金属矿山杂志

金属矿山杂志2025年第4期

• 地下矿山锚杆腐蚀与防腐蚀试验研究现状及展望

  冯帆,李源浦,蔚登峰,景泮印,李伟宁

  锚杆在井下作业环境中深受腐蚀作用的影响,造成支护结构失效,加剧了巷道失稳、突水、塌方等重大安全事故隐患。锚杆腐蚀行为、失效机制以及防腐蚀性能研究已成为地下矿山围岩支护领域的热点和难点问题。根据前人研究成果,从锚杆腐蚀影响因素、腐蚀效果试验、腐蚀机理以及防腐蚀效果试验4 个方面,系统梳理和总结了矿山恶劣开采条件下锚杆腐蚀破坏和防腐的室内试验研究现状与发展历程。在此基础上,凝练了目前锚杆腐蚀破坏与防腐蚀试验研究中存在的关键问题,指出了井下锚杆腐蚀试验研究下一步发展的方向:深井高应力巷道锚杆腐蚀破坏特征,滨海矿山围岩锚杆溶蚀破坏机制,多参量交互作用下锚杆腐蚀失效行为,复杂开采条件下防腐锚杆稳定性研究。同时,提出了锚杆腐蚀破坏试验模拟研究中的关键技术难题:考虑实际预应力的锚杆加速腐蚀试验技术,滨海矿山围岩—锚固结构溶蚀试验技术,支护结构现场加速腐蚀试验方法和不同腐蚀环境下防腐锚杆耐蚀性试验技术。对矿井恶劣腐蚀环境下锚杆破坏机制开展更为全面的研究,进而有针对性地进行腐蚀防控,可为支护结构长期承载性能与围岩稳定性控制提供理论与技术支撑。

• 大型铝土矿山综采工作面区段回风巷围岩 破坏特征实测研究

  高林,高昌思,吴延平,李强,石笑天,谢家胜,徐旭

  瓦厂坪铝土矿是国内首个采用综合机械化开采工艺的大型有色金属地下矿山。为了探究区段矿柱留设宽度对区段回风巷道围岩破坏的影响,对目前不同区段矿柱宽度留设下的1104 回风巷、1106 回风巷进行了现场钻孔摄像观测,得到巷道围岩的内部结构及破坏情况。定性、定量分析了围岩松动圈的大小、裂隙密度,并对矿柱受力情况进行了分析。结果表明:不同位置的围岩松动圈发育程度存在显著差异,其中矿柱侧的松动圈较大,而顶板和矿壁侧的松动圈则相对较小。20 m 矿柱因支承压力演化形成“双峰马鞍形”应力重构,叠加复合应力场导致巷道围岩破坏程度和深度更为显著,而10 m 矿柱的非对称弧形三角结构产生“单峰”支承压力分布和低扰动应力场,使巷道围岩破坏较小。两种矿柱在采矿活动中受到了不同程度的影响,矿柱内部塑性区并未贯通,矿柱内仍然存在一定范围的弹性核区域,表明现阶段留设的20 m、10 m 宽度矿柱均具有进一步优化减小的可能性。研究结果可为矿山后续开采过程中的区段矿柱留设及巷道围岩控制提供依据。

• 中关铁矿采动应力演化特征及围岩稳定性模拟研究

  路燕泽,马宁,于庆磊,向伟华,杨学瑞,王立杰

  研究采动应力演化及规律,确保采动影响下采场围岩及底部结构稳定性,能有效保障地下金属矿山安全高效开采。以中关铁矿-230 m 水平为工程背景,采用室内试验和数值模拟的方法,模拟多矿房回采—充填过程,分析采动影响下应力场及位移场的演化特征及围岩稳定性。结果表明:① 采场围岩整体应力集中程度较低,局部应力集中程度较高,且主要集中于充填体顶部区域,底部结构围岩应力集中程度普遍相对较低。② 采场整体稳定性良好,以充填体顶部区域的覆岩及自身沉降为主,呈现各相邻充填体间接触部分的整体位移大于充填体内部的特征。③ 根据模拟结果,采动过程中应加强对穿脉巷道单侧采动、另一侧未采动情况下巷道相应位置的监测,及时实施卸压、补强支护等措施,防止巷道在局部高应力作用下失稳破坏,确保矿井安全高效生产。

• 超声振动下黑钨矿石疲劳损伤演化过程试验研究

  蔡改贫、冯向阳、宋佳、刘宾宾、郝书灏

  为研究超声振动下矿石的疲劳损伤演化过程,以黑钨矿石为研究对象进行超声振动间断加载试验,通过动态信号测试分析系统得到矿石不同深度处的应变波曲线,分析矿石损伤演化过程中相应的应变响应变化特征。结果表明:矿石经过超声振动间断加载试验出现裂隙压密阶段、稳态变形阶段和静态回弹阶段。在裂隙压密阶段,矿石的应变幅值急剧衰减,内部裂纹逐渐闭合;在稳态变形阶段,加载端面10 mm 和30 mm 深度处矿石的应变幅值超声加载进程不断增大,但整体波动趋于平稳,裂纹逐渐增加;在静态回弹阶段,应变幅值曲线并未完全回归至平衡零点位置,矿石出现回弹变形,此时裂纹达到最大。分析了超声激振次数对矿石的疲劳损伤演化的影响规律,表明激振次数的增加使矿石内部的损伤进一步增大,最终使矿石破碎;矿物在超声振动下出现了不可逆形变。研究成果有助于深入认识黑钨矿石在超声振动下的损伤演化过程,为超声破碎在工程应用上提供理论依据。

• 饱和岩石在水和空气环境下的单轴力学特性试验研究

  宋晓东,胡利峰,苏亚超,侯成恒,常剑,苏强

  水环境的存在对矿山开采过程中岩石的力学性能及破坏模式影响较大。为了探讨水环境对岩石力学性能的影响,对3 种具有代表性的岩石(红砂岩、大理岩和花岗岩)在水环境和空气环境下进行了系列的单轴压缩及单轴蠕变力学测试。结果表明,水环境显著降低了饱和岩石的单轴抗压强度与蠕变强度,且加剧了饱和岩石在初始加载过程中的非线性变形和峰后破坏的程度,尤其是剪切破坏特性更加显著。水环境还显著提高了饱和岩石的蠕变应变及蠕变速率,缩短了蠕变破坏时间。不同岩石对水环境的敏感性有所不同,其中,强度低且孔隙率及渗透性较高的岩石(如红砂岩)受到水环境影响最为显著。此外,水环境促进水分持续渗透至岩石内部裂隙,降低裂隙端部的断裂韧性,加剧岩石的应力腐蚀作用,进一步加速岩石的破坏过程。研究结果为理解在水环境下岩石的力学行为特性提供了依据,为复杂环境下地下工程中岩体稳定性评估提供了基础。

• 考虑析水效应的PPGF 浆液扩散规律与抗分散特征

  姜淑印,李向阳,杨超,尹磊建,王佳奇,朱利勇

  针对高承压非静态奥灰含水层注浆改造,研发了具有抗水分散性能的PPGF 材料,提出了考虑浆液流速的抗分散性能试验方法;为定量分析浆液析水与黏度变化之间的响应机制,提出了消除析水影响的浆液黏度时变性间隔测量法,并建立了基于影响因子λ 的黏度时变修正模型。基于此,揭示了PPGF 材料配比与注浆参数对浆液扩散规律与抗分散性能的影响规律,并进行了工程实例验证。结果表明:随着浆液流速的增加,浆液流失率呈非线性增大趋势,而聚丙烯酰胺可以降低流速提高带来的浆液损失程度,与不考虑浆液析水效应相比,考虑析水效应的浆液黏度增长更快,影响因子λ 与浆液析水率具有明显关联性,考虑析水效应后浆液黏度的增量随析水率的增大而增大。浆液顺水扩散距离随聚丙烯酰胺的增加先增大后减小,顺水混合宽度先减少后增大,当掺量为2. 5%时浆液扩散及抗分散性能最优。随着初始注浆压力的增大,浆液饱和度曲线由稀疏—密集型逐步变为密集—稀疏—密集型,成核时间逐渐缩短,抗分散能力增强。研究结果对指导高承压非静态含水层注浆改造具有重要参考价值。

• 基于螺旋布纤方式的新型矿用测力锚索

  胡生奎,蔡俊辉,赵一超,刘然,王其洲,刘锦玉

  针对传统锚索应力监测技术难以实现索体全长范围应力和应变监测的难题,采用仪器设计、理论分析和数值模拟方法,设计了一种基于光纤光栅传感技术和螺旋布纤方式的矿用测力锚索。通过将光纤布拉格光栅(FBG)传感器嵌入至锚索外丝的螺旋凹槽内,对锚索内部和全长范围的应力、应变进行监测。结合几何投影和弹性理论,建立了锚索内外丝轴向应力和应变关系,并利用空间直角坐标系进行三维坐标拟合,分析锚索轴向力和扭转变形,提出了索体轴力及扭转的耦合计算方法。同时,基于ABAQUS 数值模拟验证了理论模型的准确性。研究表明:基于螺旋布纤方式的矿用测力锚索理论模型在弹性阶段具有较低的误差,平均误差为3%,最大误差为9%;进一步解释了锚索荷载传递机制。该螺旋布纤方式新型矿用测力锚索可实现锚索全长范围内应力和应变的实时监测,对巷道围岩支护的安全评估和灾害预警提供了重要的技术支持。

• 高温作用后砂岩力学性能及裂纹演化特征研究

  王健翔,孙珍平,王士奎,许蕾

  为了评估高温对围岩力学性能的影响并确保巷道结构的安全性,针对取自山西东洼北煤矿9# 煤层顶板的砂岩,在25~1 000 ℃范围内热处理后进行单轴压缩试验。结合声发射监测与CT 扫描技术,系统分析了该特定砂岩在不同温度处理后的力学响应及其裂纹演化特征。研究结果显示,随着温度的升高,砂岩的峰值应力和弹性模量呈现出先增加后减少的趋势,400 ℃是这一变化的转折点,在此温度下,砂岩强度达到最高值;超过400 ℃后,其力学性能显著下降。AE 信号分析表明,高温加剧了砂岩内部裂纹扩展的活动性,尤其是在温度超过400 ℃之后,裂纹发展加速,导致破坏过程中AE 活动显著增强。CT 扫描结果证实,经过高温处理后,砂岩内部裂纹密度增加且连通性提高,裂纹分布变得更加复杂。这些发现为评估高温条件下围岩的稳定性提供了参考,并有助于制定相应的灾害防控策略。

• 典型岩体质量评价方法间的相关性研究: 以兰坪铅锌矿边坡岩体为例

  顾岩,雍睿,章莹莹,许汉华,宋佳敏

  岩体质量评价是工程岩体稳定性分析的基础,现有评价方法种类繁多,但其相关性研究较少。建立不同岩体质量评价系统之间的联系,实现评价结果互通以及方法间的比较验证,对于解决复杂岩体工程问题具有重要意义。根据岩性差异、结构面发育程度等因素选取32 个典型台阶边坡为研究对象,使用RMRb、CoSMR、[BQ]、Qslope、GSI 等方法进行岩体质量评价,建立不同方法间的关联模型,并分析其相关性。研究发现:RMRb 和GSI、CoSMR 和[BQ]、Qslope 和CoSMR 之间具有良好的相关性,拟合优度分别达到0. 596、0. 595、0. 678;不同的岩体质量评价方法适用于不同的岩体类型,[BQ]、Qslope 相对于CoSMR 系统更为保守,适用于比较差的岩体,CoSMR 系统适用于中等岩体,GSI、RMRb 系统适合用于结构较为完整、节理发育不严重的岩体。该研究在实现岩体质量综合评价、促进方法间的交叉应用及结果间的验证互通具有一定的工程应用价值,可为相关研究提供参考与借鉴。

• 煤系坚硬顶板类岩石材料配比试验研究

  兰永青,乔元栋,李永明,程虹铭,雷利兴,董川龙

  针对煤系坚硬顶板类岩石材料配比问题,以水胶比、骨料粒径为影响因素,设计了2 因素3 水平的不同材料配比正交试验。将单轴抗压强度(σc)、抗拉强度(σt)、材料变形指标(E / σc )和脆性指标(σc / σt )作为试验响应变量,进行了基于上述正交试验类岩石材料配比主控因素敏感性和显著性分析,获取了响应变量随类岩石材料配比的变化规律。结果表明:不同材料配比的类岩石试件应力—应变曲线及破裂形态与原岩试件一致;水胶比是控制类岩石试件力学参数响应的主控因素,对σc、σt 和σc / σt 具有极强的显著性影响,对E / σc 具有较强显著影响;骨料粒径对σc、σt 具有较强显著性影响,对E / σc、σc / σt 无显著性影响。进一步,建立了类岩石材料4 个力学响应量关于材料配比的二元多项式回归模型,获取了材料配比下各力学参数的拟合系数;并组建了4 个力学响应量的二元多项式回归模型方程组,以测试值与计算值的最小残差平方和作为判据,采用最小二乘法获取了最佳类岩石材料水胶比和骨料粒径,其值分别为0. 43 和2 mm。最后,以最佳材料配比制备坚硬顶板类岩石试件,经测试配制的类岩石试件的σc、σt、E / σc 和σc / σt 相对原岩试件,其误差值分别为9. 2%、4. 2%、8. 9%和5. 2%,均小于10%。

• 石英石的损伤累积-断裂特性研究

  周龙旭,王嘉伟,柳随年,胡轶文,李沛,曹钊

  矿石颗粒受反复冲击而裂隙逐渐发育直至断裂是碎矿磨矿中的重要现象,可用TAVARES 提出的损伤累积-断裂模型来描述。石英石作为重要的脉石矿物,其损伤累积特性值得研究。基于此,开展了石英石单颗粒冲击破碎试验,并通过对Tavares 模型中的损伤系数进行系统化的分析与计算,研究了损伤累积理论在颗粒破碎过程中的重要作用,探讨了在球磨过程中颗粒损伤累积的重要性。研究表明,通过单颗粒冲击试验和数值模拟,证实了损伤累积系数γ 是影响颗粒破碎行为的关键参数,γ 值越小,颗粒越容易发生破碎;提出了简易的模型参数反算方法,用落重试验快速预估损伤累积系数γ,得到γ =5. 7 时粒度5. 6~6. 7 mm 的石英石颗粒的破碎规律;通过对球磨机中颗粒碰撞能量频率分布的仿真分析,揭示了球磨机中矿石颗粒受到抛落冲击下的破碎主要由众多低能量碰撞的累积效应导致,单次高能冲击的贡献较小。研究结论有助于加深对石英石破碎本质的理解以及球磨机破碎机理的认识,为进一步提高球磨机的效率提供了新视角。

• 老挝某高硫难选铜锌锡矿石的工艺矿物学研究

  胡泽伟,童雄,马原琳,谢贤,宋强,范琳琳

  为给老挝某难选高硫铜锌锡多金属矿石的合理开发利用工艺研究提供可靠而全面的矿石性质信息,对有代表性矿石开展了系统的工艺矿物学研究。结果表明:① 矿石中的主要有价元素为铜、锌、锡、铁、硫,伴生有价元素有金、银和铟。② 铜主要以黄铜矿的形式存在、锌主要以铁闪锌矿的形式存在,锡主要以锡石的形式存在,硫主要以磁黄铁矿和黄铁矿的形式存在。③ 矿石中黄铜矿的主要粒径范围在4. 8~300 μm、铁闪锌矿在6. 8~300 μm,磁黄铁矿和黄铁矿在+19 μm、锡石在9. 6~150 μm,黄铜矿、铁闪锌矿、磁黄铁矿和黄铁矿均较锡石易解离。④ 黄铜矿主要呈他形粒状、星点状嵌布,铁闪锌矿主要呈他形粒状嵌布,锡石主要呈自形-他形粒状嵌布,磁黄铁矿大部分呈他形粒状、少数呈自形板状嵌布,黄铁矿大部分呈致密粒状或块状、稠密浸染状嵌布,石英呈自形-他形粒状嵌布,绿泥石呈显微鳞片状嵌布,萤石呈他形粒状嵌布,白云母呈显微鳞片状嵌布,各矿物间总体连生关系紧密,黄铜矿与铁闪锌矿的嵌布关系尤其紧密。⑤ 矿石磨矿细度的确定,应兼顾铁闪锌矿(含黄铜矿)的充分解离和避免锡石过粉碎因素通过试验确定;由于黄铜矿与铁闪锌矿难以单体解离,因此宜采用抑硫浮铜锌工艺一并回收,并尽量使金、银和铟矿物富集在铜锌精矿中;磁黄铁矿、黄铁矿的回收采用单一浮选工艺还是磁浮联合工艺,将从硫回收指标和为后续重选回收锡创造更好条件的角度而定;最后在充分脱硫的前提下重选回收锡石,从而实现矿石中有用矿物的高效综合回收。

• 蒙古国某萤石矿石的可选性研究

  王利珍、姜楚灵、朱家祥、沈力微、王祥、王伟

  为了了解蒙古国三大萤石矿CH、BB、NU 矿石的可选性,通过化学多元素分析、X 射线衍射分析、显微镜鉴定和MLA 等方法对这些矿山的代表性矿石进行了工艺矿物学特性研究。结果表明:① CH、BB 和NU 矿样CaF2 品位分别为46. 73%、48. 49%和81. 89%,萤石多呈致密团块状产出,粒度一般1. 0~2. 0 mm,团块中偶或包裹或浸染微细粒石英等脉石矿物,预计适当磨矿可获得有效解离。② 碎磨至-3 mm 的CH、BB 和NU 矿样中萤石全部回收对应的精矿CaF2 品位预计值分别为72. 09%、54. 70%和89. 00%,产率预计值分别为64. 82%、88. 65%和92. 01%,BB 和NU矿样在该细度下预选抛尾意义不大;碎磨至-0. 15 mm 的CH、BB 和NU 矿样中萤石全部回收对应的精矿CaF2 品位预计值分别较-3 mm 情况下提高10. 20、21. 86 和8. 20 个百分点,产率预计值显著下降至50. 18%、63. 33%和84. 25%,抛尾提质效果显著,适当抛出贫连生体能显著提高精矿CaF2 品位。③ CH、BB 和NU 矿样在磨矿细度为-0. 15 mm 的情况下,采用1 粗4 精、精选1 尾矿直接抛尾、精选2 及后续精选尾矿合并返回流程处理,均可获得CaF2 品位97%以上的萤石精矿,探索试验指标与预测指标接近,精矿品质均达到《中华人民共和国黑色冶金行业标准》(YB/ T 5217—2019)之酸级萤石一级品质量标准,表明矿样具有较好的可选性。

• 无机盐助磨剂对伊春鹿鸣辉钼矿石磨矿效果的影响

  范佳志,白鹏飞,陈荣健,詹启贤,丁亚蓉,马昆林

  为了探究3 种无机助磨剂对伊春鹿鸣辉钼矿石磨矿效果的影响,在不添加助磨剂的情况下对合适磨矿浓度、介质充填率、球料比进行了研究,在此基础上以磨矿产品-0. 074 mm 含量、代表性粒径参数、粒度分布和颗粒微观形貌为评价依据,开展了三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、水玻璃助磨效果研究。结果表明,六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、水玻璃等无机盐助磨剂能有效提高磨矿产品-0. 074 mm 含量;在试验确定磨矿工艺参数情况下,分别添加三聚磷酸钠500g/ t、六偏磷酸钠250 g/ t、水玻璃500 g/ t,磨矿7 min 时产品-0. 074 mm 含量比不添加助磨剂情况下分别提高1. 31、3. 51、2. 16 个百分点;磨矿时间相同,添加助磨剂对应的磨矿产品d50、d90 均小于不添加助磨剂情况下,比表面积则相反,说明助磨剂能够提高磨矿效果;不添加助磨剂时辉钼矿颗粒表面较平整光滑,裂缝数量较少,加入助磨剂后辉钼矿颗粒表面变得粗糙,且新产生了大量的裂缝,使得其表面硬度与强度下降,进而有助于提高磨矿效果。添加助磨剂对浮选的影响有待后续研究。

• 高纯铁精矿的氢基直接还原机理研究

  傅国辉,杨晓峰,陈国荣,周廷波,孙永升

  为给高纯铁精矿的低碳开发提供理论依据,以辽宁弓长岭地区的某高纯磁铁精矿为对象,研究了其氢基直接还原的矿相变化过程,并通过化学成分分析、X 射线衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)分析和比表面积及孔结构分析(BET)揭示了还原反应机制,并结合模型匹配法对还原动力学参数进行了求解。结果表明,还原度随还原温度的升高而提高,升高还原温度可有效提高反应速率、缩短反应时间;反应模型更符合收缩核模型,即还原反应由颗粒外层逐层向内部进行,表观活化能Ea = 55. 12 kJ/ mol,指前因子A = 23. 73 min-1;微观结构分析表明,反应首先发生在颗粒表面并形成裂纹,使得H2 能够进入颗粒内部进一步发生反应;同时孔隙不断向内发育,致密的磁铁矿颗粒结构不断被破坏,并转变为海绵状金属铁,比表面积大幅增加;在575 ℃下还原60 min,磁铁矿已完全转化为金属铁。

• 西北干旱区某低品位磁铁矿石的全干法分选工艺研究

  赛明雨,杨任新,高春庆

  我国西北干旱缺水地区的某低品位磁铁矿石全铁品位为14. 87%、磁性铁品位为9. 27%,为了探究全干法分选工艺的可行性进行了选矿工艺研究。结果表明,矿石中主要铁矿物为磁铁矿,脉石矿物为石英;磁铁矿与脉石矿物间的嵌布关系紧密,但界限清晰,多以单晶或集合体的形式填充在脉石矿物粒间,单体解离总体较容易;矿石在碎至粒度为-10 mm 情况下干式磁力预选(278. 66 kA/ m)、预选精矿在高压辊磨机闭路辊压至-3 mm 情况下进行粗粉干式磁选(358. 28 kA/ m)、然后进行两阶段磨矿(-0. 074 mm 分别为55%和80%)各1 粗1 精干式弱磁选(分别为278. 66、199. 04 kA/ m),获得了全铁品位65. 64%、全铁回收率57. 34%、磁性铁回收率88. 06%的铁精矿,该指标较经典磁选流程对应指标分别低0. 24、2. 26、8. 29 个百分点。研究结果表明,该矿石采用全干法分选工艺是可行的,对缺水地区类似铁矿石资源的开发具有指导意义,但全干法分选设备的台时效率有较大提升空间。

• 某含锌锡低品位铜矿石的高效综合回收试验研究

  王坤举,李强,王成行,李沛伦,吕昊子

  内蒙古某含锡锌低品位铜矿石的铜、锡和锌品位分别为0. 69%、0. 12%和0. 30%,原生产工艺仅对铜进行回收。为了完善工艺流程,提高资源的综合利用率,在对矿石进行工艺矿物学研究的基础上进行了选矿工艺流程研究。研究结果表明,矿石中的铜、锌、锡主要以黄铜矿、铁闪锌矿、锡石的形式赋存,元素占有率均在93% ~95%,且这些矿物总体嵌布粒度较粗,锡石的嵌布粒度更粗且易解离,这为粗磨情况下浮选分离硫锡、减少锡石的过磨损失创造了条件。矿石在磨矿细度为-0. 074 mm 占65%的情况下,采用1 粗1 精1 扫流程混浮铜锌、1 粗1 精1 扫流程选硫,铜锌混浮精矿再磨细度为-0. 043 mm 占80%的情况下,采用1 粗2 精1 扫流程抑锌浮铜、铜尾矿采用1 粗2 精1 扫流程选锌,获得了铜品位22. 72%、含锌1. 37%、铜回收率94. 50%的铜精矿,锌品位41. 23%、含铜0. 75%、锌回收率65. 97%的锌精矿,硫品位23. 25%、硫回收率63. 55%的高硫产品。浮选尾矿采用1 粗1 精摇床重选流程选锡,获得了锡品位50. 20%、回收率22. 28%的锡精矿,以及锡品位8. 52%、回收率18. 27%的锡次精矿。有效实现了低品位铜矿石中锡、锌的综合回收。

• 混合捕收剂浮选分离一水硬铝石与高岭石的机理研究

  吴春辉,马英强,张西山,姬鹏飞

  为了解决低品位铝土矿石正浮选脱硅过程中传统捕收剂油酸钠使用效果欠理想问题,研究以铝土矿中常见代表性铝硅矿物一水硬铝石和高岭石为分离对象,开展了油酸钠与油酸钠+椰油酰甘氨酸钠捕收一水硬铝石和高岭石纯矿物试验,以及浮选分离一水硬铝石与高岭石人工混合矿试验,量化了单一捕收剂与混合捕收剂的浮选性能差异,最后通过接触角测试、Zeta 电位测试、红外光谱分析和X 射线光电子能谱(XPS)分析等手段揭示了捕收剂与矿物表面的作用机理。浮选试验表明:在矿浆pH= 10,油酸钠+椰油酰甘氨酸钠混合摩尔比为1 ∶1、用量为3×10-4mol/ L 条件下,一水硬铝石与高岭石纯矿物浮选回收率差异达83. 86 个百分点,人工混合矿(一水硬铝石与高岭石的质量比为2∶1)浮选精矿铝硅比由7. 16 提高到8. 93,Al2O3 回收率由77. 27%提高到82. 94%,达到了较好的分选效果。机理分析表明:油酸钠+椰油酰甘氨酸钠在一水硬铝石表面的吸附作用比油酸钠更强,椰油酰甘氨酸钠可以促进油酸钠在一水硬铝石表面的吸附,阻碍油酸钠在高岭石表面的吸附,从而可以改善一水硬铝石与高岭石的浮选分离效果。

• 辛基羟肟酸超声活化及其强化氟碳铈矿浮选机制研究

  王介良,任浩东,赵增武,曹钊,孙韩庭,张臻悦,池汝安

  羟肟酸类稀土浮选捕收剂存在溶解性差、解离程度低等问题,构建辛基羟肟酸(OHA)浮选氟碳铈矿体系,通过纯矿物浮选、溶液化学计算、电导率测试、矿物表面湿润性及XPS 测试分析,研究了超声处理对OHA 捕收性能的活化作用,及其强化氟碳铈矿浮选的机制。结果表明:当超声功率为200 W、处理时间为10 min 时,超声场对OHA 活化效果最佳,相较OHA 未超声处理时氟碳铈矿浮选回收率提高20. 5 个百分点;超声处理能促进OHA 溶解解离出更多的OHA- ,增大OHA 在氟碳铈矿表面的化学吸附强度,增强氟碳铈矿表面的疏水性,从而强化对氟碳铈矿的浮选。

• 基于JKSimMet 的首钢硼铁碎磨流程优化研究

  张玉磊,李丽匣,刘飞飞,靳跃栋,王成铁,薛向欣,程功金

  碎磨作业是选矿厂的重要作业,直接影响选矿厂的分选成本和产品质量。为优化首钢硼铁的碎磨工艺,进行了包括筛上干抛的高压辊磨闭路粉碎、湿式粗粒抛尾、一段球磨机+旋流器闭路磨矿流程的考察,获得了现场生产主要工艺及设备参数,评估了现场设备的能耗状况;通过落重试验和活塞压载试验建立了矿石粉碎能量模型,对比了碎磨设备实际能耗与理论能耗,分析预测了节能降耗空间;通过JKSimMet 软件进行了模拟分析,评估了主要设备的运行效率和能耗效率。提出了高压辊磨机、球磨机、旋流器关键参数的调整方案,并进行了现场改造。结果表明,优化后高压辊磨机产品P80 由9 mm 降至5 mm,抛废率提高了1. 6 个百分点,旋流器溢流P80 由95 μm 降至83 μm,球磨机处理能力提高了10. 4%、磨矿比能耗从12. 54 kW·h/ t 降至11. 92 kW·h/ t,实现了碎磨流程的优化。

• 二氧化碳相变爆破作用下含节理岩体的裂纹扩展 数值模拟

  李嘉伟,郑永香,王伟,牛庆合,尹超,李亚东,姚明宇

  为探究CO2 相变致裂技术对节理岩体的破裂效应,通过新型CO2 相变致裂器爆破试验获取了致裂管内部动态压力曲线,并基于LS-DYNA 平台建立数值模型,对比研究了常规致裂器、新型致裂器及弹头型致裂器3 种工况下节理充填状态、节理长度、节理厚度及爆源距离对岩体破裂的影响机制,重点观测了应力波传播特征、裂纹扩展路径及穿透节理长度等关键参数。通过裂纹与节理交界区域有效应力分布特征的系统分析,揭示了不同致裂器对节理裂纹扩展的作用规律。研究表明:相较于充填节理,无充填节理对裂纹抑制作用更为显著;随着节理长度减小、厚度增加及与爆源距离增大,裂纹抑制效应呈现增强趋势。新型致裂器较常规型可产生更均匀的裂纹分布和更强的岩体冲击效应,其弹头改进结构能有效引导裂纹扩展方向,促进次生裂纹网络的形成,显著提升岩体渗透性能。研究为CO2相变致裂技术在裂隙岩体中的工程应用提供了理论依据。

• 露天台阶爆破块度智能分析平台研发与应用

  黄磊,刘玉龙,陶明,向恭梁,徐源泉

  在露天矿山生产过程中,精准获取爆破块度信息对矿岩铲装和加工至关重要。针对目前传统爆破块度测量技术操作复杂和耗时长,无法直接应用于矿山生产作业的问题,研发了集成矿山现场碎石块度动态识别、实时传输和静态分析功能的爆破块度智能识别平台。结合双目深度视觉与Yolov8-seg 模型构建智能分析平台的核心算法,系统部署在矿岩运输路径中,自动采集矿卡车斗内的爆堆图像,通过Restful 标准接口协议打通该系统与生产调度系统的数据交互。建立了具备现场块度动态识别功能和静态图像分析功能的两大核心业务板块,在湖山铀矿成功应用。使用过程中对干扰物体、阴影和强光照等影响因素进行了针对性强化训练,通过多种增强方法结合点云信息还原的方式实现了块度图像的自动筛选与关键区域裁剪。现场应用表明:爆破块度智能分析平台能够实现爆破块度的快速自动识别和数据反馈,碎石识别覆盖率达95. 5%,识别速度为100 ms/ 张。有效提高了湖山铀矿生产调度和管理水平,形成了爆破块度实时采集、信息汇聚和效果评估全流程智能作业体系。

• 急倾斜薄矿脉硬岩中深孔爆破参数优化研究

  孙刚友,金爱兵,武耀硕,陆通,杨江坤

  为探究深部急倾斜薄矿脉开采新方法,以广东某硬岩矿山深部矿体为研究对象,提出中深孔爆破方法,综合考虑炮孔孔径、孔间距、排间距和一次爆破量,基于ANSYS/ LS-DYNA 数值模拟手段研究薄矿脉中深孔的爆破效果和技术可行性;同时获得矿体内关键位置有效应力峰值和振动速度演化规律,并确定控制爆破参数。研究结果表明:可采用中深孔爆破开采硬岩薄矿脉急倾斜矿体;薄矿脉中深孔爆破开采中,基于小孔径和小孔距的爆破方案能使矿体内有效应力分布均匀,且有效应力峰值大于矿体动态抗拉强度,爆破效果较好;矿体内有效应力峰值随排距的增加呈减小趋势。薄矿脉中深孔爆破应以控制边帮爆破振动速度为导向,在保障开采效率的同时能够保护边帮。

• 基于改进蛇优化算法的概率积分法参数反演

  乔薄庆,郭庆彪,罗锦,余庆,万战胜

  精确获取开采沉陷预计模型参数是准确预测煤炭开采沉陷的关键,智能优化算法为精确求解开采沉陷预计模型参数提供了新方法。标准蛇优化(Snake Optimizer,SO)算法在开采沉陷领域鲜有应用,且存在初始阶段收敛缓慢、阶段间交互有限、倾向于向局部最优收敛的问题。为此,结合Tent 映射、减法优化器算法和透镜反向学习策略,提出了一种改进的蛇优化算法(Improved Snake Optimizer,ISO),并应用于概率积分法(Probability Integral Method,PIM)参数反演研究。模拟试验结果表明,ISO 算法反演PIM 参数的最大均方根误差、最大相对误差绝对值分别不超过0. 020、0. 016%,反演结果精度高、准确性强。在扩大参数波动范围、实测数据中加入粗差以及实测数据中加入高斯噪声3 种条件下,ISO 算法反演结果的最大均方根误差分别小于0. 029、0. 422、0. 147,最大相对误差绝对值分别不超过0. 046%、0. 643%、0. 228%。ISO 算法在参数反演过程中表现出较强的全局搜索性能、抗粗差干扰能力以及抗高斯噪声干扰能力。利用ISO 算法反演顾桥煤矿1414(1)工作面PIM 参数,结果表明:参数q、tanβ、b 的均方根误差均小于0. 042,参数θ、Su、Sd、Sl 和Sr 的均方根误差均小于3. 472,反演结果较SO 算法和猎人猎物优化算法具有较高的精度水平,下沉值拟合均方根误差和水平移动值拟合均方根误差的平均值为93. 82 mm,满足工程应用精度要求。

• 基于高分辨率重建的矿区遥感图像目标分割算法

  王晓红,苏兵,韩红章

  高分辨率遥感图像中的矿山目标具有复杂的形态、纹理和光照特征,给目标分割带来了挑战。为提高矿山目标分割精度和效率,提出了一种基于高分辨率重建的矿区遥感图像目标分割算法。该算法首先利用超像素分割方法将遥感图像分割成若干块,利用深度学习模型提取每个块的特征,并将其重建为高分辨率的特征图;然后利用标记分水岭算法对重建的特征图进行进一步分割,得到矿山目标的精细边界;最后通过条件随机场对分割结果进行优化,消除噪声和误分区域。在真实的高分辨率遥感图像上进行了试验,结果表明:该算法在矿山目标分割方面具有较高的准确率和鲁棒性,且具有较快的运行速度,适用于大规模的遥感图像处理,准确率达到了0. 93,召回率为0. 92,F1 分数为0. 94,平均交并比(mIoU)达到0. 85。所提算法为高分辨率遥感图像精确分割提供了一种有效方法,对于促进矿区遥感技术应用有一定的意义。

• 混合动力矿用卡车多因素和多目标的集成优化研究

  李洪亮,尚利花

  混合动力矿用卡车的部件参数和控制参数共同制约整车的综合性能,针对其优化涉及多因素和多目标的特点,提出了混合动力矿用卡车集成优化研究。建立以动力性为约束条件,部件参数和控制参数为优化变量,燃油经济性和系统体积最小化为目标的优化模型。在此基础上,构建Isight 优化平台集成Matlab 约束模型和AMESim 整车仿真模型的优化框架,采用Pointer 智能优化算法进行求解,获得了燃油经济性和系统体积最小化的最佳Pareto 解集。与NSGA-Ⅱ算法和经验调试相比,Pointer 智能优化算法在保证混合动力矿用卡车动力性的基础上,显著提高了燃油经济性并降低了系统体积。综合分析多变量和多目标之间的关系,获得了各优化变量对燃油经济性、系统体积最小化和动力性的耦合规律及调整方法。通过AMESim 仿真分析发现,与优化前相比,优化后发动机参与驱动减少,并且更多地工作在燃油经济区,蓄能器储存和释放能量的频率和幅度增加,证明了本次提出的集成优化方法的可行性和有效性。

• 基于多模态信息融合的矿井辅助运输 机器人自主导航方法

  栾婧,单敬福,魏力

  随着矿山智能化建设的不断推进,机器人技术与无人驾驶技术成为智慧矿山系统发展的热点问题。辅助运输机器人作为煤矿井下运输环节的重要组成部分,其自主导航性能受到井下巷道复杂环境特征的严重影响。针对辅助运输机器人的复杂工况,提出一种基于多模态信息融合的自主导航方法。集成激光雷达、RGB-D 深度相机、IMU 等多类型传感器,融合点云数据、图像数据、位姿数据等多模态信息,基于Rtabmap 算法实现高精度定位与建图,为机器人提供更全面、更准确的环境感知数据。构建高精度、高真实性地图,提高井下巷道环境中的定位准确性。基于指数加权改进A∗算法以提高路径搜索效率,与传统算法相比搜索时间缩短约50%。并通过引入二阶贝塞尔曲线平滑路径,有效提高机器人的行驶效率。试验结果表明,辅助运输机器人的运输效率提升24. 91%,且安全性能更佳。研究结果为煤矿井下机器人自主导航技术开发及应用提供了理论参考。

• 基于U2 -Net 的岩体内部结构面智能识别研究

  白万明,赵宇,刘艳彪,马骏,徐帅

  结构面对于岩体力学行为和变形破坏机制具有重要影响。快速精确获取结构面分布特征和参数信息对于深部工程岩体稳定性和灾害孕育机制分析具有重要意义。钻孔摄像是一种岩体内部结构面探测新技术,但对钻孔图像中结构面的识别仍以人工辨识为主,存在工作量大、处理速度慢与人为误差大等问题。基于此,开展了基于U2-Net 卷积神经网络的钻孔图像结构面智能识别研究。首先收集20 个钻孔1 013 张钻孔图像;其次,应用图像翻转、色彩抖动、模糊处理和Mixup 等数据扩充方法,将数据集扩充到12 421 张,建立钻孔摄像数据集,解决结构面分割网络训练过程中样本不足的问题;然后,基于深度学习框架PyTorch,设置学习率0. 001,训练批次为4,使用Adam 优化器,在训练过程中自适应调整学习率,建立结构面智能识别模型;模型在置信度阈值为0. 7 时F 度量值达到了最大值0. 749,在召回率大于0. 5 范围内精确率最高可达0. 85,实现了结构面区域的完整分割。与人工识别方式相比,在重合度50%的条件下,U2-Net 网络识别率达到了94. 8%,表明该网络具有较高的识别精确率与一定的泛化性。

• 融合ISSA 和TA-CapNets 的矿井滚动轴承故障 诊断方法

  屈波,张兰峰,王惠伟,闫明,周超逸

  滚动轴承作为矿井设备的核心部件,其运行状态直接关系到矿山生产安全和经济效益。为提升矿井滚动轴承故障诊断的性能,提出了一种融合改进麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm,ISSA)和时频自适应胶囊网络(Time-Frequency Adaptive Capsule Networks,TA-CapNets)的新型诊断方法。首先,通过采集矿井滚动轴承的运行数据,提取出反映轴承健康状况的特征;然后利用ISSA 对特征进行优化选择,该算法通过模拟麻雀觅食行为,提高了全局搜索能力和收敛速度;再将优化后的特征输入TA-CapNets 中,能够自适应地学习时频特征,有效捕捉轴承故障的动态变化。通过TA-CapNets 的输出,结合故障模式识别,实现了对轴承故障的准确诊断。试验结果表明:该方法在故障诊断的准确性和实时性方面均优于传统方法,具有一定的实用价值和推广前景。

• “ 喇叭型” 溢流管旋流器流场特性及分离性能

  韩硕,张悦刊,葛蔓,胡伟,张青云

  为了减小旋流器的短路流流量,提高旋流分离性能,研究提出了一种“喇叭型”溢流管旋流器,并通过数值模拟的方法,对不同尺寸“喇叭型”溢流管旋流器的压力场、速度场、湍流强度和分离效率进行了探讨。结果表明:随着“喇叭”长度的增加,静压最大值从150. 5 kPa 降低到139. 7 kPa,较低的静压可以减少能量消耗;“喇叭型”溢流管旋流器的轴向速度低于常规旋流器,颗粒在“喇叭型”溢流管旋流器内停留时间更长,分离更彻底;随着“喇叭”长度的增加,分流比和短路流流量都减小,降低了颗粒“错配”的数量;湍流强度随“喇叭”长度的增加而趋于平稳,使流场更加稳定;随着“喇叭”长度的增加,陡度指数先增大后减小,“喇叭”长度为20 mm 时陡度指数最大,分离精度最高。

• 新世纪我国露天矿边坡地灾监测预警与生态修复互馈 研究进展与展望

  夏冬,邵国梁,李富平,杨天鸿,李小光,田桂娥

  建立岩土体灾变前兆预警体系,探明降雨条件下边坡稳定性演化、滑坡灾变触发及植被对浅层滑坡的防护机制,揭示露天矿边坡地质灾害与生态修复演化及互馈机理,是实现绿色矿山建设的先决条件。在分析新世纪我国露天矿边坡地质灾害监测预警与生态修复取得进展与存在问题的基础上,指出露天矿边坡地质灾害监测与生态修复的主要发展方向。在边坡地质灾害监测预警方面,应在露天矿地质灾害演化地—空—天多源数据采集与精准解译,降雨条件下大型高陡边坡蠕变特征及灾变机理力学反演,基于蠕变机理的软岩边坡土体坡表、坡体多参量指标体系构建及灾变前兆预警,暴雨触发型边坡地质灾害风险精准识别与地—空—天协同多源数据信息智能预警等方面开展重点研究工作;在边坡生态修复技术体系方面,砂质土壤改良剂研制及活土层精细化重构、根际微生态改善及植被促生是岩质边坡生态修复的重要发展方向。通过地质灾害与生态环境演化多要素宏观—中观—微观监测测试分析,构建空—天—地动态监测、动态评价及预测预警云平台,揭示露天矿地质灾害与生态修复演化机理与互馈机制是未来矿区生态修复与重建研究的重要方向。

• 基于PSO-XGBoost 的爆破振动峰值速度预测研究

  任高峰,邱浪,徐琛,李吉民,胡英国,朱瑜劼,胡伟

  为实现爆破振动峰值速度的精准预测,减少爆破振动的危害,基于某爆破工程实测数据,通过基于决策树的特征重要性分析,选取了爆心距、炸药爆速、孔距、堵塞长度、孔深、单段药量6 个变量作为输入特征,利用粒子群优化算法(PSO)对XGBoost 模型的决策树数目、决策树最大深度、学习率3 个参数进行寻优,构建了PSO-XGBoost 爆破振动峰值速度预测模型。通过对实例进行预测,得到预测结果的MSE、RMSE、R2 的值分别为1. 44、1. 16、0. 91;通过与BPNN、AdaBoost、GBDT、RF、SVR 模型的预测结果进行对比,PSO-XGBoost 模型的预测性能最佳,预测结果最优。为了进一步推广应用预测成果,开发设计了一套爆破振动峰值速度预测系统。研究成果可为类似爆破工程振动预测提供一定的理论参考和实践指导。

• 火灾高温环境下复合尾砂充填体的损伤 效应与性能劣化研究

  向学敏,文祝,徐辉,王楠

  为探究水泥—粉煤灰—矿渣复合(CFSC)尾砂充填体在高温环境下的损伤效应,开展微米CT 扫描获取高温环境作用下试件的二维和三维裂隙结构模型;结合三维渗流模拟和单轴抗压强度试验分析了CFSC 尾砂充填体的抗渗与强度性能劣化规律。结果表明:200 min 的火灾高温导致试件质量损失率和孔隙率显著上升,分别增加了1. 56%和5. 05%;孔隙分布离散程度随之提高,面孔隙率方差达到40. 92%。三维重构模型展现了内部裂隙的动态扩展过程,发现连通裂隙在高温作用下迅速扩张并相互连通,最终形成贯穿试件的裂隙网络;火灾高温效应引起的开裂行为对充填体抗渗性能和强度特性造成不利影响。持续高温作用200 min 后,充填体的渗透系数K 值增加约135%,抗压强度降低了58. 7%。研究结果揭示了火灾高温环境对充填体的损伤机理,强调了采取有效裂隙封堵措施的重要性,对推动矿山工程领域的技术进步具有积极意义。

• 基于PLUS-InVEST 的山西矿区土地利用变化 动态模拟及碳储量评估

  李健,胡晋山,康建荣,舒文杰,王正帅,陈炳乾

  煤炭开采会引起土地利用类型显著变化,为推动绿色矿山建设,基于山西省17 个煤矿区近20 a 5 期土地利用数据,应用PLUS-InVEST 模型对该区域20 a 土地利用变化及碳储量进行了分析,并设置3 种不同情景对该省2030 年地类分布及碳储量数据进行了预测。结果表明:① 土地利用变化是碳储量变化的主要驱动因素,2000—2020年山西省矿区建设用地扩张131. 74%,其余地类除林地外面积均持续减少,总碳储量减少1 501. 33 万t;② 耕地与草地面积在3 种情景中均减少,建设用地持续扩张,碳储量呈降低趋势,但生态保护情景下建设用地增长速度减缓,碳储量下降最少,减少238. 39 万t;③ 耕地、林地与水域转移受年降水量、人口密度与高程影响较大,草地与未利用地转移主要受GDP 和人口密度影响,建设用地扩张受交通条件限制。研究表明:山西省建设用地向耕地及草地扩张是其碳储量下降的主要原因,加强生态保护可减缓碳储量下降。

• 外加钙源对菌株Bacillus thuringiensis WH2 去除 Pb、Cd 和Cr 的影响

  肖旭,初诗禹,黎再权,徐涛,王梦平,王慧,蒋科

  为探究微生物修复法对水中重金属离子的去除效率及机制,试验以Bacillus thuringiensis WH2 为供试菌株,对不同浓度的重金属离子(Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ))进行了去除率研究,并对生物沉淀物进行了SEM-EDS、FTIR、XRD 表征分析。结果表明,外加钙源后,菌株对初始浓度为150 mg/ L 的Pb(Ⅱ)、30 mg/ L 的Cd(Ⅱ)和500 mg/ L的Cr(Ⅵ)的去除率分别从95. 5%、90. 5%和10. 8%提高至98. 6%、93. 1%和54. 3%。WH2 通过其表面的羟基、胺基、酰胺基、羰基和烷基将Pb(Ⅱ)矿化成白铅矿PbCO3、钙镁橄榄石Pb2OCO3 和水白铅矿Pb3(CO3 )2(OH)2,Cd(Ⅱ)的去除主要通过羟基、胺基、酰胺基和烷基作用,推测其去除机理以胞内吸附为主,而Cr(Ⅵ)的还原作用可能是羧基和氨基与Cr(Ⅲ)配位,导致形成的Cr(Ⅲ)被吸附到细胞表面。研究表明,Bacillus thuringiensis WH2 对环境中Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)具有一定的生物修复能力。

• 基于表面活性理论的机载除尘器颗粒物捕集性能 研究与应用

  鲁轲,巫亮,赵中太

  针对目前机载湿式除尘器呼吸性粉尘除尘效率较低,无法满足大断面掘进工作面除尘需求的问题,基于表面活性理论开展了复配表面湿润剂提高对煤尘湿润性影响研究,确定了最佳的复配方案、复配比例和湿润剂使用浓度,采用相位多普勒粒子分析系统分析了复配表面湿润剂对喷雾雾化效果的影响,开展了机载除尘器细微颗粒物捕集性能试验和现场应用试验。研究结果表明:供水压力和复配剂SDBS+BS-12 浓度会影响喷雾粒径分布,防尘用水中添加SDBS+BS-12 可提高除尘器对细微颗粒物的捕捉效率。提高除尘器供水压力可有效提高除尘器的除尘效率,尤其对于细微颗粒的除尘效率有明显提高,供水压力为2. 0 MPa 时,小于7 μm 粉尘颗粒的除尘效率达89. 1%,小于150 μm 粉尘颗粒的除尘效率达94. 2%;现场应用后除尘器下风侧5 m 处总除尘效率达91. 07%,小于7 μm 粉尘颗粒除尘效率达89. 77%,除尘器下风侧5 m 处8 h 的加权平均粉尘浓度为3. 92 mg/ m3,有效改善了工作面作业环境。研究结果对快掘面粉尘治理水平的提高和保护作业人员健康具有重要意义。

• 磷石膏基矿山充填材料的性能及环境影响

  朱利顺,邬忠虎,晏旭龙,余俊

  为解决磷石膏堆存量大、利用率低、毒性杂质危害环境的问题,并尝试以其为主要原料,以电石渣、粉煤灰和高炉矿渣为胶凝组分,协同制备一种廉价、低碳、绿色矿山充填材料。课题组开展了料浆流动度和试样抗压强度试验,并进行了XRD、SEM-EDS 及浸出毒性分析。结果表明:① 当磷石膏、粉煤灰、高炉矿渣质量比为85% ∶6% ∶9%,电石渣与磷石膏、粉煤灰、高炉矿渣总质量比为2%,液固比为0. 38 时,充填料浆及充填体的性能最佳,坍落度(208mm)、28 d 的抗压强度(3. 7 MPa)均满足充填工程要求。② 养护7 d 后,充填体可以有效固化磷石膏中的环境危害成分F、P、Mn、As、Pb、Ni,配料适当不会产生毒性浸出污染。③ 毒性元素固化机制主要表现为F- 与Ca2+ 反应生成不溶性CaF2,P 与Ca2+反应生成难溶物质Ca3(PO4)2、CaHPO4,Mn、Pb、As 和Ni 离子一方面通过与凝胶产物中的Al3+ 、Ca2+发生置换而被固化,另一方面可以被钙矾石和凝胶产物吸附和包封而固化。④ 磷石膏基充填材料可选用全固废固化剂,既实现固废的资源化利用,又有利于降低充填成本和碳排放,还能缓解环境污染压力,有助于矿山的可持续发展和清洁生产。

• 粉煤灰痕水量法制备NaA 分子筛及Pb2+ 吸附研究

  尚骁原,颜素

  采用痕水量法,利用粉煤灰替代化学纯试剂成功制备了NaA 分子筛吸附剂,并评估了其对废水中Pb2+的吸附性能。试验结果表明:NaOH 作为粉煤灰的活化剂,在碱灰质量比0. 5、850 ℃焙烧60 min 的条件下,可获得最佳预处理效果;当碱灰质量比0. 5、晶化温度80 ℃、晶化时间36 h 的条件下,所合成的NaA 分子筛具有最高的结晶度;在溶液pH=5、分子筛投加量1 g/ L、Pb2+初始浓度250 mg/ L 的条件下,该分子筛对Pb2+的去除率高达98. 16%,吸附容量为245. 40 mg/ g。该吸附过程符合Lagergren 二级速率方程和Langmuir 吸附等温线模型。研究提出的痕水量法制备粉煤灰基NaA 分子筛技术,不仅实现了粉煤灰的高附加值利用,而且在合成过程中避免了碱性废水的产生,更加绿色环保。