矿冶行业设备上云工业互联网平台建设与实践

矿冶行业是我国工业的基础性行业,包括采矿、选矿、冶炼、加工等多个细分领域,矿冶设备具有工况恶劣、运维复杂、能耗高、污染高、损耗高、事故率高等特点,急需通过5G+工业互联网等新基建为矿冶行业“聋、哑、傻”设备提供上云用数赋智服务,因此矿冶行业设备上云工业互联网平台建设是实现资源汇聚集成和优化配置、提升设备能效和安全水平的重要手段,也是实现行业数字化转型升级的必然选择。从设备上云工业互联网平台的建设背景、现状和矿冶行业的需求出发,针对矿冶行业设备上云的迫切需要,以工业互联网为支撑,提出了矿冶行业设备上云工业互联网平台的建设方案,分别给出了设备层、边缘层、IaaS层、PaaS层、应用层以及安全防护体系的建设内容,通过网络、平台、安全三大功能体系构建,全面打通重点工业设备资产、生产及制造系统、管理系统和资源应用,并通过某矿冶企业实践案例的介绍,分析了平台的具体建设步骤和建设成效。提出的建设方案能够满足矿冶行业设备上云工业互联网平台建设的需求、解决行业重点工业设备上云的共性问题,从而为矿冶企业开展同类平台建设提供理论与实践参考,支撑设备精细管理,降低设备运维成本与事故率,推动行业设备上云解决方案公共服务生态建设,助力产业链上下游协同发展。

混合改进AHP的矿冶工程总承包HSE管理评价

矿冶工程总承包的管理质量直接决定项目的安全性和效益。为提升矿冶工程总承包项目管理质量,根据矿冶集团的“健康-安全-环境(Health-Safety-Environment,HSE)”项目管理资料,构建矿冶工程总承包项目管理的评价指标体系,并基于混合改进层次分析法设计矿冶工程总承包HSE管理评价模型。模型应用实例分析结果显示,设计的矿冶工程总承包HSE管理评价模型与专家评分的差异明显小于其余传统模型与专家评分的差异,且设计的工程总承包HSE管理模式较传统管理模式的管理质量更高。

纤维尺寸效应对深井井壁衬砌支护层力学特性的影响

为探究纤维尺寸效应对深井井壁钢纤维混凝土力学特性及应变演化的影响,设计三种不同钢纤维尺寸和掺量的混凝土配方,通过测试试样的力学特性后得知,随着钢纤维尺寸、掺量的增加,试样单轴抗压强度、抗拉强度、抗折强度以及弹性模量提升。借用数字图像相关技术对试验过程监测发现,钢纤维的加入使得试样破坏时表面裂纹数量、长度远大于素混凝土试样,随着钢纤维尺寸的增加,试样破坏时试样表面裂纹宽度有所下降,混凝土试样的轴向变形降低。当试样到达峰值荷载时,素混凝土迅速失稳破坏,而钢纤维混凝土试样在到达峰值荷载时仍然存在一定残余强度。运用随机森林模型对钢纤维混凝土测试强度进行训练、测试与预测,结果表明训练、测试、预测样本精度较高,R 2>0.8,均方根误差值较小,改进随机森林模型对钢纤维混凝土强度的预测较精确,利用此预测模型,可大幅度降低优化钢纤维混凝土配方所需要的人力与物力成本,结果可为现场混凝土配方强度预测提供参考。

风化矿选矿技术现状与进展

矿石风化后其理化性质发生了复杂变化,导致后续选矿难度大、分选效率低。详述了风化金属矿和风化非金属矿选矿技术现状,归纳总结了风化矿分选的主要方法。针对含泥量高、粒度细、嵌布复杂的风化金属矿,可采用预处理强化以及加强分级选矿等方法进行多段选别,提高选矿效果。针对风化非金属矿氧化程度高、杂质含量多的特点,利用辅助手段剥去矿物表面氧化层,联合浮选工艺以及分级选矿的方法可获得较高品位的精矿。通过对风化后的矿物进行工艺矿物学研究,可掌握目的矿物和伴生矿物风化后的矿物特征,为制定分选工艺、选择分选设备、确定选矿药剂提供技术指导。进行矿石工艺矿物学研究是风化矿分选的前提,开发先进分选工艺设备、研制高效选矿药剂是风化矿选矿未来研究的重点。

电沉积法制备高纯镍粉

采用电沉积法制备高纯度镍粉,用Zeta电位仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射分析等手段分别表征产物镍粉的粒度、化学成分、微观形貌和微观晶体结构。系统探究了工艺参数电流密度、镍离子质量浓度、电解液pH值、NH_(4)Cl质量浓度、电解温度和取粉时间等因素对电积镍粉粒度、电流效率以及镍粉微观形貌的影响。结果表明,工艺参数电流密度、镍离子质量浓度、电解液pH值、NH_(4)Cl质量浓度、电解温度和取粉时间均对电积镍粉的粒度分布和形貌等有显著影响;电极板间距为30 mm时的最佳工艺参数条件为:电流密度为3000 A/m^(2)、电积液Ni^(2+)质量浓度为5 g/L、pH值为5、温度40℃、添加剂NH_(4)Cl质量浓度为10 g/L、取粉时间间隔为120 s,在此试验条件下所得镍粉粒度分布均匀,颗粒微观形貌为树枝状,镍粉纯度可达到99.87%;模拟工业生产电解液成分人工配制的含杂质离子Fe^(3+)、Cu^(2+)的硫酸镍溶液为电解液进行电积试验,可得到镍粉纯度为99.84%、粒度分布均匀、微观形貌呈树枝状的高纯镍粉。研究结果可为工业电积镍制备高纯镍粉提供参考。

铁尾矿-矿渣基地聚合物的制备及其性能

我国铁尾矿产生量较高,但利用率仍较低,为了高附加值资源化利用铁尾矿,将铁尾矿、高炉矿渣与粉煤灰混合后作为硅铝原料,通过机械粉磨和碱性激发剂来激发其反应活性,制备地聚合物胶凝材料。探讨了高炉矿渣与铁尾矿的配比、碱激发剂水玻璃的掺量对地聚合物试样抗压强度的影响,分析了地聚合物胶凝材料形成机理。结果表明:将铁尾矿和高炉矿渣采用机械粉磨活化时,粉磨时间超过60 min后其比表面积提高幅度变小,综合考虑原料活性和成本,机械粉磨时间定为60 min。当粉煤灰掺量为10%、高炉矿渣与铁尾矿的配比为5∶3、碱性激发剂水玻璃掺量为10%时,所制得的地聚合物试样3、7、28 d龄期的抗压强度分别为10.7、18.9、32.9 MPa。地聚合物试样在养护过程中,随着养护时间的延长,试样的结构越来越致密,尤其是28 d龄期的试样结构更加致密,生成的凝胶产物填充在原料颗粒之间的空隙,并将未反应的原料颗粒包裹,与相邻的凝胶产物相互胶结,形成一整体,从而有利于试样抗压强度的提高。

煅烧温度对KVPO_(4)F正极结构与性能的影响

氟磷酸钒钾(KVPO_(4)F,KVPF)作为典型的聚阴离子型正极材料,具有理论容量高、工作电压高、热稳定好等优点,在钾离子电池领域有着广泛的应用前景。然而,KVPF面临着较低电子电导率及不稳定的电解液/电极界面导致的循环性能、倍率性能差等问题,严重制约了KVPF在钾离子电池中的实际应用。针对这些问题,采用溶胶-凝胶-高温煅烧法制备KVPF正极材料,并重点研究煅烧温度对正极材料结构及电化学性能的影响。结果表明,在650℃下煅烧得到的KVPF正极材料的晶粒尺寸分布更加均匀且尺寸较小,电化学性能优良,在2.0~4.8 V的电压区间内,0.1 C下能释放出96.8 mA·h·g^(-1)的容量,经30次循环后容量保持率为63%。

杂原子掺杂调控“介孔碳/电解液”界面提升储能特性

对介孔碳材料表面进行多杂原子掺杂制备改性电极材料,是提高超级电容器能量密度的有效方法之一。使用硫酸亚铁溶液凝沉大豆蛋白,经惰性气氛碳化得到杂原子掺杂介孔碳材料(TFe)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、N 2吸脱附等表征手段分析TFe的微观形貌、表面化学性质、物相组成、孔结构与比表面积。将介孔碳材料TFe与乙炔黑、聚四氟乙烯混合均匀后挤压成片,以150目316L不锈钢网为集流体,制成工作电极。采用304不锈钢片为对电极,Ag/AgCl饱和氯化钾为参比电极,6 mol·L^(-1)的KOH溶液为电解液,用电化学工作站对材料进行电化学性能测试。采用活性炭为正极材料,TFe为负极材料,以玻璃纤维膜为隔膜,6 mol·L^(-1)的KOH溶液为电解液,封装在CR2030钮扣电池壳中,制成非对称超级电容器,采用计时电位法测试该器件的性能。结果表明,制备的掺杂介孔碳材料具有多层次孔结构,表面含有铁、氮、磷、硫和氧等杂原子的官能团,材料中的碳主要以无定形状态存在,材料的孔径主要分布在3.7 nm左右,比表面积为276 m^(2)·g^(-1)。在多杂原子掺杂介孔碳中,Fe_(2) P为材料提供了58%的电化学比容量,显著提高了“介孔碳电极/水性电解液”的界面相容性。在三电极体系下,6 mol·L^(-1)KOH电解液中,掺杂介孔碳材料的电化学比容量比未掺杂介孔碳的提高了150%以上。

云南某低品位铅锌硫化矿选矿试验研究

云南某低品位硫化铅锌矿含Pb0.42%、Zn0.39%,矿物组成较复杂,含有方铅矿、白铅矿、闪锌矿、氧化锌矿等多种矿物。采用铅锌混合浮选抛尾—铅锌分离选矿流程回收利用该铅锌矿。结果表明,采用该处理工艺可获得Pb品位70.34%、Pb回收率84.06%的铅精矿,Zn品位45.74%、Zn回收率80.65%的锌精矿。

蒙脱石改性材料制备及其对低浓度含钴溶液中钴的吸附行为

针对含钴废渣酸浸余液中低浓度Co^(2+)提取困难的问题,采用NaOH和S与蒙脱石混合焙烧的方法制备出硫改性蒙脱石复合材料,用于酸浸余液中Co^(2+)的吸附。对所制备的硫改性蒙脱石复合材料对Co^(2+)的吸附性能进行研究。研究表明,改性后,S被成功地负载在蒙脱石表面,并和Na均匀分布在蒙脱石结构中;在初始Co^(2+)浓度为100μg·L^(-1)、溶液pH值为8、吸附剂用量为3 g·L^(-1)、吸附时间10 h的条件下,硫改性蒙脱石复合材料最大吸附容量为90 mg·g^(-1),Co^(2+)的回收率可以达到95%。此外,对硫改性蒙脱石复合材料吸附Co^(2+)的过程进行研究时发现:该过程符合准二级动力学模型,R^(2)为0.9990。溶液中的Co^(2+)会以两种方式进入改性蒙脱石中,一是Co^(2+)与S2-以软硬酸碱作用力相结合,二是Co^(2+)会取代蒙脱石层间结构中的Na,从而达到高效提取Co^(2+)的目的。

铁尾矿中重金属去除技术研究进展

中国钢铁工业取得了飞速发展,在生产大量钢铁、极大促进国民经济建设的同时,也产生了海量的铁尾矿,2013年就已经达到了8.39亿吨。尾矿的大量堆积会占用土地资源,而且含有的Pb、Cu、Cd和Zn等重金属对环境具有潜在的风险,但尾矿同时也具有可观的再利用价值,提高尾矿的利用效率对于促进循环经济的发展、推动双碳进程具有重要意义。概述了我国尾矿资源的现状和铁尾矿中重金属去除的常见方法,重点介绍了超临界CO_(2)处理技术的原理与去除效果,以期为铁尾矿中重金属的高效去除提供指导。

微细粒矿物载体浮选技术研究进展

微细粒矿物由于其特殊的物理化学性质,采用常规选矿方法浮选效率低。载体浮选作为一种有效的微细粒矿物浮选技术,通过采用合适的载体,可显著提高微细粒矿物的浮选效率。阐述了微细粒矿物的表面性质与浮选行为,以及载体浮选的基本原理,载体与微细粒矿物的相互作用机制。分析了微细粒矿物载体浮选技术的研究及应用现状,对载体浮选的影响因素进行了归纳。针对同类载体、异类载体和分支载体三种载体浮选,指出了各类载体浮选的特点和优缺点,并展望了其未来发展趋势,旨在为载体浮选的进一步工业应用提供参考。

硫化铜矿快速-分支浮选新工艺探索

以云南思茅大平掌铜矿为研究对象,针对铜硫浮选分离工艺中存在药耗大、能耗高和浮选指标不理想等问题,采用分支浮选的方法浮选该铜矿。在对该矿工艺矿物学分析的基础上,对比研究了单支浮选和分支浮选工艺的浮选效果,并重点研究了快速-分支浮选联合工艺处理该矿的浮选效果。结果表明,目的矿物黄铜矿嵌布粒度较粗且与黄铁矿致密共生、连生。磨矿细度为-0.074 mm含量占比为70%时,大部分黄铜矿物得以单体解离,满足铜矿石选别工艺要求。分支浮选流程可有效提高精矿品位,技术优势明显,其中“快速-分支”联合浮选新工艺的技术指标最优,实现了大平掌硫化铜矿的高效回收和“增质降耗”。与常规单支浮选工艺指标相比,“快速-分支”浮选新工艺在保证铜回收率稳定的情况下可显著降低复合黄药和起泡剂DEP的用量,二者用量分别减少12%和31%左右,此时铜品位却有1.45个百分点的提升。在贵金属综合回收方面,新工艺对金银的回收同样存在明显的提升效果,金和银品位分别提高0.18和9.40个百分点,回收率分别提高3.01和13.97个百分点。

含砷铜渣中砷的分离与固化

砷是锌冶炼过程中的有害杂质元素,不仅制约着锌冶炼的顺利和安全生产,同时也影响企业的经济效益。云南某锌冶炼企业采用“SO_(2)还原浸出—铁粉沉铜”工艺处理锌冶炼浸出渣后所得铜砷渣砷含量高,为降低铜砷渣中砷的含量和提高铜渣的计价系数,采用“SO_(2)还原浸出—铁粉沉铜”工艺铁粉沉铜后的溶液为浸出剂,将含砷铜渣与含有一定浓度H_(2)SO_(4)及Fe^(2+)的铁粉沉铜后溶液以一定的液固比混合,用氧压浸出工艺进行处理,开展砷的分离与固化,深入研究关键技术参数对含砷铜渣中铜、砷浸出率,砷固化率以及固砷渣品质的影响规律。结果表明:含砷铜渣在初始硫酸浓度50 g/L、液固比5∶1、氧分压0.4 MPa、反应温度120℃、反应时间3 h的工艺条件下,可实现含砷铜渣中99%以上的铜和砷被浸出;含砷铜渣在铁砷质量比2.0、初始pH值1.0、液固比5∶1、氧分压0.4 MPa、反应温度120℃、反应时间3 h的固砷工艺条件下进行固砷处理,有价金属损失小,砷以稳定的臭葱石晶体固化,砷固化率98.23%,且臭葱石晶体结构良好、晶粒清晰、表面光滑、边缘整齐;固砷后的溶液经过锌粉置换沉铜,可产出含铜质量分数在70%以上的富铜渣,铜渣中铜的计价系数较除砷前提升13%,既实现了含砷铜渣中砷的分离与固化,降低了砷对环境的污染,又实现了企业的经济效益。研究结果可为锌冶炼含砷铜渣的高值化利用和砷的环境污染防治及环境风险防控提供参考。

细粒尾矿无土修复后土壤有机碳累积特性

铜等大宗尾矿无土化原位修复是尾矿资源化、无害化利用的有效途径。修复后土壤养分蓄积直接关系到后期田间管理,对其有机碳等重要养分积累规律研究至关重要。针对我国湖北某细粒铜尾矿修复场地进行研究,对未经修复、修复一年与修复两年的0~15、15~30、30~45 cm三种深度的土壤进行取样,对总有机碳、易氧化态有机碳、颗粒态有机碳、矿物结合态有机碳、可溶性有机碳与微生物量有机碳6种土壤有机碳形态进行测定并分析其变化规律。结果表明:经无土修复后的细粒尾矿土在无外源有机物的添加下依然会进行土壤总有机碳的积累;尾矿进行有机碳积累的主要方式是以矿物结合态有机碳为代表的惰性有机碳的增加,惰性碳的升高有助于固定有机碳;尾矿的团聚体粒径尺寸与土壤总有机碳的含量呈正相关,其中惰性有机碳更偏好聚集在粒径较小的团聚结构中,土壤碳库活性逐渐增强,更容易发生有机碳的转化;对尾矿土进行修复后土壤有机碳含量有显著提高,且主要以惰性有机碳的形式积累,在该场地表现出了巨大的碳汇潜力。该研究同时明确了该场地修复后矿区土壤有机碳各形态的累积特性,可为指导尾矿修复工作提供数据支持。

白云母矿石盐酸酸洗除钙试验研究

随着我国双碳政策落实,能源等高新领域得到快速发展,对锂、铷等金属的需求日益增加,白云母作为含锂、铷矿物之一得以重视。针对在硫酸熟化处理白云母矿时,主要杂质钙的存在会降低有效提取率的问题,提出采用盐酸酸洗对白云母矿石进行预先除钙。首先,从热力学角度分析了酸洗时白云母和方解石与盐酸的反应情况,结果表明,在酸洗温度范围内,白云母几乎不与盐酸发生反应;当温度高于30℃时,方解石与盐酸反应可以自发进行。其次,通过对酸洗温度、盐酸浓度、酸洗时间和液固比等工艺参数的影响进行研究,结果表明:在酸洗温度70℃、盐酸浓度0.5 mol/L、酸洗时间1.5 h、液固比1 mL/g的条件下,钙的去除率可达98.3%,而铷和锂的损失率分别低至2.3%和3.3%。通过盐酸酸洗可实现白云母矿石中钙的选择性脱除。通过对酸洗渣进行表征发现,酸洗后白云母矿石中方解石相消失,矿石主要由白云母和石英组成,同时,电子能谱分析图像显示钙的富集区域消失。在相同的熟化和水浸条件下,对比直接熟化和酸洗+熟化两种不同工艺获得的锂和铷的浸出率发现,对酸洗后的白云母进行熟化可使锂、铷的提取率提高约10%~20%。最后,通过酸洗液循环除钙试验验证,酸洗液经补酸后(调节pH值至0.3)可供循环3次使用,钙的去除率均保持在90%以上,避免了废水的大量产生。

废汽车尾气催化剂特性解析及其对稀贵金属回收的影响

废汽车尾气催化剂是重要的稀贵金属二次资源,随着未来报废汽车的逐渐增加,废汽车尾气催化剂的数量相应增加。当前从废汽车尾气催化剂中回收稀贵金属(铂族金属、稀土金属和稀有金属等)的方法较多,但由于对废汽车尾气催化剂的特性了解不够全面,大多数回收方法在回收率、环境友好性、经济性上都不够理想,亟需对废汽车尾气催化剂进行科学全面地了解。对废汽车尾气催化剂的基本特征、物相及成分组成、废汽车尾气催化剂中PGMs、Ree、Zr等稀贵金属元素的赋存形式、元素迁移及分布状态、熔化过程等进行研究,全面了解废汽车尾气催化剂;揭示了催化剂中铂族金属被部分氧化、活性组分发生渗透转移、有价元素的非均匀分布、催化剂涂层烧损开裂、杂质元素的污染等因素共同造成了催化剂失效退役的失活机理;采用火法熔炼,合理设计选择熔炼渣剂及捕集剂回收其中的稀贵金属,可以有效地避免废催化剂自身特性所带来稀贵金属回收率低效的问题。

预选抛废技术发展现状

随着我国矿产资源的不断开发与利用,天然高品位矿石资源逐步减少,低品位矿石成为目前我国矿产资源的主要来源,因此,预选抛废成为一个必要的选矿环节。重点阐述了人工拣选抛废、光电选抛废、磁选抛废、重选抛废以及浮选抛废五种抛废技术,并介绍了不同技术在预选抛废时使用的设备和工作原理,指出了各种预选抛废技术的优缺点,为预选抛废技术能进一步工业应用提供了一定借鉴意义。

复杂难选铁矿阶段磨矿-磁选-浮选联合选矿工艺

以云南滇西某复杂难选铁矿为研究对象,采用X-荧光光谱分析(XRF)、化学多元素分析、X射线衍射(XRD)等手段对该矿石进行分析。结果表明:该铁矿所含回收价值最高的金属元素为铁,矿石中的铁元素主要以磁铁矿形式存在,硫化矿主要包括磁黄铁矿、黄铁矿和闪锌矿等,脉石矿物主要为蛇纹石和滑石等。基于该矿的矿石性质,采用阶段磨矿阶段选别、磁选和浮选脱硫的联合选矿工艺对铁矿石进行选别,通过研究磁场强度、磨矿细度、活化剂种类、捕收剂种类以及起泡剂种类等工艺参数对铁矿石磁选提质及浮选脱硫的影响规律,获得最佳工艺参数条件并依据获得的最佳工艺条件开展闭路试验,最终获得S品位为21.90%、S回收率为68.52%的硫精矿,以及TFe品位为61.56%、TFe回收率为67.41%、S含量为0.67%的铁精矿。结果可为该铁矿石资源高效利用提供支撑。

复杂应力条件下不同断面尺寸巷道变形破坏规律

以三山岛金矿深部开采为研究背景,在现场实测基础上,利用FLAC3D数值分析软件对千米深部不同尺寸断面巷道进行数值模拟,旨在研究复杂应力条件下不同断面尺寸巷道围岩的应力和变形的变化特征。研究结果表明:随着巷道断面尺寸的增大,应力不断向围岩深部集中,巷道周边的最大主应力和最小主应力总体呈增长趋势,最大主应力的变化趋势大于最小主应力;在不同断面尺寸巷道中,垂直主应力分布均在巷道两帮出现集中,而水平主应力分布均在巷道顶板处出现集中;此外,巷道尺寸大小对深部巷道围岩变形影响显著,随着巷道断面尺寸的增大,巷道围岩变形量呈增大趋势。