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。

煤气化炉渣对煤矸石膏体充填材料性能影响

目的利用煤气化炉渣颗粒的球形特征,研究其对煤矿采空区膏体充填材料流动性和强度的影响规律,并分析其影响机理。方法以质量分数为85%的煤矸石骨料充填膏体为对照组,煤气化炉渣等质量取代膏体中煤矸石细骨料10%,20%,30%,40%,50%,分别测试新拌膏体泌水率、坍落度、扩展度、流变屈服应力和塑性黏度等浆体性能,同时测试膏体结石体抗压强度。结果结果表明,随着炉渣取代率增加,膏体泌水率增加,坍落度和扩展度增加,流变屈服应力和塑性黏度减小;与对照组相比,炉渣取代率为10%时,膏体屈服应力和塑性黏度分别降低16.7%,1.6%;与10%取代组相比,炉渣取代率为20%时,膏体屈服应力和塑性黏度分别降低47.4%,15.0%,降低速率大幅增加;继续增加炉渣取代率,膏体屈服应力和塑性黏度又缓慢增加;膏体结石体早期强度(3,7 d)随着炉渣取代率增加而小幅降低,后期强度(28,60 d)无显著变化。结论煤气化炉渣作为骨料取代膏体充填材料中的煤矸石细骨料,可以改善新拌膏体流动性,取代率达到20%时,可以充分发挥球状炉渣颗粒在多棱角煤矸石骨料间的滚珠润滑作用,减小矸石骨料机械咬合,大幅降低充填膏体屈服应力和塑性黏度;且炉渣对充填膏体结石体后期强度无显著影响。

硅粉和活化煤矸石粉改性透水混凝土强度和耐久性研究

为研究硅粉和活化煤矸石粉对透水混凝土强度和耐久性的影响规律,分别利用硅粉和活化煤矸石粉代替0%、5%、10%、15%、20%、25%的水泥进行透水混凝土试样制备,对新拌混凝土的流动性以及硬化混凝土强度、耐久性进行了测试分析,研究了硅粉和活化煤矸石粉对透水混凝土基本特性的影响规律,以及2种材料的掺量范围和适用性。结果表明:①掺入10%~15%的硅粉和10%的活化煤矸石粉可以有效提高混凝土强度,且硅粉对强度的提升效果更为明显,但对混凝土流动性和透水性会有不利影响;②随着硫酸溶液侵蚀时间和冻融循环次数增加,混凝土抗压强度和质量比均不断下降。根据上述分析可知:①掺入5%~10%的硅粉和5%的活化煤矸石粉对混凝土的抗H_(2)SO_(4)溶液长期侵蚀性有利;②掺入5%~20%的硅粉和10%~15%的活化煤矸石粉对混凝土的抗酸雨—冻融循环侵蚀性有利;相比之下,硅粉对混凝土的长期冻融耐久性更有利。

安徽省两淮煤田废弃煤炭矿井剩余资源综合调查、开发利用现状及展望

随着去产能政策和能源供给侧改革的深入推进,安徽省两淮煤田先后关闭了大量资源枯竭、经济亏损、产能落后的煤炭矿井。本文在综合调查两淮煤田废弃煤炭矿井剩余资源潜力的基础上,梳理了两淮煤田废弃煤炭矿井资源开发利用现状,分析了当前面临的主要问题。研究结果表明:截至2023年底,两淮煤田63处废弃煤炭矿井剩余煤炭资源约24.33亿t、煤层气约102.83亿m^(3)、可利用地下空间约7383.80万m^(3)、天然焦约3.45亿t,此外还有丰富的矿井水、地热和土地等其他可利用资源,具有良好的资源开发利用潜力。虽然目前两淮煤田在废弃煤炭矿井煤层气、矿井水、土地和共伴生矿产等资源开发利用方面已取得了一定的经济效益与社会价值,但仍然面临基础资料缺失、管理体系不完善、资源开发利用模式单一和利用率低等一系列问题。针对上述主要问题,本文从信息化建设、基础理论研究和探索资源开发利用模式三个方面提出了建议与展望,以期加快开发利用两淮煤田废弃煤炭矿井资源,提高资源利用率。

刚果(金)某铜钴矿浸出新工艺

这是一篇冶金工程领域的文章。刚果(金)某铜钴矿为氧化矿,铜钴含量分别为Cu 3.43%和Co 0.42%。本文采用浸出液五级循环浸出工艺浸出铜和钴,在硫酸用量为矿石质量的7.4%、亚硫酸钠用量为理论量的1.68倍、磨矿粒度-74μm 75%、浸出温度45℃、浸出液固体积质量比2/1~3/1、单级浸出时间4 h的实验条件下,铜浸出率96.85%、钴浸出率95.67%。该工艺在确保铜钴浸出率的情况下,比一级浸出降低硫酸用量6 kg/t、浸出过程总溶液量减少约1/4,降低了酸耗、减少了后续钴沉淀和铜萃取处理液量。

我国石英资源的开发利用特点及应用进展

石英资源是重要的基础性非金属矿产资源,广泛用于玻璃、机械铸造、电子电工、冶金、耐火材料、化工、陶瓷等领域,不同行业对石英砂的技术要求和用量各不相同,宏观了解石英资源的开发利用特点和市场应用对石英资源的高效合理利用意义重大。介绍了我国各类石英资源的资源现状、不同类型矿石的开发利用特点及主要应用方向,详细总结了玻璃、高纯石英、机械、电子电工、冶金、耐火材料、化工、陶瓷、石油、板材等不同领域对石英原料的标准技术要求和产品特点;从石英资源开发利用全领域角度出发,系统梳理了不同领域石英资源的用量及产值,详细分析了高纯石英市场现状及供需发展趋势。结合石英资源开发利用现状,提出了在石英资源的开发利用过程中应分类评价、分级利用等对策建议,以期进一步提高我国石英资源开发利用水平和保障能力。

萤石与浓硫酸反应制备氢氟酸动力学研究

为解决采用伴生型萤石代替单一型萤石生产氢氟酸的技术难题,揭示了伴生型萤石与浓硫酸的反应机制及动力学规律。研究在不同液固摩尔比和温度条件下单一型萤石和伴生型萤石与浓硫酸反应生成氟化氢的转化率。结果表明,单一型萤石产酸的最佳液固摩尔比和温度分别为1.25∶1和200℃,转化率为97.5%;伴生型萤石为1.50∶1和200℃,转化率为84.5%。单一型萤石产酸反应符合界面化学反应控制模型,而伴生型萤石产酸反应符合固相产物层内扩散控制模型。扫描电镜(SEM)结果表明,伴生型萤石与浓硫酸反应时存在严重的团聚现象并形成致密的硫酸钙钝化层,阻碍了浓硫酸与未反应萤石内核的接触。本试验为伴生型萤石与浓硫酸反应生产无水氢氟酸提供了科学依据。

高岭土对含有Cu^(2+)和Pb^(2+)污水吸附性实验

这是一篇环境工程领域的论文。为了研究高岭土对含有Cu^(2+)和Pb^(2+)污水吸附性能的影响,开展了不同初始浓度、温度、吸附时间、高岭土掺量和pH值作用下高岭土吸附重金属离子实验,并分析了高岭土对Cu^(2+)和Pb^(2+)共同吸附实验结果。结果表明:高岭土吸附金属Pb^(2+)离子的效果要好于高岭土吸附金属Cu^(2+)离子的效果。结合实验结果和经济效益而言,在初始浓度为200 mg/L,pH值为6、温度为30℃,高岭土掺量为1.5 g,吸附时间为2.0 h时,高岭土对金属Pb^(2+)和Cu^(2+)离子的吸附效果较优,其中金属Pb^(2+)离子的吸附量分别达到了56.38、56.22、58.76、35.75、和42.42 mg/g,金属Cu^(2+)离子的吸附量45.99、47.45、47.27、25.26、22.52 mg/g。整体上,高岭土对共同吸附金属离子(Cu^(2+)、Pb^(2+))的吸附量要小于单一离子的吸附量,这是由于两个金属离子在吸附过程中会相互影响对方的吸附过程。Langmuir模型对实验曲线的拟合度要远远高于Freundlich模型对实验曲线的拟合度,这就说明了Langmuir等温吸附模型更加适用于高岭土吸附金属离子吸附量的变化规律,进而证明了高岭土吸附重金属离子属于表面吸附,被吸附的重金属离子都是相互独立存在的。

γ-FeOOH/高岭石材料动态降解双酚A综合实验设计

根据矿物材料的学科交叉特点,设计了以高岭石为催化剂载体的γ-FeOOH/高岭石过硫酸盐复合催化材料,并通过自主搭建动态降解装置研究其活化过硫酸盐降解双酚A的研究型综合教学实验。采用场发射扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪和N2等温吸脱附测试等表征手段深入分析了催化剂的微观形貌、物相结构和孔隙特征,并进一步结合动态降解体系对复合材料活化过硫酸盐降解双酚A的应用性能进行了评价,启发学生对材料结构与催化性能之间构-效关系研究的思考。实践结果表明,该实验的设计有助于加深学生对矿物材料研究前沿的了解,培养学生的科研思维,提升学生的科研创新能力和实践能力,提升教学质量。

石英砂微波加热模型及仿真研究

鉴于高档石英材料需求的攀升及水晶资源的日益枯竭,探索出利用含杂质稍多的脉石英硅矿石通过精制工艺制备高纯石英砂的新途径。构建微波加热石英砂的数学模型,理论分析微波辐射作用下石英砂的升温规律,明确微波加热技术剔除气液包裹体时温度与微波功率、时间等关键因素之间的相互关系。结果显示,石英砂的升温速率与微波功率及介电耗损角正切呈正相关关系,而与保温桶的导热系数呈负相关。同时,料层高度及坩埚内径的变化也会引发微波热源分布的偏差,进而导致温度变化的无规律性。

聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化与力学性能研究

利用聚丙烯腈(PAN)纤维调控水泥基充填材料,对水泥基充填材料的凝结硬化时间、抗压强度、黏结强度、抗弯强度和抗拉强度进行了分析,研究了不同纤维掺量(0.5%、1%、1.5%)和不同长径比(100、200、300)的聚丙烯腈纤维对水泥基充填材料力学性能的影响。结果表明:当PAN纤维掺量为1.5%时,较CM组(不掺PAN纤维)的初凝和终凝时间分别降低了11.1%和5.7%;PAN纤维水泥基充填材料的抗压强度随着PAN纤维含量增加而降低。与CM组相比,当PAN纤维体积含量为0.5%、1.0%和1.5%时,抗压强度分别下降了13.0%、3.7%和7.4%;纤维掺量为1%、长径比为200的水泥基充填材料的抗弯强度较CM组增加了78.6%,增幅最大。水泥基充填材料的黏结强度和抗弯强度先增加,然后随着PAN体积掺量和长径比增加而降低;随着PAN纤维掺入,水泥基充填材料的抗拉强度有所提高,与CM组相比,PAN纤维水泥基充填材料的抗拉强度提高了36.4%~418.2%。

硅藻土沥青混凝土流变性和红外光谱

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为了研究硅藻土掺量对沥青混合料的物理性质、流变性能以及路用性能的影响,开展了不同硅藻土掺量作用下的沥青混合料基本物理实验、流变实验、高温稳定性和低温抗裂性能实验。结果表明:在硅藻土掺量为30%时,沥青混合料的软化点、锥入度和延度达到极大值,以及在硅藻土掺量为40%时,沥青混合料的针入度达到极大值,而延度的变化规律却呈现出不断增大的趋势。而温度为170℃作为沥青混合料的制备温度以及选取硅藻土掺量为30%作为沥青混合料低温抗裂性能较优值。同时,掺加硅藻土可以有效地提升沥青混合料的高温性能,但过量掺入硅藻土会弱化其高温性能。随着硅藻土掺量不断增大,沥青混凝土红外光谱中部分特征峰峰值的变化规律呈现出不断减小的趋势,且在沥青混凝土老化过程中,其内部的轻质组分受到高温的影响,发生了挥发现象,但是随着硅藻土掺量的不断增大,沥青混凝土老化后的轻质组分对应的特征峰峰值变化幅度却不大。

中国南方铀矿环境修复问题研究进展

这是一篇矿山环境领域的文章。我国已发现和开采的铀矿大多位于湘赣粤,随着生态红线的划定和人民群众对生态环境问题日益重视,铀矿山环境修复越发显得重要。本文简要介绍了中国南方铀矿山开采形式,系统分析了铀矿山生产过程对环境产生的影响,重点介绍了物理修复措施、化学修复措施、生物修复措施原理和应用,总结归纳了相应的优缺点,对未来矿山修复发展前景进行了展望。指出下一步应该关注的重点是,铀矿及其相关设施退役前的环境检测,全面做好矿山生产全过程相关环境数据采集和记录。切实关注铀矿山废水处理处置,增加研究投入,借鉴国外先进技术方法,运用综合修复技术更加高效、安全、快速修复受污染环境。将铀矿山的修复和乡村治理结合起来,发展旅游业,增加当地居民发展动力和收入水平。

低品位脉石英热压浸出工艺动力学研究

为解决低品位脉石英中杂质元素含量高的问题,采用湖北蕲春灵虬山脉石英为原料,研究了液固比、反应时间和反应温度对杂质去除效果的影响。结果表明,经过热压浸出工艺提纯后,石英砂SiO_(2)含量(质量分数,下同)由97.766%增至99.974%,主要金属元素杂质的去除率显著提高。阿弗拉米动力模型表明,杂质去除过程受内扩散和化学反应共同控制。研究结果为优化脉石英的提纯工艺提供了理论依据和实践指导。

“双碳”背景下热法黄磷生产技术研究现状及建议

黄磷支撑着我国磷酸盐精细化和有机磷化工的发展,是磷化工行业重要的基础原材料。热法黄磷生产高能耗、高污染、高碳排放,因此创新产业可持续发展模式,突破资源、能源、环境的多重制约因素,开发绿色黄磷生产技术是我国黄磷企业今后发展的必经之路。结合“碳达峰、碳中和”的时代背景,本文阐述了黄磷生产技术发展及副产物资源化利用现状,目前黄磷生产存在磷矿资源贫化、副产物低值化利用普遍、能源转型难度高、企业整体能效水平低、产业链链接关键技术不足等问题,提出加快推广黄磷尾气烧结中低品位磷矿成球技术、加大开发资源化增值利用技术、探索黄磷还原新技术、加强企业合作、构建多产业耦合的磷资源产业循环经济五条建议,旨在助力实现黄磷行业节能降碳、绿色发展。

物以“硒”为贵,人倚“硒”为福

硒元素(Se)的发现到现在已有两百多年的历史,从最初的茫然未知到现今的新兴关键金属、生命火种和人类健康保护神,硒元素在新能源、新材料等领域的应用方兴未艾,正成为人们追求健康生活的新宠。硒的应用已今非“硒”比,富硒之地谋定无限“硒”望。

福建某高岭土伴生石英提纯试验研究

以福建某高岭土伴生石英为研究对象,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)检测矿样的物相组成和化学成分,然后依次进行擦洗、磁选、浮选、分级-分选条件试验,结果表明:试样中SiO_(2)质量分数较低,为85.16%;石英主要以两种形式存在,一种是单体,另一种存在于岩屑中,与长石、云母等共生;浮选试验结果显示捕收剂用量和浮选浓度对降低Al_(2)O_(3)含量影响较大;分级-分选试验揭示了在相同工艺条件下,+0.6 mm粒级石英精矿中杂质含量远低于-0.6+0.1 mm粒级的石英精矿;最终获得的精矿中杂质Al_(2)O_(3)质量分数为2918.68μg/g,Fe_(2)O_(3)质量分数为63.53μg/g,达到了光伏发电玻璃面板所用石英砂的质量要求。

复掺铁尾矿和粉煤灰掺量对混凝土性能和微观结构性的影响

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。采用不同掺量作用下混凝土的电阻率、抗压强度和氯离子迁移系数的变化规律,来评价混凝土的耐久性能。对不同铁尾矿掺量和不同粉煤灰掺量作用下混凝土的抗渗性能、力学性能、抗氯离子侵蚀性能进行了研究,以及分析了同时掺加不同比例铁尾矿砂和粉煤灰对混凝土性能的影响。结果表明:铁尾矿和粉煤灰掺量为30%时混凝土的抗压强度达到极大值。而粉煤灰掺量比例越大、铁尾矿掺量比例越小,混凝土的抗压强度、抗渗性能和抗氯离子侵蚀性能就越差,故在实际制备混凝土时应该采用大掺量铁尾矿砂、少掺量粉煤灰的配合比。随着铁尾矿掺量和粉煤灰掺量的增大,在同一水化时间作用下铁尾矿的水化放热速率和总放热量也呈现出不断减小的趋势,这说明了掺加铁尾矿和粉煤灰很大程度上降低了混凝土的水化放热速率和总放热量。随着铁尾矿掺量和粉煤灰掺量的增大,混凝土孔径分布曲线峰值点对应的孔径值也是不断增大的,但是增大的幅度却越来越小。

柠檬酸对脱硫石膏水热产品形貌的影响机理

本文以脱硫石膏和柠檬酸为主要原料水热制备半水硫酸钙晶体,采用XRD、FTIR等手段对晶体进行表征,研究柠檬酸对半水硫酸钙晶体形貌的影响及其反应机理。结果表明,当柠檬酸用量为0.20%时,溶液中C_(6)H_(6)O_(7)^(2-)和C_(6)H_(7)O_(7)^(-)不仅能够通过化学吸附的形式与半水硫酸钙晶体的(020)晶面、(400)晶面和(204)晶面上的Ca^(2+)生成柠檬酸钙沉淀,还可通过静电吸附的形式吸附在(204)晶面上。此外,C_(6)H_(8)O_(7)与吸附在半水硫酸钙表面的柠檬酸根通过碳链之间的缔合作用和羟基之间的氢键作用相互吸附进而包覆在晶体表面,不利于SO_(4)^(2-)等生长基元在晶体表面的沉淀,使其形貌从纤维状向六棱柱状转变。当柠檬酸用量大于0.20%时,柠檬酸在溶液中主要以C_(6)H_(8)O_(7)的形式存在,C_(6)H_(8)O_(7)与吸附在半水硫酸钙表面的柠檬酸根之间的缔合作用和氢键作用占主导地位,从而不利于半水硫酸钙晶体的(020)晶面和(400)晶面上的生长,使晶体形貌由六棱柱状向板状转变。

菱镁矿尾矿中钙质量分数对硫氧镁水泥胶凝性能的影响

为探究尾矿中杂质因子(钙)在硫氧镁水泥体系中的影响,以菱镁矿尾矿为原料制备硫氧镁水泥并将其作为研究对象。首先,以菱镁矿尾矿为基础,向其中掺加白云石,改变尾矿中的钙质量分数;然后,对硫氧镁水泥进行凝结时间测定和单轴抗压强度试验;最后,采用热重及差热、X射线衍射、扫描电镜等分析方法研究钙质量分数对硫氧镁水泥水化产物、力学性能、凝结时间以及微观形貌的影响。研究结果表明:硫氧镁水泥主要由未完全反应的氧化镁(MgO)和水化产物3Mg(OH)_(2)·MgSO_(4)·8H_(2)O(318相)、氢氧化镁(Mg(OH)_(2))、二水硫酸钙(CaSO_(4)·2H_(2)O)以及碳酸镁(MgCO_(3))组成;菱镁矿尾矿中钙质量分数增加,硫氧镁水泥水化产物中318相晶体逐渐减少,Mg(OH)_(2)和CaSO_(4)·2H_(2)O晶体逐渐增加,致使硫氧镁水泥试块的力学强度逐渐降低;菱镁矿尾矿中钙质量分数增加将导致煅烧产物中活性MgO的质量分数及活性度降低,游离氧化钙的质量分数升高;钙质量分数增加使硫氧镁水泥的水化反应速率明显升高,凝结时间大幅缩短,同时导致硫氧镁水泥水化反应不能完全进行,水化产物生成量减少。