甲烷在钠基蒙脱土吸附的第一性原理研究

随着经济的发展,能源需求日益增加,为了弥补国内少油缺气短板,页岩气的开发成为近期新能源的热点,探索页岩气储存规律是页岩气能源开发的关键所在.本文采用密度泛函理论的第一性原理方法,计算甲烷(CH_(4))在钠基蒙脱土表面和层间的吸附能,对比吸附前后的态密度和物理结构以及差分电荷密度.结果表明:钠基蒙脱土表面吸附中,甲烷最佳选择是桥位,吸附能为-0.08eV,被吸附后甲烷的键长和键角变化率均小于0.96%.层间吸附中,伴随着甲烷吸附量增加,纳基蒙脱土体积向c轴方向线性增加,a、b轴方向则变化不大.总态密度随着吸附量的增加,总能级数量也增加,甲烷分子的分波态密度峰向低能级移动.本文的研究成果,从原子角度分析了甲烷在蒙脱石表面以及层间的吸附能力,为解释页岩气在页岩储存规律提供理论依据.

基于博弈论和云物元模型的矿山塌陷土地复垦适宜性评估研究

针对矿山塌陷土地复垦适宜性评估指标因素的模糊性和随机性,构建博弈论综合赋权-云物元模型。该模型结合矿山实际情况,从地形环境、水利环境和土壤环境3个方面划定11个二级评估指标,采用遗传层次分析法和变异系数法分别计算各评估指标的主、客观权重,再通过博弈论计算得到指标综合权重,并将云模型引入物元模型。将所建立的模型应用于广西凤凰山银矿,计算了一级指标关联度和综合关联度,并进行土地复垦适宜性评估。结果表明:1^(#)塌陷区和6^(#)塌陷区复垦为林地的适宜性评估等级为“勉强适宜”;2^(#)塌陷区、3^(#)塌陷区、4^(#)塌陷区、5^(#)塌陷区和7^(#)塌陷区复垦为林地的适宜性评估等级为“中等适宜”。评估结果与现场调研情况相吻合,可为矿山塌陷土地复垦工作实施提供新的思路。

麻雀搜索算法优化极端梯度提升模型的岩石爆破块度预测

为进一步提高岩石爆破块度预测效果,利用多个矿山的岩石爆破统计数据,通过优化极端梯度提升模型(extreme gradient boosting, XGBoost)超参数,建立一种基于随机森林(random forest, RF)特征选择的麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化XGBoost爆破块度预测模型。利用麻雀搜索算法对XGBoost模型决策树数量、决策树最大深度、学习率3个核心超参数进行优化以提高运行效率;利用随机森林对输入特征进行筛选,并将优化后的特征集输入预测模型。结果表明:经特征集优化的模型,爆破块度预测效果整体上更加逼近实际值,且预测结果的可决系数(R-squared,R~2)、均方根误差(root mean square error, RMSE)和平均绝对误差(mean absolute error, MAE)分别为0.954、0.026和0.020,相较于BP(back propagation)神经网络、随机森林和XGBoost模型的效果更优,在实际应用中更具适用性,能为爆破参数设计和优化提供借鉴。

利用水力旋流器对广西典型钙基膨润土的湿法提纯研究

利用水力旋流器对广西典型钙基膨润土进行湿法提纯试验研究,主要探讨了给矿浓度、给矿压力和底流口直径对膨润土提纯效果的影响。研究结果表明,给矿浓度、给矿压力及底流口直径三者间存在一定交互作用。该膨润土的最佳提纯条件为:给矿浓度为15%,底流口直径为6 mm,给矿压力为0.35 Mpa;膨润土经提纯处理后各项性能指标均获得相应提高,其蒙脱石含量由62.50%提高到80.03%,阳离子交换量从41.87 mmol/100 g提高到76.63 mmol/100 g,胶质价从46.50 m L/15 g提高到60.0 m L/15 g。

粒状膨润土复合材料的气流膨化试验研究

膨润土具有优良的吸附特性和廉价易得等特点,在水和废水处理领域具有广阔的应用前景。笔者课题组针对天然膨润土在水中易分散浆化、难以固液分离等不足将膨润土与高分子聚合物进行复合制备粒状膨润土复合吸附剂产品,为提高该颗粒产品的吸附速度,本文利用气流膨化扩孔技术对其进行进一步处理,主要研究膨化过程中设备参数及物料因素等对膨化效果的影响,采用XRD、SEM等对膨化产品进行测试分析,并初步探讨其吸附性能。

钠基蒙脱土吸附二氧化硫的第一性原理计算

为了探索黏土矿物对污染气体的吸附作用,以钠基蒙脱土吸附二氧化硫气体分子为例,基于量子力学的第一性原理方法,利用VASP软件模拟计算钠基蒙脱土对SO_(2)气体分子的吸附机理,得出了吸附能、弹性常数与SO_(2)吸附量的关系。结果表明:在表面吸附过程中,钠基蒙脱土的top位和bridge位是SO_(2)气体分子的稳定吸附点位,SO_(2)分子被吸附后其S—O键长从1.78?减小到1.44?,O—S—O键角从119.50°减少到115.31°,而蒙脱土模型的原子键长没有明显变化;在层间吸附过程中,随着SO_(2)分子吸附量的增加,吸附能逐渐减少,蒙脱土模型的体积和c轴方向与SO_(2)吸附量成线性。弹性常数的计算结果表明,随着SO_(2)分子吸附量的增加,蒙脱土弹性常数C_(33)的变化幅度最大,降低了142.27 GPa。钠基蒙脱土结构的体积模量、剪切模量和杨氏模量都随着SO_(2)分子吸附量的增加而减少。

广西典型膨润土的应用基础性研究

论文中首先采用XRD、SEM、化学成分分析、粒度分布分析和孔径分布分析等测试分析手段,研究广西宁明、田东和宾阳的3个典型膨润土的矿物学特征,同时探讨了不同产地膨润土性能指标随蒙脱石含量变化规律的差异。结果表明,3种膨润土中蒙脱石均为二八面体钙基蒙脱石,且具有相近的阳离子交换吸附能力;宾阳膨润土孔结构发育较好,但三者的孔结构整体相差不大;3种膨润土的水化性能从大到小的顺序均为:宁明>宾阳>田东。此外,通过构建性能指标与蒙脱石含量的回归模型,可大致估计该膨润土任意蒙脱石含量样品的性能指标值,从而判断膨润土原矿提纯的必要性和可行性。

剥离态镁铝类水滑石纳米片的制备及其吸附性能

针对类水滑石因层板存在较强静电作用,难以实现有效剥离这一问题,提出利用类水滑石焙烧产物的“记忆效应”实现乙酸铵对自组装镁铝类水滑石的插层预处理,再通过高温加热使层间有机组分挥发来制备剥离态镁铝类水滑石纳米片;主要考察了过程因素对剥离效果的影响,借助XRD、TEM、AFM等测试分析手段对剥离前后样品进行表征,比较研究了类水滑石剥离前后样品的吸附性能。结果表明,当镁铝类水滑石在450℃下分解为MgO和Al_(2)O_(3)后,将上述混合金属氧化物按3 g/L的投加量投入500 mL、浓度为1 mol/L的乙酸铵溶液中,搅拌剥离12 h后,在200℃下焙烧30 min后可获得剥离态镁铝类水滑石纳米片,该纳米片粒度小、分散性好,在水中可实现重组而具有类水滑石的特征衍射峰。吸附试验结果表明,未剥离类水滑石对Cr(Ⅵ)具有较好的吸附去除效果,而剥离态类水滑石纳米片对Cd(Ⅱ)的吸附性能较剥离前明显提高自我评价。

基于改进灰狼算法的无人矿车路径规划

针对露天矿山复杂地形环境下常规的运输路径规划方法易陷入局部最优、路径收敛速度慢、耗时长等问题,提出了一种改进的灰狼算法,对无人矿车进行路径规划。考虑矿区地形坡度起伏变化的特点,通过建立坡度-速度模型,将矿区栅格环境中矿车的速度引入到上下坡行驶状态转移规则中;构造一种结合正余弦变换的收敛因子,以更好地平衡全局和局部的搜索能力;将最优灰狼个体进行随机交叉扰动,加强狼群跳出局部最优的能力。仿真试验结果表明,在20 km×20 km复杂的矿区栅格环境下,改进的灰狼算法在规划平均路径和平均运行时耗上较遗传算法、正余弦算法和传统灰狼算法分别缩短了2.53%~4.77%和3.97%~12.32%。在寻优能力、收敛速度以及稳定性等方面均优于传统算法,研究可为智慧矿山建设中露天矿山无人矿车的运输作业工作提供借鉴。

基于改进随机森林算法的岩石爆破块度预测

为提高岩石爆破块度预测效果,利用多个矿山的岩石爆破统计数据,通过影响爆破岩石块度因素的重要度计算和皮尔逊相关系数判定筛选出炸药单耗、岩石块度尺寸、岩石弹性模量以及炮孔堵塞长度与炮孔排距比(T/B)等6个特征变量作为输入参数,建立一种基于改进随机森林回归算法的爆破块度预测模型。该模型预测的爆破块度逼近真实值,预测结果的可决系数(R)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)分别为0.9881,0.0430和0.1445,相较于线性回归预测模型和BP神经网络预测模型而言,其预测效果更优,因此该模型在实际应用中更具适用性,能够为爆破参数设计和优化提供参考。