关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

基于三维点云计算的CO_(2)-水-岩反应程度量化表征方法

CO_(2)地质封存是减少大气中CO_(2)排放,降低温室效应的重要途径,CO_(2)注入含水地层中时,CO_(2)-水-岩反应可能引起岩石矿物的侵蚀,对CO_(2)地质封存安全性产生显著影响。在室内实验中,通过表征岩石表面的形貌特征可以有效地评估CO_(2)-水-岩反应程度,为CO_(2)地质封存的安全性评估提供科学依据。通过三维点云计算可以精确量化地表征CO_(2)-水-岩反应程度,这种方法首先运用三维激光扫描技术,构建岩石表面的三维模型,确定CO_(2)-水处理前岩石表面三维模型的基准面,并基于处理前的均方根粗糙度确定处理后岩石表面三维模型的基准面。基于三维模型点云信息,提出了两种不同的体积计算新方法,并通过对规则模型体积的计算比较了两种计算方法的准确性与适用性,可根据实际情况选择两种计算方法量化表征CO_(2)-水处理前后岩石表面的侵蚀体积。最后,以陕西省咸阳市某煤矿煤样为例,开展了CO_(2)-水-岩反应模拟试验,验证了计算的可行性。试验结果表明:该文提出的侵蚀体积计算方法可有效地量化表征CO_(2)-水-岩反应程度,CO_(2)-水处理后岩石表面不同区域的侵蚀差异性明显,岩石表面的侵蚀体积与均方根粗糙度之间存在显著的正比关系,随着均方根粗糙度的增大,侵蚀体积也相应上升。

尾矿的特性、灾害及其资源潜力

尾矿是矿石磨细选别后残余的固体废弃物,尾矿物理化学特性及尾矿库的常规地表堆存共同导致尾矿库存在较大的安全与环境风险。低品位矿体高强度开采趋势下,我国尾矿年排放量维持在10亿t以上的高位,累计堆存规模超200亿t,细粒尾矿堆存方式、潜在灾害防治及综合利用面临新挑战,采选新技术装备及政策利好因素推动尾矿资源潜力亟待释放。因此,以尾矿物理化学特性、排放堆存方法、溃坝灾害、尾矿资源潜力为主线,综述了尾矿物理化学特性、尾矿堆存形式、尾矿溃坝灾害防治等方面的研究进展,系统梳理了尾矿空区充填、尾矿制备材料、尾矿二次利用、超积累植物提取金属元素、尾矿固碳等资源综合利用方法,可为研究者及工业界系统全面地重新审视尾矿废弃物特性、尾矿库灾害防治、矿产可持续开发利用提供启示。

资源化利用粉煤灰的混凝土强度预测模型

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为粉煤灰的可资源化利用以及准确评估粉煤灰混凝土的抗压强度,基于机器学习建模技术,构建了三个混凝土抗压强度预测模型(传统线性回归模型、决策树模型和支持向量机模型),对其抗压性能进行建模预测和对比分析。首先建立了相应的实验数据库,输入参数为水泥、粉煤灰、减水剂、粗骨料、细骨料、水和养护龄期等七个参数,抗压强度为输出参数。基于10折交叉验证,通过均方根误差(RMSE)、平均绝对误差和相关系数评估了上述三个模型在训练集上的性能,并对比各个模型在测试集上的性能。结果表明:养护龄期与抗压强度存在较高的相关性(0.60),粉煤灰对抗压强度的相关性高于水泥。传统线性回归模型在训练集和测试集的RMSE分别为7.27和5.91,决策树模型分别为2.72和9.23,支持向量机模型分别为5.34和4.09。综合来看,支持向量机模型在预测粉煤灰混凝土抗压强度方面具有较好的准确性和稳健性能。研究可为采用粉煤灰的混凝土提供强度设计指导以及推进粉煤灰的可资源化利用。

全清洁能源下的高品质矿区能源系统配置优化方法

面向“30·60”双碳目标,矿区能源利用方式的绿色、经济、高效转型成为我国能源革命的迫切需求。西部矿区拥有丰富的可再生能源资源禀赋,但仍面临着可再生能源就地消纳困难,电力设备投资成本高、利用率低以及外送输电通道有限的困难。为提升矿区用能清洁化程度,提升矿区能源供给的稳定性与可靠性,增强矿区对外部电网的支撑能力,提出全清洁能源下的高品质矿区能源系统(High-quality Coal Mine Energy System,HCMES)及其配置优化方法。首先,考虑西部矿山综合能源系统的负荷特点与伴生能源利用,结合可再生能源发电与废弃矿井抽水蓄能,构建全清洁能源下的HCMES架构。其次,考虑到矿区生产全流程负荷的需求响应能力,考虑系统的能量平衡约束,提出全清洁能源下的高品质矿区能源系统优化配置模型。最后,以系统年平均综合成本最小化为目标,将原问题转化为混合整数线性规划模型,求解生成高品质矿区能源系统优化配置方案。以我国西部某年产煤量1200万t的矿区实际数据为实例,验证所提模型与方法的有效性,并分析可再生能源出力与生产负荷需求不确定性对系统优化配置结果的影响。算例仿真设置了4种矿区能源系统配置方式:不配置储能、配置抽水蓄能、配置电化学储能、配置抽水蓄能(不外购电能)。结果表明,所提出的HCMES相较于其他配置方式可减少电气一次设备投资11.11%,相较于方式3可降低年平均综合成本7.91%,且最多可减少矿区生产用能总二氧化碳排放量91.17%。

化工冶金跨行业耦合二氧化碳循环利用技术

双碳战略是国家重大战略,也是推动国家经济高质量可持续发展的必由之路。我国碳达峰到碳中和时间短、任务重。我国化工冶金每年碳排放约36亿t,约占全国工业碳排放量的36%,此外化工冶金废气、固废、废热产生量大、堆存量多、难利用、循环利用率低。发展化工冶金低碳化转型和变革,是我国工业领域双碳目标实现的根本保证。我国化工冶金历时百年,已发展成熟,仅通过原料燃料替代及绿色工艺转型减碳容量有限,亟需开展化工冶金跨行业耦合与循环利用技术变革,深入推动工业领域减碳。我国化工冶金大多是孤立、非循环连续工艺过程,引起跨行业耦合难、循环利用难度大的问题。针对上述问题,首先分析了化工冶金行业碳排放治理现状及国家战略需求;其次,提出了废气与废热耦合热化学转化制高质气体、废气与废气耦合定向催化制高端化学品、废气与固废耦合制低碳材料3个减碳增效策略。结合其技术发展现状和趋势,提出了拟重点发展的化工冶金跨行业耦合二氧化碳循环利用技术,以期为工业低碳绿色发展提供支撑。

尾矿在环保、建材领域资源化利用研究新进展

随着我国矿业行业的绿色转型,尾矿的资源化、减量化和无害化处理已成为亟待解决的科技挑战。当前我国尾矿存储总量已超过200亿t,导致了严重的环境污染和资源浪费。为拓展尾矿在环保、建筑材料领域的高效利用,减轻尾矿处理的环境和经济负担,开辟尾矿的资源化创新路径,推动绿色矿山建设,实现资源的可持续利用与环境保护的平衡,聚焦尾矿在环保和建筑材料领域的资源化利用,研发了尾矿基环境功能材料和高附加值建筑材料制备关键技术,涵盖尾矿脱色剂、重金属吸附材料、陶瓷釉料、发泡陶瓷和高密实混凝土等技术。首先,尾矿与偏高岭土和表面活性剂混合,通过碱溶工艺研发高效食品废水脱色剂,脱色效率超过95%。针对废水中的重金属污染,通过高温焙烧和后处理工艺提升尾矿的吸附性能,可有效去除污水中的铅、镉等重金属。其次,尾矿被用作陶瓷釉料的替代原料,通过优化配方和烧制工艺,开发低成本且环保的陶瓷釉料。通过优化发泡陶瓷的配方和烧制工艺,成功制备出具有优良强度、保温性和防火性的材料,其尾矿掺入量高达65%,节省原料成本40%~50%。通过将尾矿与其他矿物原料结合,开发出耐腐蚀、低孔隙的新型高密实混凝土,强度提升5%~20%,水渗透系数减小10%~35%,适用于海洋工程等恶劣环境。尾矿在环保、建筑材料领域的资源化利用不仅解决了环境问题,还为绿色矿业和可持续发展提供了创新技术路径。研发的尾矿综合利用技术将尾矿资源化应用于多个领域,包括环保(废水脱色、重金属吸附)和建筑材料(陶瓷釉料、发泡陶瓷、高密实混凝土)。通过优化尾矿的配方和工艺,显著提高了尾矿的环保性和性能,特别是在食品废水脱色、污水中重金属吸附和发泡陶瓷强度、保温性等方面表现突出,开辟了尾矿高效利用的新途径,不仅提升了尾矿的附加值,还为环保和建筑材料行业提供了可行的解决方案,推动了绿色矿山建设,促进了矿产资源的可持续利用。通过将尾矿替代传统材料,成功降低了生产成本并提升了环保性,具有较强的市场竞争力,助力绿色矿业的发展,为环境保护和可持续发展贡献了创新的技术路径。

滇东北镇雄黑树矿区高硫极贫铁硫磺渣铁资源回收利用

滇东北地区硫磺渣堆存量巨大,长期以来难以被综合利用,并产生了显著的环境地质问题。对镇雄县黑树矿区硫磺渣开展铁资源回收利用研究,以期通过选矿试验获得高品质铁精矿,从而为该地区硫磺渣综合利用提供一种有效实用的技术方法。黑树矿区硫磺渣属于一类硫含量大于2%、全铁含量小于30%的弱磁性高硫极贫铁硫磺渣,针对此类硫磺渣开展选矿探索试验、铁精矿回收试验和铁精矿反浮选脱硫试验研究。研究结果表明,采用湿式磁-重联选主干流程能够有效富集铁、脱除有害杂质磷;继而采用反浮选脱硫工艺,可以获得铁含量高于60%、磷含量低于0.25%、硫含量低于0.30%的铁精矿,满足炼铁用铁矿石工业指标要求,铁回收率达到49.08%。因此,建立“磁-重联选+反浮选”选矿流程用来进行高硫极贫铁硫磺渣的选铁,主干流程不产生二次污染,对环境友好,有较好的应用前景。对滇东北地区资源化、减量化和无害化处置硫磺渣等硫铁矿固废,以及实现滇东北地区长江上游生态屏障作用具有重要意义。

冀东地区尾矿资源调查及综合利用建议

河北省是我国矿产资源大省,尤其是冀东地区的矿产资源开发导致大量尾矿堆存,亟需开展尾矿资源调查和综合利用,实现尾矿的资源化、减量化和无害化。本文调查了冀东地区尾矿和废石的堆存情况,分析了冀东地区典型铁尾矿和金尾矿物理化学性质,提出了综合利用建议。研究结果表明,冀东地区尾矿和废石堆存量分别为33831万m3和108637万m3;尾矿以铁尾矿、金尾矿为主,堆存量分别为33079万m3和752万m3。冀东地区典型铁尾矿中,除水厂铁矿尾泥、司家营铁矿(2#尾矿库)尾矿和清河沿铁矿尾矿外,其他铁尾矿粒径较大,砂粒(2.00~0.05 mm)占比>89%。冀东地区铁尾矿属于高硅低铝型尾矿,除了清河沿铁矿尾矿和黄槐玉铁矿尾矿外,其他铁尾矿SiO2占比>70%。铁尾矿中矿物以石英为主(>43%),其次为黑云母、微斜长石、斜长石、角闪石、白云石和透辉石等。对于冀东地区金尾矿,三家金矿和金厂峪金矿以砂粒为主,均超过90%,其他金尾矿粒径相对较细。冀东地区金尾矿为长英岩型尾矿,SiO2含量明显较铁尾矿低(57.69%~68.65%),而Al2O3含量明显较铁尾矿高(9.32%~16.09%)。金尾矿中主要矿物为石英、斜长石、黑云母、绢云母等,其中,斜长石占比明显较铁尾矿高。根据冀东地区铁尾矿性质,建议将大粒径铁尾矿作为建筑砂,细粒尾矿作为建材原料实现综合利用,剩余尾矿可进行土地复垦。对于金尾矿,建议首先进行井下填充,其次作为建材原料实现综合利用。该研究对冀东地区尾矿资源综合利用具有一定的指导意义。

天然鳞片石墨提纯研究进展

天然鳞片石墨是一种战略资源,对国民经济发展及现代化建设具有重要作用。石墨材料因其具有导电、耐热、抗腐蚀、韧性好、润滑性能好等优异性能,被广泛应用于密封、铸造、防火材料、导电材料等传统工业领域,在新能源、电子信息技术、高端装备技术等新兴领域也具有潜在的应用价值,被誉为“工业黑金”。虽然我国有着丰富的石墨资源,但由于石墨提纯技术落后,石墨深加工产品与国外仍有一定差距。石墨材料纯度越高其应用价值越高,因此,研究高效、节能的石墨提纯技术对我国石墨产业的发展具有十分重要的意义。目前,常用的石墨提纯方法可分为物理提纯法和化学提纯法,其中,物理提纯法包括浮选法、高温法,化学提纯法包括氢氟酸法、酸碱法和氯化焙烧法。分析对比了这几种提纯方法的原理、优点及存在的问题。未来的研究方向主要集中在对单一提纯方法的工艺流程、提纯设备的优化,多种方法联合使用,以及新方法的开发及应用等方面。

栾川县尾矿综合利用研究进展

栾川县矿产资源丰富,尾矿库较多。结合栾川县尾矿库调查结果,综述钼钨、铅锌、金和铁等类型的尾矿综合利用研究进展,并提出尾矿综合利用的优化策略,为矿山固体废弃物的资源化、减量化与无害化处置提供技术指导。目前,尾矿综合利用方式主要有3种,即有价金属元素提取、有价非金属元素提取和尾矿建材化利用。未来,要加大科研投入,开发新型尾矿综合利用工艺;推进尾矿原位回填,修复区域生态环境;强化梯级利用,实现尾矿全部消纳。

安徽省煤炭资源开发利用水平调查 及问题分析

为了掌握安徽省煤炭资源“三率”情况和综合利用水平,协助管理部门建立合理的矿产资源开发利用评价体系,以2023年度安徽省煤炭资源开发利用水平调查试点工作为基础,梳理了工作方法和工作成果,并对当前煤矿开发利用及管理中存在的主要问题进行了分析,得出以下结论:一是“三率”考核指标存在局限性,不能全面真实反映资源开发利用现状;二是煤炭采出率较低,存在资源浪费问题;三是煤矿资源储量不够明确,管理存在欠缺;四是管理部门和煤矿企业技术力量有待加强;五是煤矿综合利用率指标有待进一步优化。此外,根据存在的问题,提出了具有针对性的管理建议。

南非矿山环境管理制度研究及启示

完善的矿山环境管理体制对保障矿山绿色可持续发展具有重要意义。概述了南非矿山环境保护监管体系、法律法规,及典型的环境保护制度,以此为样本对比分析了我国矿山环境管理存在的问题,提出了在矿山监管中强化多部门协同、在政策制定中强化科技创新、完善矿山闭矿程序和要求的建议。

煤基碳材料制备与电化学储能应用

煤基碳材料作为一种重要煤衍生碳材料,优点主要体现在比表面积高、导电性好、资源丰富且价格低,在储能领域应用前景广阔。煤基碳材料制备方法主要包括活化法、模板法以及杂原子掺杂法等。活化法是常用煤基碳材料制备方法,通过高温下用气体或化学试剂对煤活化处理,可获得具有高比表面积和丰富孔结构的煤基碳材料。模板法通过选择合适模板材料,制备有特殊孔结构的碳材料,且孔径均一、结构有序。杂原子掺杂法通过向煤基碳材料中引入杂原子,调控其电子结构和电化学性能,不仅可在碳材料表面形成官能团,提高材料反应效率,还可通过氧化还原反应产生赝电容,提高材料电化学性能。以煤为前驱体制备的煤基电极材料种类繁多,包括煤基无定形碳、煤基多孔碳、煤基石墨、煤基碳纳米纤维、煤基石墨烯及煤基石墨烯量子点等。与传统碳电极材料前驱体(天然石墨、石油焦、沥青焦等)相比,煤基碳材料芳香层片结构和烷基支链有特殊性质,芳香层片经高温石墨化形成横向延展的石墨晶层,而烷基支链则形成有活性基团的碳中间体或小分子团簇,进一步构筑出新碳材料,使煤基碳材料具备制造电极材料优势。在电化学储能领域,煤基电极材料已广泛的应用。研究者已将煤基碳材料应用于超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等储能器件,并取得良好性能表现。煤基碳材料作为潜力巨大的新型能源材料,具有广阔应用前景和重要研究意义。然而,目前煤基电极材料在储能领域研究仍存在着许多困难和挑战,如在对原煤处理过程中强氧化剂的使用、对高温高压环境和特殊保护气氛的需求,都会产生污染环境的废弃物及副产品。因此,未来不仅需优化煤基碳材料制备工艺、提高材料电化学性能、拓展煤基碳材料在能源储存领域应用,更需采用绿色、安全且经济的方法规模化制备高品质煤基碳材料,以期为煤炭清洁、高效、低碳利用提供支持,为开发先进煤衍生碳材料提供参考。

基于超声波技术的矿井水井下预处理试验研究

混凝、沉淀(浮升)和过滤是矿井水的预处理方法,但设备占地面积大、耗费时间长、混凝剂与絮凝剂污染等问题一直制约着矿井水井下处理技术的进一步发展。为此,以现场采空区水样与岩样为研究对象,设计了一套基于超声波雾化技术的矿井水井下预处理装置,采用超声波雾化技术进行矿井水澄清与预软化处理,满足井下生产、消防及降尘用水需要。结果表明:(1)该方法可将黑灰色且有大量固体杂质悬浮物的浑浊矿井水澄清,有效去除水中难溶的固体杂质;(2)超声波雾化技术对水的总硬度降低72.24%,Ca^(2+)的质量浓度由试验前的5.33 mg/L降低到0.81 mg/L,Mg^(2+)的质量浓度由5.23 mg/L降低到2.13 mg/L,对pH值的影响较小;(3)经超声波雾化后的采空区水可满足井下消防洒水、喷淋降尘、采煤设备开采过程及冷却水的使用要求。

固态电池技术的产业现状、投资潜力与前景

评估固态电池技术的经济性,可揭示该技术在产业发展中的潜力与前景。对当前固态电池产业链进行分析,结合市场规模、技术成熟度等因素,提出对该技术投资的潜在价值评估。固态电池技术具备广阔的应用前景,特别是在新能源汽车和储能领域。固态电池技术在提升能源利用效率、减少污染排放等方面,具有重要的理论贡献和实际应用价值,对推动清洁能源技术的发展具有重要意义。

黄铁矿在组氨酸、赖氨酸、精氨酸中的电化学氧化机理研究

黄铁矿开采冶炼过程中会产生尾矿废渣,暴露的金属硫化物被氧化后产生的酸性矿山废水污染等环境问题突出。研究黄铁矿的氧化机理,对抑制或阻止酸性矿山废水产生具有重要意义。采用碱性氨基酸作为电解质研究黄铁矿的电化学氧化机理,利用OCP、CV、Tafel极化曲线、LSV、EIS等电化学方法对黄铁矿表面的电化学行为进行测量,验证了黄铁矿在碱性氨基酸体系中氧化的可行性,黄铁矿在3种碱性氨基酸中氧化机理一致,最终发现,黄铁矿在电解质溶液中的氧化速率为赖氨酸>精氨酸>组氨酸。

构建云南省“三位一体”矿产资源勘查开发新格局

将第三轮和第四轮矿产资源规划分局布局进行了对比分析,指出了不同之处。新时期如何构建云南省矿产资源勘查开发格局,提出了宏观层面构建“勘查开发保护区域布局”;中观层面建立“能源资源安全保障和勘查开采工作布局”;微观层面优化“资源合理配置”,构建“宏观-中观-微观”三位一体的矿产资源勘查开发新格局。

尾矿综合利用研究进展及工程实践

尾矿作为一种特殊的大宗工业固体废物,堆存量逐年增加,带来了诸多的安全问题和环保问题,已成为制约我国经济发展和生态保护的因素之一。目前,尾矿的主要处置方式为进入尾矿库堆存,但该方式引起的安全问题和环保问题严重制约企业的持续发展,影响企业经济效益。近二十年来,尾矿作为一种二次资源,其综合利用得到国家的大力支持,以及研究机构的持续关注,不同种类尾矿的资源化途径和方式均有不同程度的研究。与此同时,尾矿资源化利用的工程实践也取得了突破。首先,基于国内行业统计数据,结合云南省尾矿库数量变化,对尾矿库、尾矿产生量及尾矿综合利用情况进行分析。其次,结合尾矿综合利用的技术研发及工程实践,重点介绍了云南省结合生态修复的露天采坑尾矿回采和矿山尾矿井下充填技术的应用案例。在应用案例中,通过相关技术的应用有效地解决了区域内历史遗留的生态环境破坏和企业持续生产的难题。最后,对后续研发的关注点提出建议,可为今后区域内尾矿资源化利用提供借鉴。

战略性非金属矿产资源现状及加工技术研究进展

战略性非金属矿产是指对经济高质量发展和国家安全至关重要的非金属矿产,对促进战略性新兴产业发展、支撑制造强国的实现具有重要作用。对列入我国的4种战略性非金属矿在全球的储量及产能情况进行了统计,对资源形势和供给风险进行了研判,即:磷矿和石墨是我国的优势矿产;萤石由优势矿产转变为紧缺矿产;钾盐是我国的短缺矿产,对外依存度较高。从新工艺、新技术和新设备等方面对4种战略性非金属矿产的加工技术研究进展进行了总结,旨在为我国战略性非金属矿产的合理高效开发和资源安全保障提供参考。