2023年度矿业与冶金工程学科国家自然科学基金管理工作综述

总结了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部矿业与冶金工程学科科学基金项目的申请、评审和资助情况,主要分石油工程、矿业工程、安全科学与工程和冶金与材料加工工程4大领域进行分析;同时介绍了本年度学科战略研究相关工作,并对学科下一步的工作进行了展望.

2023年全球矿业政策变化与启示

2023年,矿产资源供应安全受到世界各国普遍关注,国际竞争日趋激烈,主要资源国家矿业政策体系密集调整。发达国家发布或更新关键矿产战略,不断拓展国际矿业合作联盟,保障关键矿产安全供给。发展中国家通过修订矿业法,收紧关键矿产出口管制,实施勘查激励计划等措施强化资源主权,提高资源价值。发达国家关键矿产国际结盟态势助推供应链对华“去风险”,发展中国家产业链本土化需求或将催生产能和配套基建合作机遇期,全球矿业政策调整总体呈现区域化、本土化、绿色化的趋势,海外矿业投资面临东道国矿业政策频繁变动和地缘冲突加剧等多重挑战。建议探索建立具有更广泛包容性的全球关键矿产专门合作框架,谋划布局矿业国际产能合作基地,健全海外矿业投资保护体系,建立风险防范与应对机制,共同推动全球资源治理与矿业可持续发展。

2022年度矿业与冶金工程学科国家自然科学基金管理工作综述

总结了2022年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部矿业与冶金工程学科科学基金项目的申请、评审和资助情况,主要分石油工程、矿业工程、安全科学与工程和冶金与材料加工工程4大领域进行分析;同时介绍了科学基金项目的结题审查和中期检查情况,并对学科下一步的工作进行了展望.

基于大数据的中国稀散金属矿成矿规律定量研究

地质大数据推动地球科学研究逐渐从定性研究向半定量研究、定量研究迈进。稀散金属(锗、镓、铟、铊、铼、镉、硒、碲)是我国的优势矿产资源,因传统用途局限,研究相对不足。本文通过对759处稀散金属矿床(点)资料的系统梳理,定量分析了542处稀散金属矿产地(含矿点)的成矿密度、成矿强度及各成矿期稀散金属矿的成矿强度问题。研究结果表明:中国稀散金属矿床空间分布广泛但相对集中,可划分为七大主要资源集中区;广西、云南矿床(点)数量最多(61处),云南资源储量最大(24×10^(4)t),河南是稀散金属矿成矿密度最大、成矿强度最强的省份(3.4处/10^(4)km^(2)、8100 t/10^(4)km^(2))。中国稀散金属矿床时间分布不平衡,燕山期是主要成矿阶段,成矿密度最大达2.3处/Ma,而喜马拉雅期成矿强度最强,稀散金属资源储量超4000 t/Ma。划分了18个稀散金属矿集区,兰坪-普洱(DM-J13)成矿强度最大。今后应加强稀散金属综合研究,加强其地质找矿与开发利用,促进新质生产力的形成与发展。

中国稀散金属矿资源概况

中国稀散金属资源丰富,在全球占有重要的战略地位。对中国542处矿产地(包括759个矿床/点)的稀散金属资源调查数据分析表明,目前中国已查明稀散金属资源储量102.82万t,其中,镓矿44.65万t,锗矿1.39万t,铟矿2.52万t,铊矿2.96万t,镉矿47.12万t,硒矿2.56万t,碲矿1.53万t,铼矿893.00 t。中国稀散金属资源具有如下特征:①分布广泛,但主要集中在西南地区、中南地区和华北地区,云南、河南、广西、内蒙古、山西、贵州、广东等是稀散金属资源较丰富的省(区);②独立矿床极少,但资源储量占到全国稀散金属资源总量的6.64%;③矿床规模以中、小型为主,但大型矿床和超大型矿床资源储量占全国稀散金属资源总量的80%以上;④主要伴生在铅锌多金属矿、铝土矿和煤矿中,3类矿床中的稀散金属资源储量占全国稀散金属资源总量的80%左右;⑤总体综合利用率较低。中国镓、锗、铊资源的储备充足,但硒、碲、铼、铟、镉资源相对缺乏。

中国铼资源特征及其勘查开发利用现状

铼(Re)是重要的战略性新兴产业矿产,在现代国防和工业及新兴领域具有广泛的用途。本文在《中国矿产地质志·稀散金属矿卷》研编的基础上,对中国铼矿资源特征和勘查开发利用情况进行进一步总结,认为我国铼矿资源分布比较集中,具有较大的成矿潜力和找矿空间。近年来,铼的矿产勘查取得了重要成果,据不完全统计,截至2021年底,共获得铼查明资源储量787.41 t。从世界上看,铼的规模生产开始于1930年。与世界相比,中国铼工业发展并未形成规模,仍处于初级阶段,且其开发利用严重依赖寄主矿床的开发利用。借鉴国外铼资源的开发利用史,铼的应用从添加剂到催化剂到航空发动机再到量子计算,每一次技术革新都带来对铼资源需求的增长。预测未来10~20 a国内铼的应用将更加多元化,需求也将达到高峰期,铼资源保障程度有待于进一步提高。建议开展全国铼矿资源潜力评价,查明铼的可用资源量和潜力,加强铼资源综合利用和回收产业化,建立铼的战略储备机制。

中国锗矿资源保障程度与潜力评价

中国的锗资源主要以伴生形式产出,得益于国内庞大的铅锌冶炼产能和煤炭消费的支撑,已成为全球最大的锗生产国。2020年,全球锗总产量为140 t,其中,中国产量为95 t。在储量方面,中国保持全球第二的地位,仅次于美国。锗作为半导体产业中的关键金属之一,其资源保障愈加受到重视。本文科学评估了中国锗矿资源的保障程度与潜力,通过深入调查和分析,掌握了详尽的资源分布、开采利用、成矿作用等信息,总结了中国锗矿的空间分布规律,伴生锗的富含硫化物铅锌矿主要分布于扬子地块边缘和粤北地区,煤中锗矿分布于二连盆地-海拉尔盆地和滇西三江等两大成矿区带。综合成矿地质条件和未来需求预测等因素,评估中国锗矿资源保障程度存在一定忧患,建议加强锗矿床成因和成矿规律研究,促进勘查增储,指出川滇黔、粤北富锗铅锌矿富集区、滇西富锗煤盆地等找矿方向,提高综合利用水平、提升中国锗资源话语权、健全锗资源保护利用与储备体系。本文研究结果为锗矿资源的管理与开发提供了重要参考,对于保障国家锗资源供应、提升资源利用效率具有重要意义。

中国碲资源特征及勘查开发利用现状

碲(Te)是重要的战略性新兴产业矿产资源,在现代国防和工业及新兴领域具有广泛的用途。本文在《中国矿产地质志·稀散金属矿卷》研编的基础上,对中国碲矿资源特征和勘查开发利用现状进行了系统梳理和总结,提出中国碲矿以伴生矿为主,独立碲矿床仅1个(四川大水沟);已查明碲矿资源储量集中分布在广东、江西和甘肃,3省碲资源量占全国资源总量的93.08%;伴生大型、超大型碲矿(大宝山、城门山、金川和白家咀子)具有较大的成矿潜力和找矿空间;目前,中国碲工业发展仍处于初级阶段,开发利用严重依赖于寄主矿床。随着太阳能电池、航空航天等技术的快速发展,碲矿资源需求将逐步加大,碲资源供应缺口即将来临。为了确保中国乃至全球碲资源的可持续供应,中国应加大碲资源的勘查力度,提高碲矿的提取技术,从而提高自身的碲产量和供应能力,推动碲产业的发展,减少对外依赖。这不仅有助于保障国家经济发展的需要,也有利于加速中国在碲相关产业领域的技术进步和国际竞争力的提升。

2021年度矿业与冶金工程学科国家自然科学基金管理工作综述

总结了2021年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部矿业与冶金工程学科科学基金项目的申请、评审和资助情况,以及科学基金项目的结题审查和中期检查情况,介绍了学科发展战略调研的相关工作,并对学科下一步的工作进行了展望.

金属矿山井巷建设工程碳排放智能测算方法

深入研究金属矿山井巷建设工程的预算定额编制特点,提出基于矿山建设直接系统和辅助系统的双路径碳排放测算架构和计量模型,以实现井巷工程建设期全流程智能碳排测算统计、碳排路径分析及碳排放大户筛分等功能.结合现场工段施工台班表,深度分析多级剖分下各层级最小单元过程的物质名录清单,总结归纳金属矿山井巷建设工程特有的碳排放因子数据库.利用MySQL关系型数据库形式搭建金属矿山井巷工程十大碳排放基础数据表,同时各数据库由唯一标识码进行标记.最后,利用MATLAB app designer为十大基础数据表建立高效的索引调度机制,并利用整合的双路径碳排放计量模型对金属矿山井巷建设工程开展精细化碳排放测算分析.案例结果显示,本方法能够为金属矿山井巷建设工程在施工前期提供细粒度碳测算分析数据,为后续施工组织设计、低碳技术部署提供具体的数据依托.

全球镉资源现状与贸易格局分析

镉作为一种稀散金属,既是传统工业中重要的原料,又是对战略新兴产业发展至关重要的新型材料。本文围绕全球镉资源的分布、生产、消费、价格及回收利用等基本情况进行了论述,并采用复杂网络方法探讨了全球镉资源贸易格局。研究发现全球镉储量和产量虽然分布集中,但储产分离现象较为显著,中国在全球镉储量和产量方面占据首位。全球镉产量受环境保护政策的影响增速缓慢,作为全球第一产镉大国,近年来中国镉产量占全球产量的40%左右。全球镉消费结构从电池、颜料、稳定剂、涂料等传统领域向珠宝合金、太阳能薄膜、红外设备和核工业等战略新兴产业延伸。消费国家也从比利时、日本等发达国家向印度、中国转移,近年来中国镉消费量一直位居全球首位。镉价格近年来逐步上涨,主要受碲化镉太阳能电池等战略新兴产业需求增加的影响。尽管镍镉电池的回收率较高,但随着替代品的出现,部分镉产品可能会从回收循环中消失。受其环境污染特性的限制,预计未来镉在传统领域的消费占比将进一步降低。全球参与镉贸易的国家呈下降趋势,但处于网络之中的贸易量相对增加,主要进出口国家集中度较高。贸易地位从比利时、法国、中国、德国等国家逐渐向中国、韩国、日本、印度等亚洲国家转变,其中印度作为新兴的镉贸易国,对全球镉贸易格局将产生重要影响。

试论稀散金属矿产与新质生产力

稀散金属(锗、镓、铟、铊、铼、镉、硒、碲)并不被社会大众所熟悉,但在我国却属于优势矿产资源。稀散金属在传统产业中的用途比较局限,用量也不大,有的金属全世界一年也就用十几吨。但是,这8种金属个个“身怀绝技”,对战略性新兴产业和未来产业至关重要。比如,镓在液态金属、锗和铟在电子工业、镉在军工领域、铼在战机发动机、碲和硒在光电产业、硒和铊在生物医学领域都具有不可限量的发展潜力。战略性新兴产业和未来产业又是国际竞争的关键环节和焦点领域,需要新质生产力来支撑。加快形成与稀散金属密切相关的新质生产力,是实现高质量发展、构建新发展格局的重要路径,也是保障国家经济安全的客观需要。稀散金属也是我国矿产资源领域安全保障体系的重要组成部分。因此,加强对稀散金属矿产资源的勘查、开发与管理,理清稀散金属与新质生产力之间的内在逻辑,探索关键矿产找矿工作部署的战略构想,通过创新引领,加快新一轮找矿突破战略行动的实施步伐,加深社会各界对于稀散金属重要性的认知程度,鼓励全社会加大地质找矿投入的力度,对于保障能源资源安全、增强发展新动能具有重要的意义。

主体资质欠缺之采矿权转让合同效力的裁判路径与规则重塑

主体资质欠缺之采矿权转让合同效力裁判路径的多样性与理论证成的多元性构成了司法实务的难点。主体资质欠缺之采矿权转让合同效力的判断与未经审批之采矿权转让合同效力的判断具有牵连性,但又呈现出独立的规则特征,其裁判路径的多元性以及理论阐释的多样性,决定了研究价值的继续存在。裁判规则的统一、诚信守约人的保护以及采矿权高效流转等价值目标对裁判规则的重塑提出制度供给的需求。《矿产资源法》修订应注意区分采矿权资质对采矿权持有与行使的不同关系,完成主体资质与合同效力的松绑,实现采矿权转让主体资质与采矿权转让合同效力的彻底剥离,同时应明确规定采矿权转让合同原则上自成立之日起生效,避免解释论层面的不必要纷争。此外,《矿产资源法》修订需严格绑定主体资质与采矿权行使的关系,将国家对矿业秩序的要求植入采矿权的具体行权过程。司法实践可考虑适用《民法典》第215条确立的区分原则,采合同有效说作为修法尚未完成的过渡方案。

我国洁净煤技术2035发展趋势与战略对策研究

煤炭在我国能源结构中长期保持基础性地位。实现煤炭资源的清洁高效利用,亟待大力发展洁净煤技术。本文在界定洁净煤技术概念的基础上,辨识了洁净煤技术的先进性特征,预判了面向2035的关键前沿技术,结合国内外主要前沿技术的发展现状,明确了我国洁净煤技术发展战略目标与路径,据此提出了相应的政策建议。研究发现,我国在700℃超超临界、整体煤气化联合循环/整体煤气化燃料电池联合循环(IGCC/IGFC)等先进发电技术及煤炭深加工产业的技术研发、装备制造和工程示范等方面具有一定的国际竞争力,但在自主创新能力、体制机制、区域或企业间平衡发展等方面仍存在诸多问题,应当着眼于煤炭能源长远发展,前瞻规划面向2035的洁净煤技术与产业发展方向,积极部署先进技术研发与工程示范,全面提升我国洁净煤技术发展水平,有效改善煤炭清洁高效利用的产业发展环境。

离子型稀土矿开发的历史回顾——纪念赣州有色冶金研究所建所60周年

赣州有色冶金研究所作为我国南方离子吸附型稀土的主要发现、命名和两代提取工艺的发明单位,几十年来围绕它们的开发和应用,进行了大量的研究工作,获得大批成果.但是,由于国家保密的限制,矿山生产工艺长期处于保密状态.随着项目的解密,文中将重点围绕离子型稀土矿山的开发,作出一些简明的历史性回顾.文中介绍一种全新的稀土矿种——"离子吸附型"稀土矿,并按稀土配分的特点而划分的三大类型离子矿,矿山开采的第一代工艺——"池浸工艺"(现已淘汰),第二代工艺——"原地浸出"工艺,同时概要性地介绍开采现状,涉及的工艺技术,完全拥有自主知识产权.

基于Ventsim的王楼煤矿通风系统优化研究

王楼煤矿具有长距离通风系统的特点,尤其是随着七采区的开采,通风系统阻力分配不均、通风系统稳定性差的问题愈演愈烈。为此,在获取通风基础参数的基础上,利用Ventsim建立矿井三维可视化模型,提出3种优化方案并通过模型预测各方案所能达到的预期效果。同时,提出基于博弈论组合赋权加权秩和比法的矿井通风系统方案优选模型,确定方案1提出的七采区专用回风巷贯通为最优方案。现场实践表明,矿井风机运行速率提升,阻力分布趋于合理。方案优选模型对于同类型矿井改造具有借鉴意义。

450m^2烧结机优化配矿与生产实践

在实验室对几种常用进口矿粉烧结基础性能研究的基础上,与太钢自产超细尖山粉进行了优化配矿研究,得出了在太钢自产细精矿比例为38%时,与进口粉合理配矿的使用技术,通过实施选择合理成分、调整工艺技术参数等系列有效措施,使450 m2烧结机所产烧结矿质量满足4 350 m3高炉的生产要求,并为其快速达产提供了技术保障。随着矿粉市场价格的进一步上涨,为了降低烧结配矿成本,进而减少进口粉配比,提高自产超细精矿粉比例到50%以上,通过采取一系列有效措施,烧结配矿成本降低约5800万元/年,生产的烧结矿完全能够满足高炉生产需求并为4 350 m3高炉增铁节焦,指标优化奠定了基础,取得了较好的效果。

考虑岩体性质空间变异的岩爆倾向性概率评估

为了探究更为符合工程实际的岩爆倾向性评判方法,对岩爆倾向性及其不确定性问题进行了研究.首先,建立改进的黏结强度弱化-摩擦强度强化模型,结合能量指标实现岩爆倾向性分析;依托埋深超千米的大红山铜矿工程,将点估计-有限元分析应用于岩爆倾向性评判,构建分析模型;进一步求得岩爆倾向性的概率模型,并得到直观的概率分布情况.结果表明:所用本构及指标可较好地进行岩爆倾向性分析,考虑参数变异性后,95%置信度的岩爆深度与现场记录深度吻合度较高,岩爆角度范围也基本吻合,比仅取定值更为准确,验证了所作不确定性分析的可行性与正确性.不同统计指标符合不同的分布函数,岩爆深度、范围角及完全能量释放值的最优分布分别为Normal分布、Gamma分布及Lognormal分布.基于深度及范围角指示,以80%、40%、20%为界限,可将倾向性概率划分为极大、大、中、小四个等级区间,岩爆区域的概率分布图可以更为直观合理地判断出岩爆破坏的区域和概率.研究结果对岩爆支护及风险评估具有参考意义.

中国硒矿的矿床类型、分布与资源潜力

作为战略性新兴矿产之一的硒,在电子、化工、医学、半导体、光伏、空间探测等产业的众多领域都有重要的应用。目前,中国的硒资源供需矛盾十分突出,摸清中国硒资源的家底,合理利用和开发硒资源,是保障国家硒资源战略安全,推动相关产业高质量发展的关键。本文对中国92个硒矿床进行了资料收集与整理,归纳总结了中国硒矿床的成因类型与时空分布特征,分析了硒资源潜力。研究结果表明:中国硒矿床的成因类型主要为岩浆熔离型、矽卡岩型、斑岩型、岩浆热液型、海相火山岩型、陆相火山岩型、浅成中低温热液型、化学或生物化学沉积型;中国硒矿床自元古代到新生代均有产出,但大部分集中在中生代,其次是晚古生代和早古生代,其他时代的硒矿床数量较少。根据中国硒矿床的矿床类型、分布特征,划分南阿尔泰-北准噶尔、东天山、阿拉善、北祁连、西秦岭南亚带、东秦岭、湘鄂西-黔中南以及长江中下游共8个中国潜在硒矿资源矿集区。

基于本体的三稀矿产知识图谱构建

长期以来,我国地质工作者开展了大量的三稀矿产调查研究工作,积累了海量的地质勘查资料,其中蕴含了极为丰富的三稀矿产矿床地质特征、矿床成因、矿床地质环境、构造背景等相关知识。如何集中管理这些数据,并且使用一种形式化的方式进行表达以支持地学知识的计算和推理,成为当前地学人工智能领域的热点问题。本文引入知识工程中知识抽取、知识表示技术,基于三稀矿产有关的非结构化数据,开展知识图谱构建。首先,明确了三稀矿产的概念、实体、关系,建立了三稀矿产的知识体系,并以此建立三稀矿产本体;其次,根据建立的三稀矿产本体使用深度学习的方式抽取知识,建立三稀矿产知识图谱;最后,为了直观表达实体之间的关系,以及矿床本体的属性集合,使用Neo4j图数据库存储三元组,将知识图谱可视化。本文的研究成果可提供三稀矿产科研、管理、三稀矿产知识获取、三稀矿产知识分析、三稀矿产知识可视化等功能,为三稀矿产领域知识图谱构建提供一个应用范例,也为后续基于知识图谱的地学知识推理、识别和管理矿产资源、成矿预测等应用提供支持。