磷尾矿综合利用现状及研究进展

中国磷矿资源丰富,但多为中低品位磷矿,需要选矿才能用于化工生产。磷尾矿是磷矿石经选矿产生的磷含量较低的固体废弃物,可以看作中低品位磷尾矿,主要由氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、二氧化硅组成,有极大的综合利用潜力。针对磷尾矿的结构、组成成分、物理化学性质综述了磷尾矿综合利用现状及研究进展,详细阐述了磷尾矿在矿区填充、浸取钙镁等有价元素、再选回收磷元素,以及农业、建筑、环保等方面的应用。分析了磷尾矿综合利用过程中面临的问题并对其发展前景进行展望。指出开发新型环保高效的磷尾矿综合利用工艺是磷尾矿利用的发展方向,是磷化工企业和社会的共同需要,符合资源绿色高效利用和可持续发展的基本国策。

超声空化效应对细粒尾矿的增渗作用

针对细粒尾矿的渗透性较弱,容易导致尾矿坝浸润线抬升和降低尾矿坝安全系数的问题,提出采用超声空化的方法改善尾矿的渗透性。首先,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟空化泡溃灭的过程;然后,根据空化阈值和换能器的声压计算结果选定试验使用的换能器,频率范围为20~40 kHz,功率为60 W,并通过染色试验证实尾矿试样中存在超声空化效应;最后,使用自制变水头渗透仪与选定的换能器,针对不同细粒含量的尾矿试样,开展超声增渗试验,并利用核磁共振仪检测增渗前后试样的孔隙结构变化。研究结果表明:得到的空化泡半径变化曲线与R⁃P方程拟合曲线吻合度较高,证明模拟结果的有效性;当气泡直径大于50μm时,低频超声的空化效果更好,当气泡直径小于25μm时,高频超声的空化效果更佳;细粒含量相同时,尾矿试样的渗透系数增长率随超声的频率增大而增加;超声频率相同时,细粒含量多的尾矿试样渗透系数增长率更高;超声作用后,尾矿试样中0~10μm的孔隙占比降低,降幅随频率的增加而增加;10~20μm的孔隙占比变化趋势不明显;20~40μm的孔隙占比增加,增幅随频率的增加而增加;>40μm的孔隙占比增长较少。对于不同孔隙占比的尾矿,施加相应频率的超声信号可获得更显著的增渗效果。

我国铅锌尾矿综合利用研究现状及其开发利用意义

我国铅锌浮选尾矿堆存量大,综合利用率低,存在环境污染风险与安全隐患。为推动铅锌尾矿开发利用的技术进步与实践生产,本文系统梳理我国铅锌尾矿资源化利用的研究进展,概述尾矿再选利用与尾矿再加工利用制备水泥、砖、微晶玻璃和胶凝材料等综合利用方法和途径,并重点比较两种方法的优缺点,尾矿再选利用可对其中有价金属提取富集,但成本较高且工艺复杂,且再选后仍存在大量尾矿。而铅锌尾矿中含有硅(Si)、钙(Ca)、铝(Al)和铁(Fe)等氧化矿物可替代黏土、页岩和水泥等原材料通过再加工制备高附加产值的材料,可实现对铅锌尾矿的大量消纳且成本低廉。提出建议提前做好矿区尾矿经济价值评价,以加强对铅锌尾矿的绿色再加工利用,以期实现对矿山尾矿的资源化、无害化和减量化利用。

浮选—浸出法从某银尾矿中回收锰和银

为了回收某银尾矿中的锰和银,详细研究了其矿物组成以及主要矿物的嵌布特征。其中,菱铁锰矿是主要回收对象,粒度较细,多呈集合体产出,粒度主要分布在38~150μm粒级;菱铁锰矿单体解离度为81.95%,未解离部分以富连生体为主。根据工艺矿物学性质,采用浮选—浸出的选冶联合工艺回收银尾矿中的锰资源,浮选工艺获得Mn品位17.89%、Ag品位104.1g/t、回收率分别为67.99%和55.15%的锰精矿;锰精矿在最佳浸出条件下,得到锰浸出率为98.11%的技术指标,锰综合回收率为66.70%。锰浸渣进一步氰化浸银,银浸出率为95.61%,银综合回收率为52.73%。银尾矿综合回收共伴生锰资源,不但提高了资源综合利用水平,同时提升了矿山企业的经济效益。

融合石膏组分和微纳米结构“双基因”调控的铁尾矿粉无熟料固结体力学性能

为了探究超细铁尾矿粉颗粒表面非晶态SiO_(2)和Al_(2)O_(3)在石灰-石膏体系中的水化固化机理及调控因素,本工作考察了石膏掺量和铁尾矿粉中微纳米级颗粒含量之间的匹配对固结体强度的影响,利用XRD、TG-DSC、SEM和化学滴定法测试分析了固结体试样中水化产物的种类、形貌及含量的变化,研究了这些变化对固结体强度的影响及作用机理。结果表明,超细铁尾矿粉中小于1.096μm的微纳米颗粒含量显著影响着铁尾矿粉在碱溶液中Si和Al元素的溶出行为,固结体强度随着这些微纳米颗粒含量的增加而提高。固结体中的主要水化产物是铝掺杂的水化硅酸钙(C-(A)-S-H)和钙矾石(AFt)。石膏掺量与铁尾矿粉中微纳米颗粒含量的最佳匹配值对固结体的强度具有显著影响,并且微纳米颗粒含量越高,对应的石膏最佳掺量越大。石膏组分保证了AFt的生成和稳定,同时也加速了铁尾矿粉颗粒表面非晶态成分的水化。本工作探明了固结材料中最佳石膏掺量与微纳米铁尾矿粉颗粒含量的关联关系及其机理,证实了微纳米级颗粒是无熟料固结体结构中的基本活性单元,石膏的掺入对微纳米颗粒的水化起到调控作用,水化后的微纳米颗粒演变为固结体的基本结构单元,这种组分和结构的“双基因”调控机制影响着固结体的力学性能。

某选铁尾矿有价元素回收及资源化利用

“双碳”背景下,尾矿综合利用技术已进入新阶段,不仅可以通过选矿回收尾矿中的有价元素,同时以尾矿粉用作水泥混凝土掺合料的尾矿资源化利用技术也具有发展前景。本文以选铁尾矿为对象,先通过选矿工艺回收其中有价元素,再探究选矿过程产生的<5 mm细粒级尾矿粉用作掺合料置换水泥的可行性。试验结果表明:该尾矿经破碎筛分到合适粒度后,通过磁选可以得到铁品位为32.44%、回收率为35.03%的铁精矿;再用<5 mm细粒级尾矿粉用作掺合料置换水泥,当替代率为10%时得到的混凝土力学性能保持稳定,抗压强度达到未掺混凝土的95%以上,抗折强度达到未掺混凝土的99%以上。本文创新性地将选矿回收与混凝土原料制备相结合,既富集回收了铁精矿,避免了资源浪费,同时也缓解了铁尾矿堆积造成的环境污染问题,整体实现了该选铁尾矿中有价元素的回收及资源化利用,为该类型资源的综合利用提供一定依据和技术指导。

基于ISM和知识图谱的尾矿坝事故风险智能识别研究

为了深入理解尾矿坝事故的发生机理和演化规律,提升尾矿坝的安全管理水平,首先通过总结分析尾矿坝事故案例,筛选出导致尾矿坝溃坝的致灾因素;然后引入解释结构模型(ISM),理清因素间的关联模式和层次关系,从而得到尾矿坝事故的演化路径,在此基础上构建尾矿坝事故知识图谱;最后利用BERT-GCN-SVM模型对知识图谱进行编码和分类,其中利用BERT模型提取节点的文本特征,利用GCN模型捕获图结构信息,采用SVM模型对数据进行分类。构建了一个结构化的尾矿坝事故知识图谱。提出的BERT-GCN-SVM模型能够有效地识别尾矿坝风险,为事故预防提供了新的思路和方法,具有工程实用价值。

商洛菱铁尾矿高性能混凝土的制备研究

为提升菱铁尾矿活性从而实现大宗化综合利用,采用机械力-热复合活化工艺激发菱铁尾矿活性,研究活化工艺对活性的影响,然后用活化菱铁尾矿制备胶凝材料,研究菱铁尾矿掺量对其性能的影响,最后用菱铁尾矿细骨料、矿山废石粗骨料、活化菱铁尾矿制备高性能混凝土。结果表明,菱铁尾矿700℃煅烧40 min后球磨60 min,活化效果最好,火山灰活性指数(PAI)值为0.77;用活化菱铁尾矿代替矿渣作胶凝材料,当菱铁尾矿掺量为20%时,试块28 d抗压、抗折强度分别为33.16 MPa和4.89 MPa;在菱铁尾矿掺量大于30%,固废利用率大于80%的条件下,所制混凝土的28 d抗压强度高达52.9 MPa。

湖南柿竹园萤石精选尾矿再回收工艺研究

湖南柿竹园萤石精选尾矿氟化钙含量为24.7%,碳酸钙含量为19.5%,萤石在+0.045 mm粒级分布率为54.99%,-0.010 mm粒级分布率为28.16%,两者合计达83.15%,而0.045~0.010 mm可选易浮粒级萤石金属分布率只有16.85%,呈现“两头大,中间小”的粒度分布特性。采用预先分级后粗粒磨矿,分级溢流浓缩后与磨矿产品合并浮选工艺,以碳酸钠为调整剂,水玻璃和YF-1为抑制剂,植物油酸BF-1为捕收剂,经1粗5精1扫闭路试验,获得了CaF_(2)含量为85.50%、回收率为71.20%的萤石精矿,实现了萤石精选尾矿资源的高效回收利用。

某尾矿库排洪系统水工模型试验

为确保某尾矿水库的排洪系统可以安全、可靠地运行,构建了尾矿库排洪系统水工模型,模拟3个排水竖井在不同运行方式下的泄流,研究排洪系统典型建筑物排水井及排水隧洞模型段的过流能力,探讨各特征工况下排水井及排水隧洞内水流流态。结果表明,所选取的3个排水竖井,在设计标准的洪水泄洪时,下游泄洪隧洞内的水流均呈现无压流的流态;随着排水井工作水头的增加,泄流量超过设计标准,下游泄洪隧洞内水流呈现明满流交替的流态;当工作水头继续增加时,下游泄洪隧洞内水流呈有压状态。研究结论可为尾矿库或类似工程设计提供参考,并可为水库排洪系统的进一步优化设计及安全运行提供科学依据。

充填模袋体界面剪切特性

模袋筑坝安全稳定性与模袋体界面强度密切相关。基于ABAQUS有限元析软件,建立模袋体界面剪切模型进行剪切试验模拟,分析了模袋体界面剪切过程中的剪应力、剪位移变化规律以及不同尺寸对界面剪切强度影响,并将数值模拟结果与室内剪切试验结果进行了对比验证。结果表明:模袋体界面剪切是一个渐进屈服破坏的过程且剪切面中间部位的塑性变形最大;数值模拟能够较好的反映出模袋体的剪切变形规律;大尺寸模袋体界面抗剪强度相较于小尺寸模袋体强度有所增加,且主要体现在界面摩擦角的增大;剪切过程中大尺寸模袋体界面剪应力存在明显峰值并出现应变软化现象。结论对工程中尾砂充填模袋筑坝具有一定指导意义。

基于三维渗流场下的某尾矿库安全性分析

尾矿库一般是通过筑坝拦截谷口或围地形成,作为堆存废石、废矿及其他工业废弃物的主要场地。通过一系列调查研究发现,坝体渗流的浸润面位置高低对尾矿库的安全稳定性有着很大影响。以河南省某尾矿库工程为例,建立了能够反映坝体结构和岩体特性的三维有限元模型,分析了标高1 280 m尾矿库坝体的渗流特性。结果表明,在堆积坝体内铺设排渗席垫,可大量排出坝体内渗流水,有效地控制浸润面高度,使其埋深满足规范要求,不同水位下渗透坡降均小于允许数值,不发生渗透破坏。

基于MIKE21的尾矿库溃坝数值模拟研究

尾矿库的安全不仅影响生产效益,还影响人民的生命和财产安全。以河南省某尾矿库为例,利用MIKE21水动力模块,建立尾矿库溃坝数值分析模型,模拟下泄砂流演进过程;对比分析了4种工况下下泄砂流的淹没范围、淹没深度及特征时间点,分析增设拦沙坝后下泄尾砂的淹没特征。研究结果表明:增设拦沙坝后可有效阻拦一部分下泄尾砂,有效减小瞬时溃坝对下游的影响。研究结果对尾矿库增设防护措施,编制应急预案与可行性研究报告,设计安全设施等具有重要意义。

基于大数据理论尾矿坝灾害风险评估

以实际工程为背景,结合尾矿坝溃坝事故案例及《尾矿库安全规程》(GB 39496—2020)建立尾矿坝风险评价指标体系,根据熵权法确定尾矿坝风险指标体系中的二级指标权重,通过系统研究与分析确定了坝体失稳和洪水漫顶所占权重最大,其次是渗透破坏和安全管理。对于指标体系中的三级指标,采用控制变量的方式,通过大数据模拟计算得到各项指标与安全系数的变化关系,并进行拟合和反分析,确定三级指标权重。通过对二级指标与三级指标权重进行综合计算和系统分析,得出坝体外坡比和堆积容重所占权重比例较大,其次是汇水面积、干滩长度和浸润线埋深等指标。基于评价体系及大数据体系计算和分析,应用模糊综合评价计算方法,最终确定当前尾矿坝安全风险等级为低风险。

基于水动力模型的尾矿库溃坝数值模拟分析

尾矿库是高势能人造泥石流危险源,如果溃坝将对下游造成大规模次生灾害。为减少尾矿库溃坝的风险,可在实际工程中应用数值模拟方法。利用MIKE 21软件的水动力模型模拟尾矿库溃坝过程,设置全库溃坝、初级坝以上瞬时溃坝、1/3堆积坝瞬时溃坝、最危险滑动面以上瞬时溃坝及洪水漫顶溃坝等5种工况,计算各工况下泄尾沙的淹没范围及特征时间点,研究其规律。结果表明,溃坝泥石流在坝址处流量大、流速快、淹没深度大;溃坝瞬时泄沙量越大,破坏性越强。数值模拟分析结果可以为尾矿库增建防护措施或编制应急预案提供参考依据。

中国铁尾矿再选工艺研究现状与展望

为进一步实现铁尾矿的高效分选,为铁尾矿再选工艺与流程优化提供合理化参考,针对中国目前单一选别、重磁浮联合、磁化焙烧—磁选及分散—选择性絮凝等再选工艺进行了深入探讨,分析归纳了近年来中国铁尾矿中铁矿物的高效再选回收技术现状。归纳总结得出:单一选别工艺适用于目的矿物成分简单的铁尾矿,其易操作且成本低;针对成分较复杂的铁尾矿,通常采用重磁浮联合分选工艺进行含铁矿物再选;铁尾矿粒度过细时,使用分散—选择性絮凝工艺可有效解决矿物泥化问题,避免细粒矿物流失;对于传统选别工艺无法高效分选的铁尾矿,可使用磁化焙烧—磁选技术来提高分选指标,实现铁尾矿的资源化利用;在当前双碳背景下,未来中国铁尾矿中铁矿物再选技术的研究方向将聚焦在尾矿再选分级预处理、绿色低温浮选药剂研发、磁化焙烧—磁选在工业生产中的应用、加氢还原工艺等方面。

某选硫尾矿回收明矾石和石英试验研究

为充分有效地回收尾矿中的明矾石和石英,针对尾矿中硫含量高、SiO_(2)含量低、明矾石和地开石含量较高的特点,开展了尾矿脱硫回收明矾石和石英的试验研究。试验考察了脱硫浮选碳酸钠、油酸、水玻璃等药剂以及明矾石和石英混浮、脱硫再选工艺等对明矾石和石英回收的影响。结果表明,碳酸钠用量为3000 g/t、油酸用量为250 g/t~300 g/t、水玻璃用量为100 g/t~200 g/t、经两次粗选可得到SiO_(2)品位74.66%、TS 0.99%的尾砂,三次粗选可得SiO_(2)品位79.77%、TS0.87%的尾砂精矿;三次粗选精矿合并精选时,随着精选水玻璃用量的增加,S在精矿中得到富集。综合考虑,两次精选均为空白精选,可获得品位27.59%的明矾石精矿。

某选厂硫尾矿工艺矿物学研究

为了提出尾矿资源化利用的合理利用方法,本文结合化学分析方法和矿物解离自动定量分析系统(MLA)针对某选厂的硫尾矿进行了工艺矿物学研究。化学分析结果表明,硫尾矿中SiO2、Al2O3和SO3含量分别为70.10%、11.85%和5.04%,高S影响了硫尾矿的直接利用。MLA分析表明,硫尾矿中主要矿物为石英、地开石、明矾石、黄铁矿和绢云母,S主要以硫酸盐和硫化物赋存于明矾石和黄铁矿中。粒度分析表明,硫尾矿-0.074 mm粒级占比48.69%,61.89%的SO3主要分布于该细粒级中;硫尾矿-0.01 mm粒级产率为16.21%,含泥量较高。矿物嵌布特征分析表明,硫尾矿中石英粒度相对较粗,明矾石和地开石具有在较细粒级富集趋势;硫酸盐矿物明矾石与石英、地开石、绢云母呈浸染状复杂连生,其在+0.043 mm粒级产品中解离度低于70%,总解离度为63.11%。为了脱出硫尾矿中的明矾石,需先脱泥脱硫后,细磨后再采用浮选进行分离。

基于响应面法的碳酸钠活化铜尾矿胶凝性能机制研究

为了有效激发铜尾矿活性制备性能良好的胶凝材料,以铜尾矿为主要原材料,水玻璃和NaOH为碱激发剂,采用响应面优化法开展胶凝材料配比优化实验,并通过方差分析以及三维曲线图研究自变量及其交互作用对28 d抗压强度的影响;利用XRD、SEM、FT-IR、TG-DTG等对试样的矿相成分、微观形貌等特征进行分析。结果表明:通过优化实验获得最优配比为碳酸钠掺量50%、氢氧化钠掺量1%、水玻璃掺量22 g/100 g,此参数下铜尾矿胶凝材料28 d抗压强度为30.41 MPa。经过机械球磨40 min后,碳酸钠在适当的碱性环境下使铜尾矿的活性激发到较佳状态,铜尾矿经水化反应生成了大量结晶度较高的C-S-H凝胶与棱柱状钙钒石等水化产物,彼此相互连接构成网状结构,使胶凝材料保持较高的强度性能。

基于Flow-3D尾矿库漫顶溃坝过程数值模拟

尾矿库是一个具有高势能的危险源,一旦发生溃坝,将对下游居民的生命财产造成严重威胁。为了提高尾矿库溃坝灾害预测与应急保障能力,以某尾矿库为工程背景,开展尾矿库溃坝的室内模型实验,并结合Flow-3D数值仿真技术对尾矿库漫顶溃坝后尾砂流的演进过程进行深入研究。将室内模型实验和数值模拟结果相互对比,溃坝过程基本吻合,验证了较小缩比尺模型实验的准确性以及数值模拟的可靠性。数值模拟研究结果表明:溃水的淹没高度和断面流量随溃坝时间的变化整体表现为前期快速增长及后期的较缓下降,且随着演进距离的增加,淹没高度和断面流量峰值都明显降低;下游地形影响溃坝尾砂流的流速和演进方向,溃坝尾砂流在下游弯道处出现“爬高”现象,弯道两岸淹没高度不同,弯道凹岸淹没高度高于另一侧;沟谷与河道的连接处,溃水向河道上下游两边扩散,在河道入口处形成“冲积扇”堵塞河道。