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。

水热法合成超细斜发沸石试验研究

斜发沸石具有较强的吸附和离子交换能力,在重金属和油污废水去除、制糖、造纸净化、抗菌抗癌药物助剂制备、石油化工催化裂化、国防以及CO_(2)脱除等领域应用广泛。为了获得纯度较高的斜发沸石,以NaOH、KOH、Al(OH)_(3)、Na_(2)O·nSiO_(2)、H_(2)O为原料,采用水热法制备了斜发沸石,并通过XRD和晶面分析,研究了斜发沸石的合成条件,结果表明:合成斜发沸石的最佳条件为n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))=11、n(OH-)/n(SiO_(2))=0.55、n(H_(2)O)/n(SiO_(2))=25~55、温度150℃、时间6 d,合成的斜发沸石呈片状结构,特征峰完整,纯度较高,其晶胞组成为Na_(0.36)K_(6.58)[(AlO_(2))6(SiO_(2))_(25.26)]·6.71H_(2)O,n(SiO_(2))/n(Al_(2)O_(3))约为8.5,属中硅铝比沸石。SEM分析结果显示,其粒径在1.3μm以下,表明粒度非常细;其静态水吸附量为34.3%,达到了HG/T 2690-2012《13X分子筛》中的一等品指标要求。研究成果可为高纯度细粒斜发沸石的精准合成提供借鉴。

基于最优组合权重的GRA-TOPSIS地下采场爆破方案优选模型

从经济技术、人员设备安全及爆破质量参数等3个方面综合考虑,选取15项二级指标作为影响采场爆破效果的评判标准,将AHP法与熵权法相结合进行赋权以确定最优权重,并将优劣解距离法(TOPSIS)与灰色关联法(GRA)相结合,构建GRA-TOPSIS综合评价模型。以某铜矿为例,初选5种爆破方案,根据评价指标对各爆破方案进行定量分析,得出其综合优越度,进而确定最优爆破方案。研究结果表明,5种爆破方案综合优越度分别为58.5%、62.0%、35.0%、68.7%、32.8%,即最优爆破方案为倾斜掏槽、80°倾斜崩矿。经矿山实践验证,评价结果与实际爆破效果吻合,表明将该模型用于采场爆破方案优选是可行的。

单轴循环加卸载下磷块岩能量演化特征试验研究

为探究磷块岩在受力环境下的能量演化特征,对磷块岩试件开展了单轴循环加卸载试验,通过监测试件表面红外辐射和其内部声发射信号,分析磷块岩试件在受力过程中的能量演化规律,研究结果表明:磷块岩试件临近破坏时弹性应变能聚集速率进一步减缓,耗散能明显增大,而最高红外辐射值及声发射振幅呈急剧上升趋势;磷块岩在受力破坏过程中释放的热-声信号与其所在的应力环境具有良好的同步性,声发射与红外辐射存在同一阶段内波动方向相反、整体变化趋势相同的关系,加载过程中能量的累积-耗散-释放是声发射、红外辐射产生变化的内因。从能量演化的角度分析磷块岩在受力环境下的热-声相关性规律,可以从本质上揭示磷块岩在受力过程中的热-声信号的内在联系,为磷矿山的岩爆预警提供科学依据。

海藻酸钠-聚乙烯包覆贝得石复合材料(SA-Bd@PE)去除低浓度铀酰试验研究

针对低浓度含铀废水的处理效果不理想、成本较高的问题,采用天然吸附材料并转化聚乙烯(PE)的能量来提高材料对铀酰(UO_(2)^(2+))的吸附能力。以贝得石(Bd)、海藻酸钠(SA)和PE为原料,通过交联法制备SA-Bd@PE,采用XRD、FTIR、Raman光谱、SEM和Zeta电位等分析手段对SA-Bd@PE进行表征,并对所制备的SA-Bd@PE复合材料进行吸附试验,结果表明:Bd结构发生了坍塌,SA表面更加粗糙,PE的加入使得材料结构变得松散,孔洞增多,且分散性更好;SA-Bd@PE_(10)比SA-Bd@PE_(0)的吸附性能更好,其对UO_(2)^(2+)的最大吸附量为49.71 mg/g;最佳吸附pH为5.0;吸附行为与Pseudo-second-order动力学模型和Langmuir等温吸附模型的拟合度均高达0.99,表明该吸附属于表面单层化学吸附。

湖北某中低品位胶磷矿反浮选脱镁试验研究

以湖北某中低品位高镁胶磷矿(P_(2)O_(5)品位19.37%,MgO质量分数9.90%)为研究对象,采用自制的新型反浮选脱镁捕收剂HLF,在25℃条件下进行单一反浮选试验,结果表明:在磨矿细度为-0.074 mm占70%、磷酸用量为18 kg/t、捕收剂HLF用量为1.6 kg/t的最佳条件下,得到了精矿品位为30.64%、回收率为82.05%、选矿效率为33.17%的良好浮选指标。精矿产品多元素分析和扫描电镜能谱分析结果显示,氟磷灰石与白云石实现了较好的分离。浮选优化试验结果表明,用硫酸替换磷酸作为抑制剂可达到同样的浮选效果,且能降低选矿成本。通过对比HLF和油酸钠单一反浮选脱镁指标,发现HLF相比油酸钠有更为优异的反浮选脱镁性能。研究成果可为中低品位胶磷矿的浮选研究提供借鉴。

十八胺与混合胺在氯化钾晶体表面选择性吸附的量化计算

氯化钾是我国主要的农业用肥,主要通过正浮选法从盐湖卤水中分离提取,浮选过程中起核心作用的是捕收剂。但在以传统的十八胺为捕收剂生产氯化钾时,低温下的浮选收率较低;而以混合胺为捕收剂时,低温下的浮选收率明显提高。为了解释混合胺的作用机理,研究了十八胺和混合胺在KCl和NaCl晶体表面的相互作用。通过表面能的计算确定稳定晶面的厚度及晶面结构,计算了H_(2)O分子和捕收剂在KCl和NaCl晶体表面的吸附能,结果表明:相对于NaCl,十八胺更易在KCl晶体表面发生吸附,混合胺有着对KCl更强的吸附能力;混合胺捕收剂在KCl晶体表面的吸附能小于ODA^(+)离子在KCl晶体表面的吸附能,这是由于混合胺中二十胺的加入使捕收剂的疏水基碳链长度增加,提高了捕收剂分子在晶体表面吸附后的表面疏水性;而十二胺的加入则发挥了类似起泡剂的作用,改善了捕收剂在KCl饱和溶液中的分散状态,3种胺之间产生了协同效应,提高了捕收剂对KCl的吸附能力。

煤基硬炭在钠离子电池负极材料中的应用研究进展

煤炭是全球储量最丰富、分布最广泛且使用最经济的能源之一。在可预见的未来,煤炭仍将是世界主要能源。在“双碳”背景下,探索煤炭资源的高效清洁利用是一项重要而紧迫的工作。本文简述了硬炭在钠离子电池中的存储机理,分析了以4种不同变质程度的煤作为前驱体调控硬炭结构的方式和电化学性能的差异,总结了煤基硬炭材料在钠离子电池应用中存在的共性问题,指出了目前煤基硬炭的研究重点和改进方向。研究成果可为煤基硬炭原料选择、结构调控、缺陷设计等提供参考。

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。

天然石膏制备烧石膏晶须试验研究

基于我国天然石膏资源丰富、但产品附加值低的现状,根据溶解-再结晶理论,以天然石膏为原料、硝酸为助剂,采用常压酸化法开展了高附加值烧石膏晶须制备试验研究,考查了固液比、硝酸浓度和反应温度对所得产物物相与显微形貌的影响。研究结果表明:样品中烧石膏晶须的质量分数随着硝酸浓度和反应温度的升高而升高,样品中晶须的质量分数随着固液比的增大呈先升高后降低的趋势;优化条件下所得样品的物相主要为烧石膏相,另有极少量的石膏相和硬石膏相,样品中晶须的长度为509~650μm,长径比为43~62。研究成果可为天然石膏的高值化利用提供参考。

基于遗传算法优化BP神经网络的生石膏超细磨预测效果研究

为提高BP神经网络对生石膏超细磨效果的预测准确性,采用Pearson相关系数对超细石膏粉体正交试验产品细度与影响因素的显著性进行分析,并利用遗传算法优化BP神经网络对超细石膏粉体试验产品的d_(50)和d_(90)进行预测,结果表明:超细石膏粉体制备过程中影响细度因素的显著性由大到小依次为排矿口宽度、矿浆质量分数和超细磨时间。利用排矿口宽度和矿浆质量分数两个主要影响因素,利用遗传算法对BP神经网络进行优化,与未优化的BP神经网络相比,经遗传算法优化的BP神经网络具有更高的精度,预测误差也更小,其d_(50)平均绝对误差为0.7575,均方误差为0.7977,均方误差根为0.8931,平均绝对百分比误差为4.4838%;d_(90)平均绝对误差为0.7870,均方误差为0.8294,均方误差根为0.9107,平均绝对百分比误差为1.6658%。研究成果可为超细粉体的制备提供参考。

基于硫化钠的垃圾焚烧飞灰EDTA提取液中重金属回收试验研究

为实现对垃圾焚烧飞灰EDTA提取液中重金属的回收,以硫化钠溶液为沉淀剂,探究了其用量对重金属回收率的影响,并评价了回收后重金属对环境的影响。理论计算结果表明,在pH为9~12的体系中,S^(2-)能与提取液中的重金属离子形成CdS、CuS、PbS、ZnS金属硫化物沉淀。回收试验结果表明,每处理1 L提取液,5%Na_(2)S的适宜用量为40 mL,Na_(2)S用量对各重金属元素的回收率总体上影响不大;提取液处理前,Cd、Cu、Zn和Cr的质量浓度较低,Cd、Pb质量浓度超标,尤其是Pb超出了标准限值的20倍;回收处理后,提取液中Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的质量浓度均符合GB 8978-1996的规定;浓度较高的Pb回收效果最为显著,其回收率达95.31%,浓度较低的Cd、Cu、Zn和Cr的回收率分别为63.16%、62.71%、66.37%和54.88%;Cr^(3+)虽然不与S^(2-)反应,但通过包藏、吸附等方式被其他重金属硫化物共沉淀进入重金属回收渣,从而实现分离回收;重金属回收渣中铅质量分数高达4.24%,超过了原生铅矿Pb最低工业品位的4倍多,可以作为一种炼铅资源。本工艺简单、实用性强,为垃圾焚烧飞灰综合利用提供了一条新途径。

干湿循环下炭质泥岩软弱夹层剪切强度及渗透性演化规律研究

针对云南某露天矿边坡中的炭质泥岩软弱夹层,开展了室内干湿循环加速模拟试验、直接剪切试验和变水头渗透试验,研究了干湿循环作用下炭质泥岩软弱夹层抗剪强度和渗透性的演化规律,分析了循环次数对抗剪强度和渗透系数的影响,结果表明:干湿循环对炭质泥岩软弱夹层的抗剪强度影响显著,不同竖向荷载下,抗剪强度劣化趋势基本相同;随着干湿循环次数的增加,其内摩擦角基本不变,但黏聚力显著减小,且在干湿循环1次时黏聚力减幅最大,2~7次时黏聚力劣化速率较快,在干湿循环超过7次时,炭质泥岩软弱夹层的黏聚力变化速率趋于平缓,最终拟合得出黏聚力与干湿循环次数之间的指数函数关系模型;炭质泥岩软弱夹层的渗透系数和干湿循环次数呈正相关,循环次数在0~4次时渗透系数变化较为平缓,4次之后渗透系数显著增大,在7次循环时达到最大值,之后渗透系数基本不变。研究结果可为类似矿山边坡软弱夹层的强度和渗透系数预测提供参考。

我国胶磷矿浮选药剂研究进展

我国磷矿资源丰富,以难选的中低品位胶磷矿为主。泡沫浮选是分选此类磷矿最有效的方法,浮选药剂是浮选中最重要的影响因素之一。从介质调整剂、絮凝剂、起泡剂、抑制剂及捕收剂等方面综述了胶磷矿浮选药剂在选矿工艺、药剂开发及机理研究等方面的最新进展,重点归纳了国内外磷矿抑制剂和捕收剂的研究现状与热点。药剂分子间的协同效应、多功能基药剂合成及药剂复配在处理中低品位胶磷矿时表现出了良好的分选效果,研制新型绿色高效、经济环保的捕收剂和抑制剂将是胶磷矿浮选药剂的重要发展方向。

退役锂电池带电破碎安全风险研究进展

随着新能源行业的快速发展,锂电池需求量急剧增加,同时退役锂电池产生量也越来越大,从保护环境和资源再利用的角度考虑,对退役锂电池的安全稳定回收极具现实意义。基于此,介绍了湿式破碎、低温破碎、气体保护破碎等带电破碎工艺路线的原理和优缺点,从燃烧和爆炸必须具备的三要素(可燃物、助燃剂、点火源)出发,总结了带电破碎过程中燃烧爆炸的影响因素及规律,并探讨了安全控制策略。

电辅助吸附法提锂电极循环稳定性试验研究

电辅助吸附法提锂是一种重要的盐湖提锂方法,其核心是吸附电极,吸附电极在多次提锂过程中的循环稳定性会显著影响其使用寿命,进而影响提锂的运行成本。然而电辅助吸附法提锂研究大多关注吸附电极单次提锂性能,忽略了电极循环稳定性的影响。基于此,开展了电辅助吸附法中的离子捕获系统试验,提出了镍钴锰三元电极在多次提锂循环过程中的电极脱落物理模型,即在多次循环过程中,三元电极初级晶粒首先出现裂纹,暴露出内部的二级晶粒,电压过高将导致二级晶粒出现裂纹而失效,通过控制吸附解离过程中的截止电压在1 V以下可以较好地维持电极材料的循环稳定性。

低品位滑石提纯工艺试验研究

我国低品位滑石需求量低,但高品位滑石供不应求,为了提高低品位滑石的利用价值,通过化学提纯与水热合成相结合的方法,以低品位滑石、硅酸钠为原料合成高品位滑石。分析了低品位滑石在不同时间下的酸溶解情况,探究了脉石矿物(菱镁矿)完全溶解的最佳时间。通过考查低品位滑石预处理方式、是否煅烧、前驱体形成条件、水热反应温度、时间等因素对产物结晶度和纯度的影响,得到最佳提纯合成工艺条件:在80℃下酸处理2 h后低品位滑石中的菱镁矿完全溶解;在60℃下将酸解混合液与硅酸钠混合,调节体系pH至7~8预反应6 h获得前驱体,前驱体在180℃水热条件下反应13 h,最终制备出了高品位滑石。研究成果可为我国低品位滑石的高值化利用提供借鉴。

硬岩型锂辉石浮选药剂研究进展

随着新能源产业的快速发展,全球对锂的需求量呈爆发式增长。硬岩型锂辉石是目前高品质锂产品的主要原料,其主要的选别方法为浮选法。系统总结了锂辉石浮选捕收剂、活化剂和抑制剂的类型及其特点,提出探明药剂构效关系和作用机理、研发高效高选择性的新型低温锂辉石捕收剂、针对多金属共伴生矿床研发高选择性锂辉石抑制剂及针对微细粒锂辉石研发高选择性分散剂和絮凝剂等是未来的重要研究方向。

氮化硅陶瓷低温烧结助剂研究进展

氮化硅陶瓷性能优异,然而由于其共价键较强,自扩散系数小,烧结难度较大。目前高性能氮化硅陶瓷主要通过高温气压烧结法制备,烧结温度在1800℃以上,对设备要求较高,制备成本也较高,限制了氮化硅陶瓷的实际应用。低温烧结作为降低氮化硅生产成本的有效途径之一,受到了业界广泛关注。目前国内外关于氮化硅陶瓷低温烧结的研究主要集中在烧结助剂的选择方面,烧结助剂可以分为两类:使用与SiO_(2)共晶温度较低的烧结助剂和使用多组分烧结助剂。综述了这两类低温烧结助剂的研究进展,并提出了低温烧结助剂选择的合理方案。综合来看,要在低温下制得性能良好的氮化硅陶瓷,需选用与SiO_(2)具有低共晶点的烧结助剂,并配合使用多元组分调控氮化硅陶瓷的微观结构和性能。

离子型稀土矿二维多孔注液溶液渗流及稀土离子迁移规律研究

掌握离子型稀土矿原地浸矿溶液流动及稀土离子迁移规律是保证资源高效回收的关键。传统柱浸试验无法观察到多孔注液过程中溶液流动扩散及稀土离子迁移规律,基于此,设计了二维箱型浸矿模型,以质量分数2%的MgSO_(4)溶液为浸矿剂,开展多孔注液浸矿试验,结果表明:不同区域的浸出液体积、稀土离子浸出质量以及浸出速度不同,溶液入渗方式由自由入渗转为交汇入渗;注液孔正下方区域浸出液体积最大,交汇区次之,边界区最小;注液孔正下方区域稀土离子浸出几乎无拖尾现象,浸出速度最快,交汇区域次之,边界区域最慢;通过分析矿体各区域平均浸出稀土离子质量发现,稀土离子存在随溶液从注液中心向两侧迁移的行为,孔间交汇区浸出稀土离子质量最大,矿体边界区域次之,注液孔正下方区域浸出稀土离子质量最小。研究成果可为原地浸出注液方式优化提供参考。