( 49 )

PDF (3967KB) ( 250 )

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为了研究软件的适用性,本研究提供了 Geostudio 软件的分析结果和 FLAC3D 的分析结果对比。针对某排土场稳定性问题,采用 Geostudio 软件的有限元法邓肯张模型和 FLAC3D 摩尔库伦模型分别计算分析,然后采用 Geoslope 进行基于有限元计算应力的极限平衡法进行边坡最小安全系数计算,和采用 FLAC3D 强度折减法进行边坡最小安全系数计算,然后对计算结果进行了比较,得到了如下初步结论:有限元法邓肯张模型计算结果能够比较准确给出排土场拉应力出现部位从而正确预测张拉裂缝灾害的发生,而在这方面 FLAC3D 计算结果没有实现;基于有限元法邓肯张模型应力计算的极限平衡法的稳定性安全系数计算结果小于 FLAC3D 计算模型的强度折减法计算结果。

基于遍布节理模型的边坡冻融循环研究

贾帅, 李树芳, 王猛, 李喜明, 许洪亮

2023, 52(04): 192-198.

摘要 ( 44 )

PDF (2020KB) ( 243 )

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为探究顺层岩质边坡在冻融循环作用下的运移规律,以 FLAC3D 数值模拟软件内置遍布节理模型为研究手段,通过 FISH 语言和“二分法”编程实现强度折减法在遍布节理模型中的应用。选用不同的节理面倾角和边坡角互相组合计算安全系数,确定安全边坡角;固定边坡角和节理面倾角,发现边坡安全系数随倾向的改变呈对称状分布。对比分析遍布节理模型和摩尔—库伦模型下边坡运移规律,前者计算的边坡安全系数要小于后者;相同情况下添加节理面的遍布节理模型边坡位移和速度变化更符合实际情况。边坡在冻融循环作用下,以遍布节理模型为本构模型研究边坡运移规律,其研究结果更加符合实际现象,能够为矿山开采中遇到的边坡冻融问题提供参考依据。

上游式尾矿库回采利用坝坡动态稳定性研究

周罕, 付俊, 陈永贵, 余璨, 张丹丹

2023, 52(04): 199-202.

摘要 ( 46 )

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以上游式尾矿库回采的坝坡稳定性为研究对象,结合了 34 个工程钻孔开展了岩土体物理力学实验,完成了尾矿回采利用坝坡的动态稳定性研究。研究结果表明:由于回采过程中尾矿坝高度降低,坝体所受的横向及竖向荷载降低,坝体圆弧滑动区域下移,坝体安全系数逐渐增大;尾矿回采导致库岸边坡临空面加大、应力释放,饱和的强风化基岩再次揭露,库岸边坡安全系数随回采工程的进行逐渐减小。下一步研究应重点考虑尾矿回采下降速度、浸润线控制、固结排水及库岸位移监测等影响因素。

N₂气氛下黄铁矿热分解平衡温度与热力学参数研究

饶运章 , 向彩榕 , 田长顺, 黄涛, 苏港

2023, 52(04): 203-208.

摘要 ( 49 )

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原生黄铁矿在空气中易热分解自燃,影响矿山安全生产。采用同步热分析仪在 N2 气氛下对原生黄铁矿进行了差热分析,研究黄铁矿热分解行为与热力学参数。借用 Semenov 热爆炸模型求证黄铁矿热分解 TG 曲线拐点的临界平衡温度;采用 Kissinger 函数计算热分解动力学参数,并将其用于求解热力学参数。结果表明:原生黄铁矿热分解会生成结构致密的中间产物,其热分解过程与普通黄铁矿一致;在高温时由于伴生矿热分解产物会与原生黄铁矿热分解产物发生放热反应,导致热分解温度滞后;Semenov 热爆炸模型计算的热平衡临界温度与不同升温速率下的拐点温度相近,两者温度相对误差均小于 5%。因此,通过联合热分析技术与 Semenov 热爆炸理论模型可以较准确地预测热分解平衡温度。

中线法尾矿坝运行期砂量平衡方法研究

郑学鑫, 宋会彬

2023, 52(04): 209-212.

摘要 ( 39 )

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通过分析中线法尾矿坝运行过程中筑坝区和库区之间砂量平衡关系,提出了运行期砂量平衡方程及砂量平衡方法,详细分析了堆坝区粗砂需求产率与下一期堆坝区容积、运行期综合粗砂产率的关系,指出运行期综合粗砂产率由分级设备粗砂产率和分级设备平均作业率 2 个因素决定,最后根据工程经验提出了欠缺尾砂、富余尾砂处置方法。通过本方法运行期综合粗砂产率可提高 3% ~ 5%,分级成本每吨可下降 0. 06 ~ 0. 10 元。研究成果可为中线法尾矿坝运行管理中的砂量平衡分析及解决欠缺尾砂、富余尾砂问题提供较好的借鉴。

尾矿最大、最小孔隙比分布模型及验证

李识博, 李浩, 吴江伟, 谢桐, 权烨孜

2023, 52(04): 213-221.

摘要 ( 53 )

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黄河重点生态区的矿山开采中,尾矿库坝的安全与稳定将影响矿区与黄河流域的高质量发展。以影响尾矿密实程度、孔隙特征及结构变形与稳定的物理指标最大、最小孔隙比为研究对象,对比 25 种不同粒径,7 ~ 9 种不同细粒含量尾矿最大、最小孔隙比结果,得到了由参数 ε 和 ω 确定最大或最小孔隙比随细粒分布函数;且发现参数 ε max(ωmax)与 εmin(ωmin)成线性相关。由此,建立粗细二元混合尾矿最大、最小孔隙比线性关系模型,推导确定线性关系的斜率 α 和截距 β 值;根据 α 和 β 值,反算 189 组尾矿的最小孔隙比,反算结果与实测结果的误差不超过 6%。以上模型的建立可有效预测二元结构混合尾矿的孔隙比范围,为库内尾矿的堆积与稳定预测提供可靠的指标范围,进而为黄河流域矿区生态环境保护与灾害防控提供相关参数。

土工织物化学淤堵研究进展

吴炎, 胡坤, 常森

2023, 52(04): 222-228.

摘要 ( 51 )

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作为良好的排水材料,土工织物在工程领域中大量应用,而随时间的增加,土工织物的化学淤堵越来越明显。探究土工织物化学淤堵的机理,揭示土工织物化学淤堵过程,这对于提高土工织物的工程效率有着积极作用。通过分析土工织物化学淤堵的影响因素,着重探究土壤和水体的离子组成、pH 值、土壤中微生物等因素的作用,结合国内外常用的实验装置及化学物质检测装置,阐述并分析了碳酸盐和硫酸盐的沉淀物淤堵和铁离子化合物沉淀及絮凝淤堵这 2 种化学淤堵机制。在此基础上,对一些工程的淤堵进行了预测,给出了化学淤堵的防治措施,提出了未来研究的方向。

黄土沟壑区特厚煤层开采地裂缝发育规律研究

陈芳, 李杰卫, 张琰君, 朱贵祯, 朱元昊, 朱宏, 朱文鑫

2023, 52(04): 229-235.

摘要 ( 42 )

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黄土沟壑区特厚煤层开采易产生地裂缝,加剧生态环境破坏,危及矿区安全。本文以山西省某矿区 104 工作面为研究背景,结合现场调查、数值模拟和理论分析等方法,研究了采动地裂缝静态分布特征、动态演化规律及其形成机理。研究表明:地裂缝分为拉伸型、台阶型 2 种类型与分叉、平行 2 种组合方式。宽度 0 ~ 5 cm 的裂缝数量占 52%,宽度 5~ 10 cm 的裂缝数量占 28%,宽度 10~ 15 cm 的裂缝数量占 14%,宽度大于 15 cm 的裂缝数量占 6%,黄土沟壑区采动地裂缝发育程度更强;根据地裂缝分布位置,可以分为动态面内裂缝(工作面内且与开切眼基本平行) 及永久边界裂缝(开切眼、停采线及平巷附近)2 种类型。动态面内裂缝具有“山峰”活动规律,裂缝宽度呈现“ 先开后合再稳定”的变化特征,永久边界裂缝宽度呈现“只开不和”的变化特征,裂缝初始宽度与最大宽度满足线性正相关关系;地裂缝的形成是由下至上的动态发育过程,即“采煤—覆岩移动—地表变形—产生地裂缝”。通过构建“井下开采—覆岩移动—地裂缝产生”三维一体模型和地裂缝动态发育模型,定性分析了地裂缝的活动机理。研究成果对黄土沟壑区生态环境修复及采动损害防护具有重要参考价值。

基于MAGA-PPC模型的胡家河矿区生态环境质量评价

岳佳乐, 胡晋山, 郦嘉辉, 康建荣, 袁西亚

2023, 52(04): 236-244.

摘要 ( 48 )

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矿山开采不仅破坏和占用大量土地资源,而且会对生态环境造成持久的负面影响。结合胡家河矿区 2013—2020 年 8 期逐年 Landsat-8 影像数据,通过计算植被覆盖度和景观格局指数,建立了矿区生态环境质量指标评价体系,并基于多智能体遗传算法的投影寻踪聚类( MAGA-PPC)模型对该矿区的生态环境质量进行了评价,分析了矿区地下开采对生态环境的影响。研究表明:2013—2020 年,该矿区植被覆盖逐年下降,植被覆盖度均值总体减少 , 农用地减少,建设用地增加,矿区开采初期景观格局破碎化程度最高;随着矿区地下开采不断推进,矿区所有斑块在景观尺度水平上越来越聚集,整体景观水平破碎度明显减少,不同斑块类型交替出现的规律减弱,受矿区开采和土地复垦工作的共同影响,区内景观丰富度减少,各景观类型趋于均匀;MAGA-PPC 模型评价结果反映出 2013—2020 年矿区生态环境质量整体呈下降趋势。

三乙醇胺助磨剂对钼尾矿粉及砂浆性能影响的试验研究

孟庆胤, 范佳志, 孟维琦, 陈荣健, 杨鹰, 马昆林, 逄铮

2023, 52(04): 245-252.

摘要 ( 44 )

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为了研究三乙醇胺作为助磨剂对钼尾矿粉颗粒及其砂浆性能的影响。采用在钼尾矿中加入 0. 5%的三乙醇胺,以及未加入三乙醇胺进行球磨的方法,通过测试粒度分布、细度与比表面积等性能指标,并观察颗粒的微观形貌,分析了三乙醇胺及球磨时间对钼尾矿粉颗粒的影响,通过强度、活性指数、微观形貌及水化产物等指标,分析了三乙醇胺对钼尾矿粉砂浆性能的影响。结果表明:加入三乙醇胺对钼尾矿粉的球磨效果明显优于未加入三乙醇胺的钼尾矿粉,其球磨 20 min 的粒度分布与未加入三乙醇胺球磨 40 min 的粒度分布相近,且细度更小;加入三乙醇胺球磨后的钼尾矿粉颗粒形状较圆滑,但表面附着的小颗粒较多;加入三乙醇胺球磨 20 min 的钼尾矿粉砂浆强度、活性指数与直接球磨 40 min 的钼尾矿粉砂浆相近,且其 C—S—H 凝胶、钙矾石等水化产物生成量较多,微观结构更加致密。

钼尾矿粉对水泥基材料强度和微观结构影响研究

张艳佳, 付士峰, 张广田, 闫雷超

2023, 52(04): 253-259.

摘要 ( 59 )

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为减少钼尾矿堆积造成的土地占用、污染环境问题,提高其在建筑领域资源化利用的效率,制备了钼尾矿粉-水泥胶砂试样,从掺量、细度、养护时间、活性贡献率等方面分析了钼尾矿粉对水泥基材料抗压强度的影响, 利用 XRD 和 SEM 分析了水泥基材料水化产物和微观结构。结果表明:标准养护下,钼尾矿粉掺量与强度呈线性递减关系,掺量不宜超过 20%,此时 90 d 水化活性贡献率 4. 633%,掺量增加导致硬化浆体中存在大量孔隙,对强度增长不利;钼尾矿粉细度减小,能够提高试样抗压强度和早期活性贡献率,但对后期强度增长不利,适宜粉磨时间为 20 min; 水泥基材料前期强度增长速度较快,14 d 抗压强度发展系数超过 80%,后期强度增长逐渐趋于稳定;掺钼尾矿水泥基材料水化产物主要为 Ca(OH) 2、水化硅酸钙、钙矾石及未反应的尾矿颗粒。

使用添加剂强化含铁固废制备复合冷固球团

鲁永胜, 张一敏, 刘涛, 蔡震雷, 万骞

2023, 52(04): 260-268.

摘要 ( 58 )

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钢铁厂在生产过程中产生的大量含铁固废可以作为原料通过冷固球团工艺返回高炉进行回收利用。以处理后的冷轧油泥(CRS)替代黏结剂,将氧化铁皮(MS)、瓦斯灰(GA)和除尘灰(DA)制备成高强度复合冷固球团。结果表明,当添加剂选用柠檬酸,配加比例为 CRS 的 20%,CRS、MS、GA 和 DA 的配比为 10 ∶20 ∶30 ∶40,成型压力为 50 kN,100 ℃下干燥 6 h 后可得到强度满足生产需求的成品球团。背散射分析结果表明,添加了柠檬酸处理后的球团内部的孔隙和裂纹显著减少,原料分布更加均匀、结合更加紧密。机理分析表明,添加剂的加入一方面可以对球团内部的孔隙产生一定的填充作用,降低球团内部特定区间内孔隙的孔体积量,这有利于提高球团的性能。另一方面也会在球团干燥过程中使球团内局部形成一定数量的收缩孔,降低球团性能。因此,当选取了合适的添加剂用量时,添加剂在球团内所产生的填充效应和收缩效应对球团性能的提升作用达到了一个平衡,从而使球团内部的孔隙分布特征整体上得以改善,球团的强度相应提高。研究结果对钢铁行业产生的部分固体废物进行了回收利用,避免了固废排放造成的资源浪费和环境污染等问题。

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