白云鄂博矿矿区外围及周边稀土资源评价

位于内蒙古自治区包头市的白云鄂博矿,是世界上已知最大的稀土矿床。本文通过对现有地质及遥感资料的分析,对矿区外围及周边稀土资源分布进行研究,找到这些地区仍有稀土资源存在的证据,为矿山寻找接替资源,增加矿山储量提供依据。

拉曼Mapping研究白云鄂博萤石型稀土矿物赋存特征及分布规律

白云鄂博矿以资源丰富、储量巨大而闻名。其中独居石矿物是主要稀土原料之一,在冶金、军事、化工材料等领域都有广泛的应用。前人已经对白云鄂博矿物学特征进行了充分的研究,随着开采深度的增加,原生矿物增多,对现阶段稀土矿物赋存状态有待深入了解。利用拉曼Mapping成像技术结合扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)与能谱议(energy dispersive spectrometer,EDS)方法,能够对白云鄂博共伴生矿物赋存特征进行更深的研究。EDS与能谱结果显示:矿物扫描区由萤石、重晶石、独居石、磷灰石和铁矿物构成。拉曼Mapping分析显示:显微共聚焦图下扫描基底为萤石矿物(CaF 2),拉曼特征峰普遍出现在220~650 cm^(-1),与已知文献报道的萤石拉曼峰略有不同。较大颗粒为重晶石矿物(BaSO 4),为典型的硫酸盐矿物。中等颗粒大小为独居石矿物(Ce,La,Nd)PO 4,细小颗粒集中区为磷灰石矿物(Ca 5[PO 4]3F)。虽然独居石与磷灰石都为典型的磷酸盐矿物且具有相同磷酸根结构,但由于外部金属阳离子的结合种类不同,其拉曼峰位也不相同。拉曼Mapping结合EDS分析矿物的赋存特征及分布规律关系为:独居石呈板状或块状分布在重晶石与磷灰石中间或磷灰石与萤石矿物之间,粒度约为50~120μm。重晶石矿物颗粒较粗呈块状集合体分布,颗粒大小为50~200μm,常与独居石共生,矿物颗粒紧密生长。磷灰石呈细粒状或块状,星散分布在独居石与重晶石周围,类似侵染分布在萤石中。少量磷灰石颗粒与独居石相互交代成不规则共生体,大部分磷灰石呈单体分布在矿物之间。萤石矿物中富集最多,占比约55%,与独居石、重晶石、磷灰石、铁矿物伴生。从赋存状态上判断形成时期应早于其他伴生矿物。对矿物成因复杂,共伴生矿物极多白云鄂博矿床。EDS虽能分析矿物学基本关系,但独居石与重晶石矿物中的能谱图部分重合。是由于能谱扫描Ba,S与稀土元素Ce,La,Nd时激发能量线系太相近以及能谱分辨率较低。利用Mapping成像技术对于矿物鉴定上具有简单、可靠的优点,可以弥补EDS分析误判拉曼Mapping为矿物学分析提供一种新的鉴别思路,同时也为白云鄂博矿物的鉴定提供了参考性的拉曼光谱。

拉曼Mapping研究霓石型稀土独居石矿物分布特征和取向相位

在地球科学等研究领域自动化分析,逐步取代了传统的光学观察法。然而,这些方法获得结果,过于依赖元素组成到矿物组成的转换。同时,也会破坏掉完整描述矿物材料来源和蚀变历史所需的重要信息。因此,利用合适的检测手段,对分析矿物成矿规律及成因具有重要现实性意义。研究利用拉曼Mapping、光学显微镜、自动矿物分析仪(TIMA)三种技术做对比。对具有代表性霓石型稀土矿物分布特征、化学成分、矿物结构及晶体取向等方面进行研究。通过TIMA与光学显微镜研究结果分析可知,独居石矿物多呈自形-半自形不等粒结构,粒度大小不均约为100~500μm之间,部分颗粒有被磷酸盐溶液交代痕迹,可初步判断独居石矿物经多期成矿;氟碳铈矿物呈细粒状分布较散以不规则颗粒包裹在其他矿物中,具有明显的早期成矿特征;易解石矿物以不规则团块状或放射状集合体,具有明显方向性与方解石形成时间一致。利用拉曼光谱技术在微区进行Mapping扫描,通过数据分析得到独居石矿物[PO4]3-的P—O对称伸缩模式(ν1)与P—O对称弯曲振动模式(ν2)所在峰位面积比值,得到独居石矿物不同生长取向相图。经与独居石矿物光镜特征相结合,进一步证明了浸染状霓石型铁稀土矿石中独居石矿物是多期成矿的事实,成矿期数最少为三期。该发现也为白云鄂博矿床多阶段成矿提供有力证据支撑。此外,该技术也可作为一种快速判断磷酸盐矿物不同生长取向的图像方法。该技术对于碳酸矿物、硫酸盐矿物也同样适用。由此可扩展到多种矿物类型,成为判断矿物多期成矿事实提供了重要依据。也为拉曼Mapping技术应用于复杂矿物的矿物学研究矿物的赋存特征奠定基础。

添加剂对褐铁矿煤基直接还原强化作用研究

利用热重分析法探索了碳酸钠、硼砂和氟化钙3种添加剂对褐铁矿煤基直接还原行为的影响。结果表明,3种添加剂都能使褐铁矿球团在还原过程中失重率增加;3种添加剂都可以降低褐铁矿球团达到最大反应速率时的温度,最低温度依次为984℃、964℃和986℃;硼砂使得褐铁矿球团最大反应速率提高显著,提高幅度为0.29%/min,碳酸钠和氟化钙为0.1%/min和0.06%/min,硼砂的还原效果最优。3种添加剂的强化还原机理为:碳酸钠可以增强碳的气化反应以及产生碱金属效应;硼砂有助于还原过程中原子的传输;氟化钙改善还原动力学条件,促进离子间的相互扩散。

高铁煤泥作还原剂直接还原褐铁矿研究

以高铁煤泥为新型还原剂,直接还原褐铁矿。通过与无烟煤对比,探索了还原剂用量、还原温度和还原时间对褐铁矿直接还原的影响。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段,研究了褐铁矿原矿及其煤泥球团在不同温度下的物相和形貌。结果表明:煤泥用量25%,经1 200℃直接还原20 min后,可得到金属化率86.4%的金属化球团。在直接还原反应中,不仅包括铁氧化物向金属铁的还原,而且存在中间产物与脉石反应生成铁橄榄石和铁尖晶石再还原生成金属铁,金属铁在产物中主要以金属铁颗粒的形式存在,渣铁相界面分明,最佳状况下渣相中检测不到铁氧化物,煤泥中的铁氧化物随反应的进行被还原为金属铁,一定程度上提高了球团金属化率。

添加聚乙烯的煤部分气化电-气联产系统分析

设计并模拟了以循环流化床技术为龙头的煤部分气化电-气并联型联产系统,研究了不同聚乙烯添加比例、不同分流比的系统特性。结果表明,随着聚乙烯占比的增大,煤炭相对节省率相应提高,而整体多联产系统的热效率则在聚乙烯占比约为25%时达到最大值59.5%;随着气电分流比的增大,系统的热效率也增大,在聚乙烯占比为25%的系统中,气电分流比为0∶1时,系统热效率高出传统的IGCC系统2%。

基于流化床的煤部分气化ASPENPLUS模拟

运用Aspen Plus,基于Gibbs自由能最小化原理对流化床煤部分气化过程进行建模分析。通过设定非均相反应的趋近平衡温度修正了气化热力学模型。结果表明所建模型可以较好地描述煤部分气化的产物分布特征。

机械力-微波活化对稀土尾矿NH3-SCR脱硝性能的影响

因为稀土尾矿中矿物复杂的连生关系,使其部分矿物在脱硝反应过程中并不能充分暴露发挥作用。本文采用机械力微波活化稀土尾矿,利用正交试验方法研究机械力微波活化参数对稀土尾矿NH_(3)-SCR脱硝性能的影响,借助XRD、SEM-EDS、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD、BET等表征手段分析了机械力微波活化对稀土尾矿性能的影响。实验结果表明,稀土尾矿对活化参数的敏感性为:球料比>转子转速>球磨时间=球直径比>微波焙烧时间=微波焙烧温度=微波焙烧功率,机械力微波活化最优参数为球磨2h、转子转速300r/min、球料比1∶1、球直径比1∶1∶1、微波焙烧温度250℃、微波焙烧时间20min、微波焙烧功率1100W,活化稀土尾矿脱硝效率最高提升了40%。活化后,稀土尾矿催化剂的比表面积、矿物分散度、表面酸性位数量和氧化还原性能均得到了提升,弱酸、中强酸和强酸活性中心均匀分布有利于脱硝反应。赤铁矿暴露程度越高,越有利于稀土尾矿脱硝反应过程。

微波预处理对白云鄂博矿矿物加工效率的影响

利用微波的选择性加热特点,在白云鄂博矿矿物加工的若干个节点嵌入微波预处理以期提升矿物加工的效益。系统测试了微波预处理白云鄂博矿对磨矿过程能耗以及磨矿产品特征和可浮性的影响,发现"破碎-微波预处理-磨矿"方案要优于"微波预处理-破碎-磨矿"方案。微波预处理提高了白云鄂博矿的可磨性,减少了能源消耗。借助XRD的检测手段,确定了微波预处理白云鄂博原矿时既能产生裂隙又不使氟碳铈矿物矿相发生变化的作用时间最长为300 s;同时,浮选稀土结果也显示微波预处理时间少于300 s时白云鄂博稀土矿物可浮性没有明显变化,可推断矿相没有改变。微波预处理白云鄂博提高了水力破碎的产率,间接证实了微波作用使不同矿物间产生裂隙的假设。实验发现微波干燥提高矿物的干燥效率,能耗是常规干燥的四分之一,并随着矿物的质量的增加微波干燥的高效愈加明显;而且微波干燥后的浮选稀土的指标高于常规方法干燥的矿物。

稀土资源投资决策研究——以白云鄂博氧化钪为例

稀土资源是世界公认的关键矿产资源,也是中国的优势矿产,高效利用稀土资源不仅关系到稀土企业的利益,也关系到稀土产业的发展和国家的资源安全。通过构建AHP-熵权法的综合评价模型和实物期权理论的投资决策模型可以评价白云鄂博稀选尾矿氧化钪综合利用项目的技术可行性和经济可行性。结果表明,相对于传统的提钪方法,该项目在生产效率、废弃物排放等层面具有明显优势,在相同情况下产能更大、环境危害更小,技术上具有可行性;该项目的全部价值为16.66亿元,ENPV>0,说明该项目在经济层面也具有可行性。

浮选提高混合稀土精矿品位实验研究

稀土精矿多采用硫酸高温焙烧法提取稀土,对环境造成严重的污染;而碱法生产稀土虽然污染较小,但对原料稀土品位要求较高。采用浮选方法提高稀土精矿的品位,为后续碱法生产稀土提供了优质的生产原料;本文研究了抑制剂、捕收剂、新型起泡剂用量和刮泡时间对粗选稀土精矿品位和回收率的影响。结果表明,粗选适宜的药剂制度为:抑制剂水玻璃用量3 kg/t、捕收剂LF8#用量3.5 kg/t、FM-132新型起泡剂用量50 g/t,刮泡时间4 min。此条件下,稀土品位为55.81%,回收率为74.91%。基于粗选实验的基础上,采用"一粗二精一扫,中矿顺序返回"的闭路流程可获得品位61.66%、回收率92.85%的稀土精矿。

化学镀铜对贮氢合金La_(0.75)Mg_(0.25)Ni_(3.2)Co_(0.2)Al_(0.1)电极性能的影响

采用化学镀铜的方法,对A2B7型贮氢合金La0.75Mg0.25Ni3.2Co0.2Al0.1进行表面包覆处理,系统研究了不同温度下表面包覆铜对La0.75Mg0.25Ni3.2Co0.2Al0.1合金电极电化学性能的影响。结果表明:与未包覆相比,包覆后合金电极的高倍率放电性能、交换电流密度、氢的扩散速率和循环寿命均得到明显的提高,并且随着镀铜反应温度的升高而增大,但合金电极的最大放电容量有所降低。

季节性冻融作用对土壤吸附稀土元素镧的影响

通过室内模拟,研究冻融作用对土壤理化性质的影响,并分析不同冻融频次对土壤吸附稀土元素镧的影响,探究其影响机制。结果表明,随着冻融频次的增加,土壤pH升降变化幅度不大;有机质在冻融频次为二次时,达到最大值42. 61 g/kg,且随着冻融频次的增加呈现下降趋势;游离氧化铁由7. 67 g/kg下降到3. 62 g/kg后上升到13. 47 g/kg。同时,土壤对稀土元素镧的吸附量随冻融频次的增加而逐渐减小。经过8次冻融,土壤对镧的最大吸附量由1. 89 mg/g下降到1. 09 mg/g,说明冻融作用对土壤吸附稀土元素镧有抑制作用,这与冻融作用改变了土壤的理化性质有关。冻融作用改变了土壤对稀土元素镧的吸附机制,使专性吸附向非专性吸附转变,促进了稀土元素镧向土壤中的解吸和释放,增加了土壤中镧的生态风险。

内蒙古自治区生态承载力历史演化及预测

论文选取中国重要的生态屏障内蒙古自治区为研究对象,通过收集研究区2010-2018年生态、环境和社会经济各类指标数据,建立生态承载力三维评价模型,采用主、客观综合赋权法对模型中的指标进行赋权,计算研究区生态承载力现状及对其变化敏感的指标,并预测未来发展趋势,为保护我国北疆的生态环境安全提供科学依据和数据支撑。研究结果表明:影响研究区生态承载力的主要指标为人均水资源量和森林覆盖率,研究区整体生态承载力呈逐渐上升趋势,但短期仍处于中低水平,需加强生态、环境与社会经济的互相协调与可持续发展。未来,研究区生态承载力将逐渐增高,增长速率加快,对经济和社会的发展更具包容性。

置有竖直隔板鼓泡流化床物料停留时间

采用平均停留时间法研究了Geldart B类固体颗粒在内置竖直隔板鼓泡流化床的停留时间,在冷态试验台基础上研究了进料速率、流化风速、粒径、内置竖直隔板等因素对颗粒停留时间的影响。实验表明,进料速率、流化风速为影响停留时间的主要因素,且在一定的范围内三者之间有固定的关系,料径和中间的隔板高度的影响不大,两侧通流高度对停留时间几无影响。实验结果可为磁化焙烧鼓泡流化床物料停留时间和工业上采用竖直隔板提供理论依据。

Bacillus pumilus菌剂与化肥配施对油麦菜生长和品质的影响

Bacillus pumilus菌株隶属芽孢杆菌属,其有利于促进植物的生长和营养吸收。为探讨该菌株对植物生长及营养品质的应用价值,将该菌株与化肥进行不同配施处理,进行油麦菜盆栽试验。结果表明,B.pumilus菌剂与化肥配施对油麦菜有促生作用且提高,其品质,氮磷肥与菌剂配施使油麦菜株高、鲜重和干物质量比对照分别高26.54%、353.95%和303.83%,根长、根鲜重、根干物质量分别高210.18%、163.89%和328.30%;化肥与菌剂配施对油麦菜的促生效果较单施菌剂亦有显著增加,菌剂与化肥配施处理后维生素C和总糖含量比对照分别高100.00%和283.50%,同时对油麦菜中的钾、镁、钠含量有一定的影响。另外,B.pumilus菌株具有解有机磷及无机磷的能力,这可能是其促进植株生长的作用机制。可见,B.pumilus菌剂与化肥配施后的促生效果较好,可促进油麦菜的生长及其品质的提高。

柔性弛豫铁电薄膜储能稳定性研究

采用溶胶-凝胶法在旋涂有(100)取向的镍酸镧(LaNiO 3)底电极的镍箔基底上制备了0.5 PbTiO 3-0.5 Bi(Mg 0.5 Ti 0.5)O 3(0.5 PT-0.5 BMT)弛豫铁电薄膜.研究了在不同曲率和不同循环弯曲次数下,薄膜的储能密度和储能效率的变化.结果表明:该薄膜为纯钙钛矿结构且结晶性能良好,其弥散系数为1.7,并且该薄膜在不同频率及温度下表现出良好的储能稳定性;在不同曲率和循环下,柔性铁电薄膜表现出了良好的储能稳定性,储能密度最大变化率为1.4%,储能效率最大变化率为0.7%.

一种特殊矿渣玻璃陶瓷新材料的研发

全面总结采选冶废弃物绿色高值化利用课题组十几年来利用包头白云鄂博尾矿、包钢炉渣与电厂粉煤灰等工业废弃物为主要原料制作特种辉石基玻璃陶瓷的研发结果,给出了该材料制备工艺及产品性能的详细报告.通过研究铁、镧铈复合稀土氧化物及氧化铌的作用机理,发现了许多重要现象,探讨了以成分乱杂废弃物为原料制作兼具高硬度、高强度、高耐磨性、高耐酸碱腐蚀的有巨大应用前景的玻璃陶瓷材料的原因.结果可为矿冶废弃物的高值化利用、保护资源与环境提供有价值的借鉴.

加入聚乙烯的含碳铁矿球团的直接还原

以包头地区褐铁矿和无烟煤为主要原料,加入聚乙烯颗粒制成含碳铁矿球团,直接还原制备珠铁.考察了还原温度、还原时间、配碳量及聚乙烯加入量对含碳铁矿球团直接还原的影响.结果表明,影响含碳铁矿球团还原率的因素为还原温度、还原时间、配碳量、聚乙烯加入量.最佳还原条件为C/O摩尔比1.2,加入聚乙烯量4%(ω),1350℃下保温5 min.该条件下产物还原率最高,达99.87%.加入一定量聚乙烯可缩短球团还原时间、降低还原温度、提高还原效率.添加2%CaF2不仅使渣铁分离效果明显,且分离的渣可自然粉化,有利于筛分得到高品质珠铁.

中国稀土资源安全轨迹模拟与评价

我国稀土资源在国际稀土市场上占据重要地位,其安全性与我国的工业经济发展紧密相连。稀土资源安全性的研究会对可持续发展战略起到支撑作用。研究采集1997年至2016年中国稀土资源的储量、产量、价格等数据,建立了拥有三个一级指标、九个二级指标和十四个三级指标的中国稀土资源安全评价的PSR模型,并采用功效系数法得出我国稀土资源安全综合得分,用于评估我国稀土资源的安全态势。最终得到了1997年至2016年的压力指标得分、状态指标得分、响应指标得分以及资源安全总分。其中压力指标得分由1997年的18.94下降到2016年的7.88,状态指标得分由1997年的31.37下降到2016年的15.08,响应指标得分由1997年的6.55上升到2016年的10.84,我国稀土资源安全的总得分由1997年的56.86下降到2016年的33.8。研究结果表明,我国稀土资源总体安全水平较差,其中稀土资源安全状态指数对资源安全综合指数影响最大。虽然我国资源安全响应的作用日渐显著,但我国稀土资源安全形势依然严峻,未来可以从改善我国稀土资源安全状态着手,提高我国稀土资源的总体安全水平。