金属矿山杂志

金属矿山杂志2024年第2期

• 中国铁矿石选矿技术发展与展望

  韩跃新,张小龙,高鹏,李艳军,孙永升

  铁矿石作为钢铁工业最为重要的原材料,是我国重要的战略性矿产资源之一。我国铁矿资源储量丰富,但97%以上属于贫矿,需要经过选矿富集后才能供给高炉炼铁。多年来,在我国选矿工作者的共同努力下,我国铁矿选矿技术得到长足进步和发展。通过回顾我国铁矿选矿技术的发展历程,综述单一弱磁选、单一浮选、重选—磁选—反浮选、磁化焙烧—磁选等主要选矿技术在我国铁矿选矿厂的应用,总结我国典型多金属共生型铁矿石如伴生稀土/ 萤石型铁矿石、伴生钛铁矿型铁矿石、伴生多金属硫化物型铁矿石和伴生硼铁矿型铁矿石的选矿现状,介绍影响我国铁矿选矿技术进步的关键设备如圆锥破碎机、高压辊磨机、半自磨机、立环脉动高梯度磁选机、高频振动细筛、搅拌磨机等,指出我国铁矿选矿未来要以“高效节能、低碳减排”为原则,以“优质优用、劣质能用”为战略,开发选冶联合工艺,研发大型高效设备,研制低温环保药剂,提高智能控制水平,加强资源综合利用。

• 基于浮选泡沫图像预测精矿品位的研究进展

  卜显忠,杨怡琳,宛鹤

  随着人工智能技术在矿业生产的广泛应用,利用计算机视觉技术提高精矿品位预测的准确性和效率已成为必然趋势。在综述了传统图像处理算法和深度学习算法在精矿品位预测中的应用与发展历程基础上,并探讨了未来的发展趋势和挑战。传统图像处理技术通过提取泡沫图像的尺寸、颜色、纹理和流速等特征,结合分水岭分割、颜色矩、灰度共生矩阵和局部点特征匹配等算法进行特征提取。这些特征在计算资源有限的场景中具有一定的应用价值,但在应对精矿品位预测任务时精度较低。深度学习技术通过构建合适的模型架构并利用大量数据进行训练,能够提取高层语义特征,具有较高的预测精度,与图形处理单元(GPU)等高效运算设备配合使用,可实现高性能和高效率的统一。介绍了支持向量机(SVM)、极限学习机(ELM)等机器学习算法以及多层感知器(MLP)、全连接层和多尺度特征融合等深度学习算法在特征映射和品位预测中的应用,以及深度学习模型的发展历程。最后综述了工业界视觉检测系统的应用现状,并从数据驱动模型、多模态数据融合、算法实时性和数据集规模等方面分析了该领域所面临的挑战和未来发展趋势。

• 赤泥基吸附剂的应用研究进展

  邱俊,杨威,阎正卿,柳晓,吴蓬,化冰冰

  赤泥是氧化铝生产过程中所排放的一种强碱性固体废弃物,每年排放量巨大且利用率低,造成了严重的资源浪费和环境污染,如何有效资源化回收利用赤泥是亟须解决的问题。从赤泥的危害、理化性质和综合利用现状出发,对赤泥基吸附剂的应用研究进展进行了详细综述。赤泥粒度细、比表面积和孔隙率较高,含有多种活性成分,适合制备吸附剂以处理含污废水。然而,赤泥若直接应用于污水处理,处理能力有限,并且高碱性的赤泥若直接用于处理污水,会使溶液pH 值升高。为此,常采用一系列的活化工艺对赤泥进行活化,制备赤泥基吸附剂。活化工艺不仅可以提高赤泥基吸附剂的吸附性能,还在一定程度上可以预防赤泥造成二次污染。目前常用的赤泥活化工艺主要有酸活化工艺、热活化工艺以及中和活化工艺。酸活化工艺可明显提升赤泥对阴离子的吸附效果;热活化工艺可减少传质阻力、高温造孔并使矿物转化,但成本较高;中和活化赤泥常用于处理金属阳离子。联合活化技术能综合利用单一活化技术的优点,使活化后的赤泥有更好的吸附性能,但联合活化技术操作较为复杂,成本也更高,导致现有的联合活化技术在工业上很难被大规模应用。目前,赤泥基吸附剂已被研究用于处理污水中的非金属阴离子、金属阳离子和有机污染物。列举了赤泥基吸附剂去除废水中的阴离子和重金属阳离子的实例,阐述了其去除机理:赤泥基吸附剂对一些废水中特定的污染物,如PO3-4 、F- 、AsO3-4 等表现出良好的吸附性能,其主要通过表面络合、离子交换和沉淀作用去除废水中的阴离子污染物;经过活化改性后的赤泥能有效去除水中如铅、铜、铬等重金属阳离子,针对不同的目标阳离子,去除机理也有所不同,主要包括离子交换、共沉淀、静电吸引、“阳离子-π”相互作用、络合作用和物理吸附等。但目前对赤泥基吸附剂对各种污染物的去除机理尚未完全明确,且对多种污染物同时存在下的竞争吸附体系研究较少。综上分析指出,在未来赤泥基吸附剂的研究中,寻找便捷、廉价的活化工艺方法制备新型、高效、环保的吸附剂,提高赤泥基吸附剂的吸附性能是一个重要的研究方向。同时,在赤泥基吸附剂的制备和处理废弃物的研究中,应加强制备机理和吸附机理的研究,为赤泥基吸附剂的生产和工业应用提供理论指导。

• 氧化对铜硫矿物浮选影响的研究现状

  薛季玮,刘启鸿,刘童,田宇,卜显忠,宛鹤,任大伟,李唐博

  大多数铜硫矿物表面易氧化,而氧化会对矿物浮选行为及药剂在矿物表面的吸附产生重要影响。目前,关于氧化对铜硫矿物浮选的影响,研究者开展了大量相关研究并取得了显著成果。从铜硫矿物表面氧化影响因素出发,重点分析了溶液性质、矿物晶格缺陷等因素对铜硫矿物表面氧化的影响机理。针对氧化后铜硫矿物浮选回收难度增加的原因进行了分析,一方面,氧化后铜硫矿物表面溶解产生的金属离子增加,会使铜硫矿物表面相互影响严重,造成铜硫矿物难以浮选分离;另一方面,铜硫矿物表面氧化产生的强亲水性的金属氧化物及氢氧化物则会严重减弱捕收剂的有效吸附,使铜硫矿物可浮性降低。基于此,从铜硫矿物表面氧化层脱落方法和氧化后铜硫矿物表面调控方法两方面论述了氧化后铜硫矿物浮选强化措施及其机理。最后,针对氧化后铜硫矿物浮选强化措施提出了相关建议,以期为实现氧化后铜硫矿物高效浮选回收提供借鉴。

• 辉钼矿与滑石浮选药剂研究进展

  刘栖巧,车宇航,陈伟,刘胜,赵刚,杨柳

  辉钼矿和滑石共伴生关系密切且可浮性相近,因此两者的高效分离一直是浮选领域的难点。目前辉钼矿-滑石分离工艺主要有浮钼抑滑石的正浮选和先浮选脱除滑石再浮钼的反浮选两类,两种工艺都涉及辉钼矿与滑石的抑制剂和辉钼矿捕收剂。近些年来报道了很多辉钼矿-滑石分离的新型药剂,但是缺乏对药剂化学组成、官能团和空间构型等方面相似性、递变性和差异性的系统总结和分析。因此,在总结了目前辉钼矿和滑石晶体结构与亲/ 疏水特性的研究进展基础上,较详细论述了辉钼矿和滑石抑制剂类型、吸附机理和应用效果,分析了抑制剂作用的构效关系,并介绍了辉钼矿/ 滑石抑制剂和辉钼矿捕收剂的分子设计最新进展。通过总结晶体结构和基面/ 端面的亲/ 疏水性性质,发现两种矿物的端面都存在离子溶解、氧化等行为,导致其亲水性较强,但由于基面占据了整体表面积的90%以上,因此两种矿物整体上表现出较好的天然疏水性,这是其浮选分离困难的根本原因。水溶性金属盐是传统的辉钼矿和滑石的无机抑制剂,存在用量大、选择性差的缺点,因而其应用受到限制。有机高分子物质是辉钼矿/ 滑石抑制剂的研究热点,该类药剂在矿浆中往往表现为酸性,此时辉钼矿/ 滑石表面的碱度越高,两者间的相互作用就越强;在“强相互作用”时,这种酸碱相互作用可能表现为化学吸附,而在“弱相互作用”时,该作用表现为疏水吸引、氢键吸引、静电吸引等形式的弱吸附,这类抑制剂包括目前大量报道的多糖、腐殖酸等。因此,基于抑制剂在官能团种类与数量、空间构型等因素作用下与两种矿物的基/ 端面的Mo/ Mg 金属位点吸附的构效关系,采用组合或者接枝合成等方式设计高选择性分子结构,是开发辉钼矿/ 滑石抑制剂的思路之一。传统辉钼矿捕收剂以烃油类和巯基类药剂为主,但分别存在分散性差和对辉钼矿-硫化矿脉石的选择性差的缺陷,因此在烃油类捕收剂基础上,从捕收剂分子与辉钼矿端面暴露位点、氧化组分、溶解组分的化学作用出发,设计含有N、P、S 等元素的高选择性捕收剂,实现表面氧化、溶解严重的微细粒辉钼矿的选择性捕收,是辉钼矿捕收剂分子设计的方向之一。抑制剂和辉钼矿捕收剂是辉钼矿和滑石浮选分离的关键,设计绿色高效的新型药剂对辉钼矿的开发具有重要意义。

• 我国闪锌矿中Ge 资源富集与提取研究进展

  张胜东,杨波,谢维友,童雄,谢贤

  Ge 是一种战略性稀散金属,在现代工业中发挥着重要作用。闪锌矿作为Ge 最主要的载体矿物,是工业上提取回收Ge 的重要来源,闪锌矿提Ge 在Ge 资源开发中占据重要地位。分别从闪锌矿中Ge 的赋存状态、载Ge 闪锌矿的浮选理论工艺及药剂研究、硫化锌冶炼过程中Ge 的迁移与富集规律和从含Ge 冶炼富集物中深度富集回收Ge的方法与工艺等方面,系统概述了近年来我国闪锌矿中Ge 资源富集与提取技术开发和工业实践的现状。闪锌矿中Ge 主要以类质同象形式存在,Ge 取代导致闪锌矿的铜活化和黄药捕收活性降低、浮选回收难度增加。工业实践表明,通过优化载体矿物载锗闪锌矿的浮选药剂和工艺,可在一定程度上提升硫化锌精矿中Ge 回收效果。在目前常用的硫化锌冶炼工艺中,形成的含Ge 富集物主要包括真空炉渣、浸出渣、氧化锌烟尘、锗铁渣、中和渣、置换渣等。针对上述Ge 富集物,目前形成了以火法富集、浸出法、沉淀法、萃取法和离子交换法等为主的Ge 深度富集提取技术,其中浸出—沉淀/ 溶剂萃取的发展和应用最为成熟。在分析发展现状的基础上,提出需从重视选别阶段Ge 回收指标提升、改进冶炼工艺的提升Ge 在冶炼产物中富集程度和强化Ge 萃取分离技术开发及工业化应用3 个方面进一步提高我国闪锌矿中Ge 资源富集提取技术水平。

• 充填体—边界介质组合体剪切力学特性与参数分析

  卢宏建,牟超,武捷

  充填体—边界介质组合体接触面的剪切力学特性与参数是研究充填采场应力分布与充填体揭露稳定性评价的基础数据。通过室内直剪试验与RFPA3D 数值模拟试验联合手段,对3 种灰砂配比(1 ∶4、1 ∶8 和1 ∶20)、4 种接触面法向应力(50 kPa、100 kPa、150 kPa 和200 kPa)的充填体—边界介质组合体(充填体—围岩、充填体—矿体、胶结充填体—非胶结充填体)的剪切力学特性与声发射特征、黏聚力和内摩擦角参数变化规律进行了分析。结果表明:随灰砂配比降低,充填体—围岩组合体峰值剪切强度减少,破坏模式由脆性变为延性,破坏形态由颗粒粘连、块状粘连到凸起体尖端被剪断。灰砂配比1∶4 组合体发生破坏时剪切应力垂直下降,振铃计数率突然骤增,其他阶段振铃计数率相对较小。灰砂配比1∶8 和1∶20 组合体从裂隙压密到破坏阶段,声发射振铃计数率密集,剪切过程中有明显剪胀变形;充填体—边界介质组合体接触面的峰值剪切强度随法向应力、灰砂配比降低而减少。胶结充填体—围岩接触面峰值剪切强度略小于胶结充填体—矿体强度,胶结—非胶结充填体组合体峰值强度远小于胶结充填体—矿岩组合体,接近非胶结充填体自身强度;充填体—边界介质组合体接触面的黏聚力和内摩擦角随灰砂配比降低而减少。充填体—围岩与充填体—矿体黏聚力和内摩擦角接近,胶结—非胶结充填体组合体黏聚力和内摩擦角参数远小于胶结充填体—矿岩组合体。研究结果拓展了充填体—边界介质组合体剪切力学特性获取方法,为充填采场稳定性分析提供了基础数据。

• 考虑软化和扩容的圆形巷道围岩Z-P 准则弹塑性解

  经来旺,谢金鑫,尚佳乐,冯瑜腾,蒋浩杰,经纬

  巷道围岩受应力作用表现出的软化、扩容行为对巷道的变形和破环有重大影响。为了研究软化、扩容特性对巷道围岩稳定性的影响,根据岩体的软化特性,建立理想的弹性软化模型,将围岩分为弹性区、塑性软化区和破裂区;基于Zienkiewicz-Pande 准则和非关联流动法则,考虑围岩的软化、扩容特性,推导出含中间主应力的圆形巷道弹塑性解析解;将Z-P 准则与M-C、D-P 等准则进行比较,分析了软化模量、扩容等因素对巷道围岩的影响。结果表明:Z-P 准则可良好地适用于发生软化、扩容的巷道;中间主应力系数为0. 4 时,围岩塑性区范围最小,围岩位移最小,塑性区内应力最大;软化模量越大,围岩破裂区半径越大;剪胀角越大,塑性区位移越大,破裂区半径越大;支护阻力越大,巷道塑性区范围越小,且提高支护阻力能有效控制巷道围岩的变形。

• 聚丙烯纤维磷石膏胶结体早期力学强度特性及 增韧机理研究

  张卫中,周凯,孔德华,吴倩倩,康钦容,潘登

  在传统水泥基复合材料的研究领域,纤维增强了材料的强度、韧性、延展性和抗裂性。为了提高磷石膏胶结体的早期强度,掺入聚丙烯纤维作为增强剂,开展了掺纤维磷石膏胶结体制备试验以及单轴抗压强度试验,分析了纤维对磷石膏胶结体破坏规律的影响,并通过SEM 探究了纤维对磷石膏胶结体的增韧机理。研究结果表明:随纤维掺量增加磷石膏胶结体单轴抗压强度呈先增加后降低的趋势,且纤维最优掺量为1%;掺入纤维的磷石膏胶结体能延缓峰值抗压强度达到时间且破坏时的峰值应力更大,未掺入纤维的磷石膏胶结体在荷载超过应力峰值后快速失稳,掺入聚丙烯纤维的磷石膏胶结体则呈缓慢降低趋势;随着纤维的掺入,磷石膏胶结体的裂纹数量逐渐减少,且裂而不断,磷石膏胶结体的延性变形明显;微观下聚丙烯纤维表面附着有絮团状水化产物,且在磷石膏胶结体固结过程中相互缠结形成稳定的网状结构。研究成果可为磷石膏基复合材料在固废胶结充填现场的应用提供一定参考。

• 碳纤维布均匀约束下煤圆柱的损伤演化

  李庆文,高安梁,禹萌萌,高森林,徐康康,李莹,黄筱

  煤柱失稳灾害仍然是目前煤炭资源安全高效开采的热点研究问题之一。为深入研究碳纤维布层数和加载速率对煤圆柱能量演化的影响,加载速率分为0. 01 mm/ min、0. 1 mm/ min、1 mm/ min 和10 mm/ min 4 级,碳纤维布约束层数分为0 层、1 层和2 层3 类,采用SAM-2000 岩石综合试验系统对煤圆柱进行单轴压缩试验。试验结果表明:相同碳纤维布层数下,加载速率越高,崩飞的煤屑扩散越明显,煤圆柱整体性越差,能量释放程度越强,属于劈—剪复合失效模式;碳纤维布层数越多,峰值总能量、峰值弹性能和峰值耗散能逐渐增加,加载速率对煤圆柱能量方面的影响减小。根据能量耗散理论,提出损伤因子,进而建立了本构模型,经验证拟合度较高。

• 三点弯曲载荷下岩体偏置斜裂隙的应力强度因子

  王超,伍永平,赵自豪,曹健,段会强,杨盼盼

  地下巷道(硐室)顶板常因弯曲离层而破断,其破断位置与裂隙几何形态和位置密切关联。为揭示裂隙对岩层断裂的影响,建立了岩体偏置斜裂隙的三点弯曲模型,定义了裂隙的偏置系数和贯通率,分析了裂隙偏置系数、倾角和贯通率三者之间的关系,基于力学平衡原理和σ-K 关系导出了偏置斜裂隙与偏置竖裂隙应力强度因子K的关系式。同时分析了裂隙倾角、贯通率和偏置系数对应力强度因子的影响规律。该方法可为裂隙影响下巷道(硐室)顶板的张拉断裂提供判定依据。

• 考虑剪切的常规态近场动力学模型及岩体裂隙扩展 演化规律研究

  冯强,徐龙威,刘炜炜,赵子栋,孙尚渠,张强

  岩体中复杂的裂隙结构严重影响了工程岩体的稳定性及破坏形态,开展其对裂隙岩体损伤破坏模式影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。本文基于常规态型近场动力学(OSB-PD)理论构建了考虑剪切变形的改进型OSB-PD 模型,并基于构建的考虑剪切变形的OSB-PD 模型开展了裂隙岩体在单轴压缩条件下的裂纹扩展演化规律研究;提出了一种新的岩石非均质性模拟方法,重点研究了岩石的非均质性对不同预制裂隙角度下岩石裂纹扩展行为的影响。结果表明,预制裂隙角度对于含裂隙岩石裂纹扩展具有较大影响,且岩石的非均质性将大幅度地提升裂纹扩展速度。

• 冻融循环下裂隙性泥岩的力学特性与细观损伤规律

  张颖,丁兆洋

  冻融循环作用是加速岩石材料性能劣化的重要环境因素之一,也是影响露天矿边坡稳定性与安全性的重要隐患。为研究冻融循环作用下裂隙性泥岩的力学强度衰减特性和损伤效应,分别对经过0、5、10、20、50 次冻融循环处理后的泥岩试样进行了单轴压缩试验和计算机层析CT 扫描试验。同时,开展了扫描电镜试验对泥岩的微观损伤机理进行探究。试验结果表明:泥岩单轴抗压强度和弹性模量随冻融循环次数的增加逐渐降低,且衰减速度在0~10 次冻融循环时最为显著,随后衰减速率逐渐变缓;二维CT 图像显示冻融循环使泥岩试样的孔隙结构不断发育,孔隙率与循环次数和弹性模量分别呈指数关系和负线性相关,该现象说明泥岩细观结构损伤的累积与宏观力学特性衰减程度显著相关;在冻融循环作用下,裂隙性泥岩内部微观结构的损伤程度逐渐加深,裂隙的拓展和颗粒接触关系的改变是导致泥岩强度下降的重要因素。上述分析对于裂隙性泥岩分布地区的露天矿山边坡设计与施工有一定的参考意义。

• 层理倾角与尺寸效应耦合作用下页岩致裂的 数值模拟研究

  晏旭龙,邬忠虎,蓝宝锋,姜海申,余俊,杨先超

  研究同种材料页岩不同尺寸及不同层理倾角下对其力学特性和破坏特征的影响,为黔北地区凤冈三区下寒武纪统褐色页岩在水力压裂下页岩气开采提供重要理论指导。基于RFPA2D-Flow 软件构建页岩模型,控制围压为10 MPa,水压为8 MPa,石英含量固定为40%。设置4 组高宽比为1、2、3、4,每组高宽比设置不同层理倾角为0°、30°、60°、90°。共计实验组数为16 组,分析了层理倾角与尺寸效应对页岩应力—应变曲线特征、峰值强度、变形特征、和破坏特征的影响。研究表明:页岩基质的弹性模量与峰值强度皆具有尺寸效应,页岩的弹性模量与峰值强度受层理倾角影响显著,均表现出明显的各向异性。同高宽比作用下,随着层理倾角的增加,抗压强度呈“V”型曲线。基于不同层理倾角和高宽比试件的裂纹分布,可将破坏模式分为3 种,即Ⅰ型、多折线型、火焰型破坏,所有模型以Ⅰ型破坏模式居多。高宽比为1、3 和4 时主要发生拉伸破坏,伴随少量剪切破坏,表明试件抗压不抗拉的特点,高宽比为2时,拉伸破坏与剪切破坏均衡,表明试件既不抗压也不抗拉的特点。

• 基于颗粒流的裂隙砂岩腐蚀后裂纹扩展规律分析

  康志强,王治磊,冯江江,辛东夫,姚旭龙

  基于颗粒流离散元法,对腐蚀后预制裂纹的砂岩进行双轴压缩试验,利用颗粒流PFC2D 模拟分析不同化学腐蚀后裂隙岩石的裂纹起裂、扩展和贯通破坏规律。研究结果表明:溶液腐蚀后裂隙砂岩在双轴加载下,加载的侧压不同其应力—应变曲线的变化特征随着侧压加载越大,峰值强度越高。不同化学溶液腐蚀作用下翼形裂纹萌生的角度发生不同程度的变化,翼形裂纹及剪切裂纹萌生的数量及角度会产生明显的变化,其中盐酸溶液对岩石造成损伤程度最大。综合考虑化学腐蚀和力学特性,可以建立裂隙岩石的数值模型,进一步分析其在不同环境下的行为。这对于理解岩石的稳定性和在地质工程方面的应用具有重要意义。

• 海南石碌铁矿石氢基矿相转化—磁选试验研究

  郭风芳,韩跃新,张琦,高鹏,何佳昊

  海南石碌铁矿石铁品位为52. 45%,铁主要以赤(褐)铁矿形式存在,分布率达86. 18%,少量以磁铁矿形式存在。为高效回收利用该矿石,采用氢基矿相转化(HMPT)—磁选工艺流程开展了系统的试验研究,并对适宜条件下的产品进行了化学成分、XRD 和VSM 分析。结果表明:试样在给矿粒度-0. 074 mm 占89. 41%、HMPT 温度525 ℃、HMPT 时间10 min、总气体流量500 mL/ min、H2 浓度20%、HMPT 产品磨矿细度-0. 045 mm 占69. 68%的适宜条件下,经磁选获得铁品位65. 26%、铁回收率95. 39%的铁精矿。试验所获铁精矿较原重磁联合工艺铁精矿品位提高了2. 7个百分点,铁回收率增加了30 个百分点。研究不仅为海南石碌铁矿氢基矿相转化—高效分选工业应用提供技术支撑,还为其他复杂难选铁矿资源的绿色高效分选提供了参考依据。

• 次氯酸钠强化赤铜矿硫化浮选的影响及机理

  马英强,于翔州,罗进,宋振国,印万忠,饶峰

  表面适度氧化可以提高赤铜矿硫化浮选的效果。通过纯矿物浮选试验,探究了次氯酸钠对赤铜矿硫化浮选的影响,并采用X 射线光电子能谱分析、矿物表面Zeta 电位测定等方法,探讨了次氯酸钠强化赤铜矿浮选行为的机理。结果表明:与直接硫化浮选相比,次氯酸钠能使赤铜矿的硫化浮选回收率增加8. 95 个百分点;次氯酸钠能够促进赤铜矿表面的Cu(Ⅰ)组分转变为Cu(Ⅱ)组分,可以增强铜组分与硫化剂的反应活性,强化赤铜矿的硫化效果,对赤铜矿的硫化浮选具有促进作用。

• 黄铁矿的氧化特性及氧化对其可浮性的影响

  陈瑜,代淑娟,李洪祥,李鹏程,苑林松

  黄铁矿普遍存在于有色金属硫化矿中。黄铁矿易氧化,氧化后矿物表面的物理化学性质发生改变,进而影响矿物的可浮性。采用氧化试验、浮选试验及检测分析,研究黄铁矿的氧化特性及氧化对其可浮性的影响。单矿物氧化试验结果表明,黄铁矿在空气、水、过氧化氢或高锰酸钾水溶液中的氧化程度随着时间的延长而逐渐增大,矿物在过氧化氢和高锰酸钾水溶液中,氧化程度比在水和空气中大;单矿物氧化前后的浮选试验结果表明,黄铁矿在空气、水及过氧化氢水溶液中氧化后,回收率有升有降,在高锰酸钾水溶液中氧化后,回收率降低;黄铁矿与石英的人工混合矿(石英占比为1/3)浮选试验结果与单矿物试验结论相似;采用红外光谱(FTIR)、Zeta 电位及X 射线光电子能谱(XPS)等检测分析,研究了黄铁矿氧化及与丁基黄药作用机理,机理分析结果表明,丁基黄药在黄铁矿表面产生化学吸附作用,黄铁矿氧化后零电点向电位较低的方向偏移,与丁基黄药作用后零电点小幅偏移,黄铁矿中铁及硫均发生氧化作用。试验研究结果可为调控黄铁矿的可浮性、改善含黄铁矿矿石的浮选工艺提供参考。

• 脉动高梯度磁选分离微细铜钼混合精矿试验研究

  杨康宁,曾剑武,杨晶,黄会春,谢金成,邵延海,陈禄政

  黄铜矿(顺磁性)和辉钼矿(逆磁性)存在微弱的磁性差异,可以通过高梯度磁选分离。采用SLon-100型周期式脉动高梯度磁选机,对金堆城钼业某铜钼混合浮选粗精矿(铜、钼品位分别为14. 42%和12. 40%、-0. 019 mm产率83. 80%)进行了黄铜矿与辉钼矿分离试验研究。结果表明,在脉动冲程为5 mm、脉动冲次为150 r/ min、棒介质直径为1. 5 mm、矿浆流速为2. 0 cm/ s、粗选磁感应强度为1. 6 T、扫选磁感应强度为1. 7 T 的条件下,经1 粗1 扫脉动高梯度强磁选,获得了产率48. 64%、铜品位22. 82%、钼品位4. 40%和铜回收率77. 82%的铜精矿,及产率51. 36%、铜品位6. 16%、钼品位19. 96%和钼回收率82. 73%的钼精矿,实现了有效的微细粒铜钼矿物分离。研究结果证明了脉动高梯度磁选分离微细粒铜钼混合精矿的有效性,可以为类似铜钼混合精矿的绿色分离提供指导。

• 矿物表面解离度分析技术发展综述

  康贺,李超,叶小璐,李国胜,曹亦俊

  矿物解离程度显著影响浮选分离效率,矿物在颗粒表面解离行为的精准解析是实现浮选过程高效调控的前提。总结了矿物加工领域常见的矿物表面解离度分析方法:基于扫描电子显微镜(SEM)的2D 解离度分析、2D解离度的体视学修正和3D 解离度分析方法(X 射线显微断层扫描成像技术)。2D 解离度分析方法应用于低解离度粗粒连生体时存在体视学偏差,并且复杂共伴生颗粒的2D 矿物解离度体视学修正仍面临挑战。2D 解离分析适用于矿物单体解离或者高度解离的传统浮选处理的细颗粒,而对于矿物解离度较低的粗颗粒,3D 解离度分析不存在体视学偏差,可提供更准确的表面解离度分析结果。

• 国外某伴生自然铜铁矿石工艺矿物学研究

  骆洪振,张凛,徐健,杨含蓄,赛明雨

  为了给国外某伴生自然铜铁矿石选矿工艺研究提供理论依据,采用矿物参数自动分析系统(MLA),结合化学分析、光学显微镜、XRD 等分析方法对其进行详细的工艺矿物学研究。结果表明,矿石Cu 品位1. 06%、铁品位44. 91%,铜主要以自然铜形式存在,分布率为66. 98%;铁主要以磁铁矿和赤、褐铁矿形式存在,分布率分别为41. 26%和45. 05%。矿石构造主要为浸染状构造、层状构造和块状构造,主要结构为斑状结构、网状结构、粒状结构、包含结构和交代残余结构。矿石矿物种类较多,可综合回收利用的矿物为磁铁矿、自然铜及硫化铜矿物。矿石中自然铜与褐铁矿共生紧密,黄(辉)铜矿与脉石矿物及磁黄铁矿共生紧密;矿石中磁铁矿呈斑状与假象赤铁矿、褐铁矿紧密共生。铜矿物中自然铜、黄铜矿(辉铜矿)集合体以微细粒嵌布为主,-60 μm 粒级分布率分别为82. 24%和86. 15%;铁矿物嵌布粒度由粗到细为:d褐铁矿>d磁铁矿>d赤铁矿,三者均以细粒嵌布为主,-100 μm 粒级分布率分别为56. 57%、69. 87%和82. 31%,矿石需磨至60 μm 以下才能使得铜矿物和铁矿物均大部分单体解离。矿石中褐铁矿在磨矿浮选过程中易泥化,进而恶化铜分选指标。因此,按照仅回收硫化铜和自然铜计算,铜理论回收率为81. 01%。推荐的选别流程为原矿磨矿—铜硫混浮—混浮尾矿磁选回收磁铁矿—混浮精矿重浮联合回收铜。

• 云南澜沧老厂银铅锌多金属矿床的AMT 工频噪声 压制研究

  李柯轩,刘慧鹏,李波

  云南澜沧老厂银铅锌多金属矿床为西南“三江”地区的典型矿床,面临资源危机。该矿床的边部找矿勘查中开展了音频大地电磁测深(AMT)工作,但因高压线工频干扰,导致部分测点频点失真。针对此问题,提出了一种基于隔离式频点提取以及磁场数据重构技术的工频噪声压制方法。通过划定阈值对所有测点进行数据分辨,进而快速区分受工频干扰程度不同的测点;然后避开受干扰的50 Hz 及倍数频段数据进行数据提取。针对受工频干扰程度较强,无法避开干扰数据的测点,利用其临近测点数据,采用反距离加权法对强干扰测点进行磁场数据重构。对澜沧老厂银铅锌多金属矿床的AMT 资料采用上述方法进行处理后,有效规避了50 Hz 及奇次谐波干扰,取得了较好的噪声压制效果,圈定了2 处具有找矿潜力的低阻异常区,为矿山边部找矿勘探提供了方向。该方法为解决物探工作中的工频干扰提供了新途径。

• 沉陷区河堤边采边复治理方式下的动态填方量预计方法

  李思豪,查剑锋,关杰,张民

  煤矿开采引起的河堤变形与破坏显著降低了其防洪安全性能。“先破坏、后治理”的传统处理方式存在修复滞后、防汛压力大的问题,具有较大的安全隐患,甚至诱发溃坝、洪水等重大公共安全事故。边采边复,及时恢复河堤的防洪能力是解决这一问题的主要技术途径。基于矿山开采沉陷动态过程特征,提出了沉陷区河堤边采边复的设计流程;构建了河堤治理过程中的动态填方量计算模型,并应用于某矿地表河流的河堤采动损害治理工程中。研究结果表明:采用边采边复的治理方式对沉陷区河堤进行治理,可以降低在采动过程中的河水外溢风险,同时减轻了采动损害对河堤的破坏程度;提出的动态填方量预计方法可实现对河堤各治理阶段土方量的准确预计,能够满足实际工程需求,为河堤治理工程设计提供了依据。

• 地表沉陷预测的改进BP 神经网络模型

  姜燕,连晗,席东河

  为了更加准确地预测地表沉陷变形,基于Adaboost 算法采用多网络共同计算策略改进了BP 神经网络,通过实际沉降数据对Adaboost 算法改进后的神经网络进行训练,预测地表最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距,将预测的3 个参数代入概率积分法中,建立了地表沉陷公式,对改进效果和地表沉陷公式分别进行了验证。结果表明:① 通过对比改进前后BP 神经网络的计算精度,未经过Adaboost 算法改进的BP 神经网络误差明显大于改进后的BP神经网络,说明基于Adaboost 修正后的BP 神经网络计算精度得到了有效提升;② 基于BP 神经网络对最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距3 个参数进行预测,结合概率分析法,能够实现稳沉后采空区主断面上方地表沉降规律的准确描述。以鲁西南地区某矿3301 采空区地表为例,利用改进BP 神经网络预测了地表最大下沉量、影响角正切和拐点偏移距,进而给出了地表沉陷曲线,与现场实测结果对比显示:改进BP 神经网络的最大误差小于0. 105 m,最大相对误差为4. 3%,证明了所提计算方法的可靠性。

• 基于深度强化学习和大邻域搜索的矿山巡检机器人 路径规划算法

  边艳华,解路,苗超

  当前大多数矿山巡检机器人采用激光雷达作为矿山环境探测方法,该方法对于一些小目标物体和反照率小的物体检测不明显,容易造成误检或漏检,从而引发矿山安全事故。为了提高矿山巡检机器人的识别精度,将基于强化学习结合大邻域搜索的路径规划方法引入矿山巡检机器人路径规划工作中,提高矿山巡检机器人对场景的感知能力。首先,提出了基于LSTM 的时序性路径规划模型,能够从机器人的RGB 相机中提取图像特征,通过深度学习方式进行场景感知。其次,将激光雷达设备采集的信息进行处理,使用大邻域搜索算法找到空间中的多个最优路径,用于后续场景导航。最终通过深度强化学习和大邻域搜索方法实现矿山巡检机器人精准导航,选择最佳的机器人巡检路径。为了验证所提算法性能,在二维和三维空间中进行了场景搭建、导航模拟、模型训练和测试。结果表明:该方法在仿真环境和真实场景中具有较好的路径规划能力。

• 基于改进模糊算法的节理分组软件开发

  郭怡宁,刘铁新,董自岩,郑洪春,韩鞠,詹必雄

  节理广泛存在于岩体中,其发育情况影响着岩体的稳定及渗流特性。由于节理数量众多,目前对其研究时需进行分组处理。传统的分组方法如依靠玫瑰图、极点等密度图等,无法确定每组节理的具体数据,同时对离散点的分组效果有限。当下使用机器学习的聚类算法也存在选择的聚类数影响分组效果的不足。鉴于此,在MATLAB平台上开发了基于改进模糊聚类算法的节理产状聚类程序(JOCP)。JOCP 考虑节理的倾向倾角,使用基于聚拢度的模糊聚类算法进行分组,将结果使用Xie-beni 指数判断优劣性,最终生成节理分组的最优解。JOCP 以原始坐标数据及目标聚类数为输入,以节理产状数据、聚类中心、聚类结果分布图以及有效性指标为输出。将程序用于大连某边坡千条节理数据的分析中,结果证明程序可提高分组确定性,达到分组效果客观准确的目的。此程序可为地质勘探,灾害预测等领域提供技术支持。

• 基于FEM、CFD 和DEM 耦合的三产品磁选柱磁选 过程模拟

  吴俊杰,岳翔,郭小飞,代淑娟,张洺睿,任伟杰

  为探明磁铁矿颗粒在三产品磁选柱中的运动规律和影响因素,采用FEM、CFD 和DEM 耦合的方法对其磁选过程进行模拟,并通过实际分选试验进行验证。基于磁铁矿粒度分布、矿物组成、磁化特性和力学特性,建立了磁铁矿重叠球体颗粒模型,采用ANSYS 有限元软件模拟三产品磁选柱的磁场分布,采用Fluent 软件模拟三产品磁选柱的流场分布,采用EDEM-API 技术在离散元软件EDEM 中实现矿石颗粒、磁场和流场的耦合,模拟三产品磁选柱的磁感应强度、励磁周期以及上升水流速对分选过程的影响。在给矿TFe 品位为61. 42%的情况下,模拟试验得到的精矿、中矿和尾矿的TFe 品位分别为63. 60%、58. 44%和29. 63%。采用ϕ159 型三产品磁选柱在与模拟条件相同的情况下进行分选试验。结果表明,精矿、中矿和尾矿的TFe 品位分别为65. 55%、42. 58%和24. 23%,模拟试验与实际试验的相对误差在3%以内。

• 大红山铁矿露天—地下联合开采岩移发展规律研究

  张玮,杨天鸿,侯俊旭,马凯

  地下开采产生的地表移动会影响邻近露天采场边坡的稳定性。以大红山铁矿露天—地下联合开采为例,采用微震、地表开裂观测等多种方法进行岩移监测和数据分析,探究了地下开采引起的岩体移动与地表开裂规律。首先,对历史监测数据进行了整理和分析,包括地表塌陷和裂缝的发育情况。其次,针对地下开采过程中的围岩变形特点,开展微震数据分析,获取了岩体损伤破坏信息。同时,结合矿山地质资料,统计数据得出了陷落角的变化范围。结果表明:大红山铁矿露天—地下联合开采,岩体移动发展阶段可划分为:冒落及地表贯通的岩移阶段、陷落区充分发展的岩移阶段、F2 断层影响的陷落角非对称发育阶段、废石充填与深部开采下的岩移阶段。西北部陷落角发育范围为75°~81°、东南部陷落角发育范围为65°~82°。研究可为类似地质及工程条件矿山岩移发展规律分析提供一定参考。

• 深部开采对地表及竖井稳定性影响分析

  马宏伟,李明,张丽丽,王志修,刘晓宇

  以深井矿山阜山金矿整合矿区为工程背景,通过使用3DMine-FLAC3D 数值分析及建模软件,分析了矿体位移规律和深部开采对地表的影响,建立了阜山整合矿区的三维数值计算模型。针对矿岩位移及地表变形的影响进行分析,结果表明:① 矿体下盘处由于开挖卸荷作用而出现不同程度的底鼓现象,矿体上盘的变形特征为下沉,距离矿体越远,围岩变形越小;② 当下方设计矿体回采、充填结束后,地表最大沉降变形、倾斜变形、曲率以及水平变形均能满足《有色金属采矿设计规范》(GB 50771—2012)相关要求;③ 主竖井井筒、207 风井井筒中心线处的相对变形较小,地下矿体的回采活动未对主竖井、207 风井产生影响;④ 地表沉降监测表明,地下开采引起的地表的沉降位移很小。

• 基于高精度磁测方法的采空区平面边界探测研究

  谷蓬禹,姚玉增,贾三石,程浩,闫迪

  采空区空间位置、规模、所处地质环境等各不相同,探测手段和数据处理方法也各异,而采空区的平面边界始终是探测难点之一。本研究在苏尼特右旗锰—萤石矿区典型区域内进行了地面高精度磁法测量,按照磁法异常圈定了采空区平面边界并进行了工程验证,结果表明:① 锰矿开采残留的顶底板及锰矿化蚀变围岩呈明显高磁异常,而采空区则呈现明显的低磁异常,故高磁异常中包含的低磁异常区是采空区的良好标志,低磁异常边界基本反映了采空区的平面边界;② 在采空区平面边界精准识别基础上,采用高密度电阻率法或地质雷达等方法确定采空区垂向位置,可以大大提高采空区探测效率。本研究不仅对本矿区今后的采空区治理具有重要意义,同时对其他类似矿区的采空区探测提供了有益的借鉴。

• 冻融循环作用下的花岗岩边坡岩体强度研究

  刘宏,张诏飞,李兆龙,刁虎

  以伊春鹿鸣钼矿发育的花岗岩边坡岩体为例,开展不同风化程度的花岗岩岩石样品的冻融循环单轴抗压强度试验和纵波波速试验,得到不同风化程度的花岗岩冻融循环单轴抗压强度和纵波波速损失程度不同,风化程度高的花岗岩冻融系数较低;冻融循环作用下的花岗岩单轴抗压强度冻融系数与纵波波速损伤变量之间为线性关系,对于不同风化类型的花岗岩,其线性关系高度相近。从边坡稳定性分析的角度出发,提出了2 种获取冻融循环花岗岩边坡岩体强度参数的方法,并进行了计算验证。结果显示:采用单轴抗压强度冻融系数直接折减抗剪强度,或采用纵波波速冻融系数折减RMR 值后推导抗剪强度,所得结果均可进行边坡稳定性计算;相对来讲,后者计算的安全系数与边坡体实际稳定状态更为接近。

• 真三轴单面临空花岗岩岩爆自组织临界特征研究

  孙光华,郭将,吴柄纬,齐育珠,韩凯明

  为探究不同应力状态下花岗岩岩爆失稳特征,开展真三轴单面临空岩爆试验,结合声发射监测系统,根据自组织临界理论,分析岩爆过程应力变化及声发射能量序列的时间属性和定位信息的空间属性。试验结果表明:将岩爆自组织过程分解为时间线与空间线,最大程度地实现了岩爆自组织过程的可视化及岩体状态的量化,且能量时域性通过了幂律特征的验证,具有较强自相似性;岩爆孕育过程第二阶段的临界指数相对第一阶段较大,说明岩爆发生的概率随着自组织演化加剧;岩爆自组织行为存在中间主应力效应,随着中间主应力增大对岩石破裂限制作用增强,临界点出现越晚,临界指数越大,同时高中间主应力下亚临界点至临界点的平静期较长,自组织行为较弱,易诱发突发性强、破坏性大的岩爆灾变,预测难度增加。本研究结果为精确预测岩石岩爆提供了更为前沿、完善的思路。

• 高温深井矿山独头掘进巷道通风降温机理研究

  李晓健,贾敏涛,赵旭,李卫国,张明峰

  针对高温深井矿山独头掘进作业温度高、通风难等问题,以海南山金抱伦金矿为原型,基于气固两相流理论,采用三维流体仿真软件模拟深井井下高温环境,根据不同通风参数下主运巷及独头巷道的温度场、速度场分布特征,研究风温、风速及岩温等对气流分布、温度分布特征影响规律。结果表明:独头巷道有效通风临界距离为7 m,巷道交接处会产生“8”字型涡流,涡流交错处断面平均温度达到最低值,超过7 m,需要采取局部通风措施改善作业环境;采用制冷设备进行降温时,制冷装置距离掘进作业点距离小于30 m,入口通风温度为20~25 ℃时较为适宜;对于高热巷道围岩覆盖一定厚度的保温材料,减少岩壁向气流中散热,可以有效降低巷道空气温度。研究结论可为高温深井矿山通风系统设计、局部制冷降温设计提供理论支撑。

• 镍渣对粉煤灰基地质聚合物收缩性能的影响

  齐道正,王炳监,陈登,李莉

  镍渣是镍冶炼过程中排出的工业固废,以镍渣为原料制备地质聚合物,既提高了地质聚合物的绿色环保属性,更有助于促进镍铁合金工业的可持续发展。向粉煤灰基地质聚合物中掺入镍渣,并考察镍渣掺量对硬化体收缩性能的影响。结果表明,镍渣掺量为25%时不仅提高了地质聚合物的抗压强度,同时有助于降低自收缩和干燥收缩。镍渣反应活性较低,掺入粉煤灰基地质聚合物中会减缓碱激发反应进程,进而降低硬化体自收缩。另一方面,镍渣颗粒在硬化体中发挥微骨料作用,掺入后有助于降低地质聚合物孔隙率,既提高了硬化体的抗压强度,同时抑制干燥过程中的水分蒸发并降低了干燥收缩。