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CO_(2)+O_(2)地浸采铀采区含铀砂岩孔隙演化试验研究

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 179-189页

作者：贺桂成张沈平扶海鹰崔佳欣张辉南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

CO_(2)+O_(2)地浸采铀采区含铀砂岩孔隙结构演化影响了铀矿的高效浸出,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈。为此,采用自制的CO_(2)+O_(2)地浸采铀试验装置,模拟了某砂岩型铀矿地浸采铀过程;并采用高压压汞仪、CT扫描仪和X射线衍射分析... 详细信息

CO_(2)+O_(2)地浸采铀采区含铀砂岩孔隙结构演化影响了铀矿的高效浸出,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈。为此,采用自制的CO_(2)+O_(2)地浸采铀试验装置,模拟了某砂岩型铀矿地浸采铀过程;并采用高压压汞仪、CT扫描仪和X射线衍射分析仪等设备表征了含铀砂岩岩芯在试验前后的孔隙演化特征;同时,运用Avizo软件构建了三维数字岩芯及其渗流模型,分析了溶浸液渗流规律。研究结果表明:试验后含铀砂岩岩芯总孔隙度和连通孔隙度与试验前相比分别增加了5.03%和5.53%;且试验后数字岩芯的逐层面孔率分布范围更广、孔喉等效半径和喉道面积急剧增大;试验后岩芯孔隙数量随孔隙配位数增大而减小,但当孔隙配位数C≥4时,试验后孔隙数量与试验前相比成倍数增长,最高达到了试验前的21.63倍,此时岩芯中连通孔隙非常显著,渗透率增大;含铀砂岩岩芯中大孔喉相互连接形成的孔隙网络为溶浸液提供了主要的渗流通道,且溶浸液的渗流速度由岩芯中心沿径向方向呈现出由大变小的规律。研究结果可为后续CO_(2)+O_(2)地浸采铀中分析溶质迁移演化规律提供有意义的参考。

关键词： CO_(2)+O_(2)地浸采铀含铀砂岩孔隙演化数字岩芯渗透率

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砂岩铀矿孔隙尺度铀污染微生物修复过程模拟

采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 171-178页

作者：扶海鹰连檬张辉马建洪贺桂成南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

地浸开采砂岩铀矿造成的地下水铀污染通常可采用微生物原位还原固定的方法进行修复。关于铀污染微生物修复的试验研究较多,但采用数值模拟方法进行孔隙尺度建模的研究则较少。针对砂岩铀矿中铀污染微生物原位固定修复模拟,建立多孔介质... 详细信息

地浸开采砂岩铀矿造成的地下水铀污染通常可采用微生物原位还原固定的方法进行修复。关于铀污染微生物修复的试验研究较多,但采用数值模拟方法进行孔隙尺度建模的研究则较少。针对砂岩铀矿中铀污染微生物原位固定修复模拟,建立多孔介质孔隙尺度模拟的二维概念模型;通过注液孔将功能微生物和碳源注入多孔介质中,微生物在碳源刺激下生长繁殖,其生长代谢过程可将溶液中的U(Ⅵ)还原成U(Ⅳ)而固定,同时考虑地下水中溶解O_(2)和NO_(3)^(-)等具有氧化性的物质对U(Ⅳ)的再氧化作用;建立以上过程的数学模型,并采用LBM(Lattice Boltzmann Method)方法实现模型的耦合模拟;模拟研究多孔介质渗透率和迂曲度、注液速度、微生物浓度等因素对铀污染迁移范围及修复效果的影响。结果表明:建立的模型可模拟砂岩铀矿孔隙尺度中铀污染微生物修复及再氧化释放过程,增大渗透率、注液速度及微生物浓度可以加快铀污染修复,而地下水中溶解的O_(2)和NO_(3)^(-)会影响修复效果的长期有效性。研究可为发展地浸采铀退役治理过程中铀污染微生物修复理论和数值模拟方法提供参考,并可提供一种新方法来评估和预测微生物修复技术对地下水铀污染的有效性。

关键词：地浸采铀铀污染微生物原位修复数值模拟 LBM

STPP-nZVI修复铀污染地下水的性能及机理研究

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铀矿冶 2024年

作者：贺桂成崔佳欣张辉张沈平南华大学资源环境与安全工程学院

铀是一种重要的战略资源，同时也是一种具有化学毒性和放射性毒性的重金属元素。目前，铀矿山地下水中铀的高效修复仍是环境保护和生态安全面临的巨大挑战。采用三聚磷酸钠对纳米零价铁改性，成功制备了三聚磷酸钠改性纳米零价铁(STPP-n... 详细信息

铀是一种重要的战略资源，同时也是一种具有化学毒性和放射性毒性的重金属元素。目前，铀矿山地下水中铀的高效修复仍是环境保护和生态安全面临的巨大挑战。采用三聚磷酸钠对纳米零价铁改性，成功制备了三聚磷酸钠改性纳米零价铁(STPP-nZVI)，研究了溶液pH、STPP-nZVI用量、温度、时间、U(VI)浓度和干扰离子对STPP-nZVI修复地下水中U(VI)的影响，并采用FT-IR、SEM-Mapping和XPS探讨了STPP-nZVI修复铀污染地下水的机理。结果表明，STPP-nZVI适合处理弱酸性和碱性铀污染地下水，在pH=5.0时，STPP-nZVI对U(VI)的最大吸附量达102.72 mg/g，对U(VI)的吸附为自发的吸热过程，STPP-nZVI对铀的去除主要归功于吸附和还原作用。STPP-nZVI材料对于处理弱酸性和碱性铀污染地下水具有一定的应用前景。

关键词：纳米零价铁三聚磷酸钠铀地下水地下水修复

鼠李糖脂改性纳米零价铁去除地浸采铀矿山污染地下水中U(Ⅵ)的试验研究

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 190-199页

作者：李峰丁德馨周函杨迎春贺桂成马建洪丁洋胡南张辉蒋国清谭韬南华大学铀矿冶生物技术国防重点学科实验室湖南衡阳421001 南华大学极贫铀资源绿色开发技术湖南省重点实验室湖南衡阳421001 湖南省地质地理信息所湖南长沙410021

采用液相还原法制备了鼠李糖脂改性纳米零价铁(RL@nZVI),并利用X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶红外光谱等方法对其进行表征;研究pH值、反应时间、干扰离子等因素对纳米材料除铀效果的影响;运用吸附动力学模型及表征等手段,对其修复... 详细信息

采用液相还原法制备了鼠李糖脂改性纳米零价铁(RL@nZVI),并利用X射线衍射、透射电子显微镜、傅立叶红外光谱等方法对其进行表征;研究pH值、反应时间、干扰离子等因素对纳米材料除铀效果的影响;运用吸附动力学模型及表征等手段,对其修复机理进行解释说明。研究结果表明:鼠李糖脂成功负载于Fe^(0)表面,可以有效提高纳米材料的抗氧化性和分散性,比表面积提高约2.5倍,达到12.30 m^(2)/g;当pH=5,反应时间为30 min时,RL_(0.1)@nZVI与RL_(0.2)@nZVI试验组中铀浓度分别降至33.8,24.4μg/L,达到国家排放标准;不同浓度的金属离子对改性纳米材料去除铀效果有不同程度的影响,Cu^(2+)、Mg^(2+)、Mn^(2+)、Zn^(2+)各试验组平衡铀去除率分别为28.26%,95.82%,93.39%,96.28%;吸附动力学结果表明,准二级动力学方程更适合描述nZVI(R^(2)=0.999)和RL_(0.1)@nZVI(R^(2)=0.998)的吸附过程,该过程中存在化学吸附反应;对吸附后的RL_(0.1)@nZVI进行表征,反应物中U(Ⅳ)与U(Ⅵ)的比例为7∶1,Fe^(2+)与Fe^(3+)的比例约为2∶1,这表明在RL_(0.1)@nZVI修复铀污染地下水过程中发生了氧化还原、吸附及共沉淀反应;RL@nZVI是处理铀污染地下水的理想材料。

关键词：铀污染地下水鼠李糖脂纳米零价铁吸附

改性黄麻纤维联合微生物胶结铀尾砂的抗渗性能试验研究

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岩土力学 2023年第12期44卷 3459-3470页

作者：贺桂成唐孟媛李咏梅李春光张志军伍玲玲南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

利用改性黄麻纤维联合微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)技术能有效胶结充填铀尾砂中的孔隙,提高堆浸铀尾砂的抗渗性能。通过研究铀尾砂的颗粒级配、胶结液浓度以及改性黄麻纤维的长度、... 详细信息

利用改性黄麻纤维联合微生物诱导碳酸钙沉淀(microbial induced calcium carbonate precipitation,MICP)技术能有效胶结充填铀尾砂中的孔隙,提高堆浸铀尾砂的抗渗性能。通过研究铀尾砂的颗粒级配、胶结液浓度以及改性黄麻纤维的长度、质量含量和水热处理时间等因素对改性纤维联合微生物胶结铀尾砂的渗透系数的影响,获取最优的胶结参数;采用扫描电镜和X射线衍射仪等测试设备,表征了改性黄麻纤维联合MICP胶结铀尾砂形成的碳酸钙晶体的结构类型,分析其抗渗机制。研究结果表明:经水热处理后的纤维表面粗糙度增大,为微生物提供更多的附着场所,促进了微生物在铀尾砂中的生长、繁殖、迁移和固定,增加了碳酸钙晶体的生成量,提高了碳酸钙沉淀的均匀性,降低了铀尾砂的渗透系数;在颗粒级配编号为A3的铀尾砂中,改性纤维联合MICP胶结后的铀尾砂的渗透系数大幅降低,且纤维长度为20 mm、纤维质量含量为0.5%、纤维水热处理时间为2 h、胶结液浓度为2 mol/L时,经过11轮注浆后铀尾砂的渗透系数降低了99%,此时的参数是最优的;改性纤维联合MICP胶结铀尾砂生成的碳酸钙晶体在衍射角2θ分别为23°、29.4°、36°、39.3°等多个位置出现方解石特征峰,此时的晶体结构为方解石。

关键词：铀尾砂改性黄麻纤维微生物诱导碳酸钙沉淀渗透系数抗渗性能

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微生物胶结砂岩型铀矿砂的抗渗性能试验研究

岩土力学 2022年第9期43卷 2504-2514,2524页

作者：贺桂成谢元辉李咏梅李春光唐孟媛张志军伍玲玲南华大学资源环境与安全工程学院湖南衡阳421001

地浸采铀产生的污染物通过渗透迁移作用威胁地下水资源,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈,而微生物胶结技术能有效地降低砂岩铀矿的渗透性,是目前抑制污染物向采区周围地下水迁移的有效方法。因此,选用巴氏芽孢杆菌,分析其耐酸性;利用... 详细信息

地浸采铀产生的污染物通过渗透迁移作用威胁地下水资源,已成为制约地浸采铀技术发展的瓶颈,而微生物胶结技术能有效地降低砂岩铀矿的渗透性,是目前抑制污染物向采区周围地下水迁移的有效方法。因此,选用巴氏芽孢杆菌,分析其耐酸性;利用自行研制的砂岩型铀矿砂渗透系数试验装置,测得不同胶结液浓度、不同菌液与胶结液体积比以及不同注浆轮次条件下砂岩型铀矿砂的渗透系数,确定其最优的参数配比;采用扫描电镜(scanningelectionmicroscopy,简称SEM)和X射线衍射光谱(X-raydiffraction,简称XRD)等设备,表征微生物胶结前后铀矿砂的矿物成分及其微观结构,研究其微生物胶结抗渗机制。研究结果表明:巴氏芽孢杆菌在p H=4时仍具有较好的繁殖能力和脲酶活性,能适应铀矿砂的酸性环境;在一定范围内增大胶结液浓度、菌液与胶结液的体积比可以促进碳酸钙的生成,最佳的胶结液浓度为1mol/L、菌液与胶结液体积比为1:3、注浆轮次为7时,注浆后铀矿砂的减渗率达到95.33%;胶结后铀矿砂的渗透系数随注浆轮次的增加而降低,经过11轮注浆后铀矿砂的减渗率高达99.75%,渗透系数下降到2.8×10-5 cm/s;沉积的碳酸钙晶型主要为方解石,方解石堵塞铀矿砂粒间孔隙,并将矿砂颗粒胶结成整体,是铀矿砂渗透系数降低的主要原因。微生物诱导碳酸钙沉淀胶结铀矿砂的抗渗机制为控制和减少地下水污染提供重要的理论指导。

关键词：砂岩铀矿地浸采铀微生物胶结渗透系数抗渗性能

位移反分析的模式搜索支持向量机方法及其应用

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中国有色金属学报 2012年第11期22卷 3193-3200页

作者：刘永张志军贺桂成丁德馨南华大学核资源与核燃料工程学院衡阳421001

针对现有位移反分析方法所存在的反分析模型复杂、计算量大、分析过程人为干预多、求解难度高等问题,提出采用模式搜索算法优化支持向量机,建立一种位移反分析的模式搜索支持向量机方法(PSA-SVM)。以湖南某矿山一个地下矿房为例,应用所... 详细信息

针对现有位移反分析方法所存在的反分析模型复杂、计算量大、分析过程人为干预多、求解难度高等问题,提出采用模式搜索算法优化支持向量机,建立一种位移反分析的模式搜索支持向量机方法(PSA-SVM)。以湖南某矿山一个地下矿房为例,应用所建方法对其围岩力学特性参数进行反演,并对该矿房围岩稳定性进行数值模拟计算,分析矿房回采后对地面沉降的影响;并将模拟计算结果与长期监测结果进行比较分析。结果表明:这种位移反分析的模式搜索支持向量机方法的反演结果与实际值吻合良好,完全能够满足工程应用的要求;此外,该方法还具有模型建立简捷、参数调节明确且结果为全局最优等特点,是一种优异的位移反分析方法。

关键词：模式搜索算法支持向量机位移反分析围岩数值模拟

干湿循环作用下金属矿尾砂MICP加固体的宏观性状与细观力学特性

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中国有色金属学报 2023年第9期33卷 3104-3116页

作者：田亚坤伍玲玲禹雪阳刘邦瑶张志军章求才戴兵贺桂成南华大学资源环境与安全工程学院衡阳421001 矿山岩土工程灾害预测与控制工程技术研究中心衡阳421001

采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)加固尾砂是当前尾矿坝稳定性研究中的热点问题,而针对加固后的尾砂抵抗干湿循环能力的研究鲜有报道。本文通过对MICP加固后的尾砂试样进行三轴试验,结合SEM形貌测试以及PFC^(2D)数值模拟,对比分析了... 详细信息

采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术(MICP)加固尾砂是当前尾矿坝稳定性研究中的热点问题,而针对加固后的尾砂抵抗干湿循环能力的研究鲜有报道。本文通过对MICP加固后的尾砂试样进行三轴试验,结合SEM形貌测试以及PFC^(2D)数值模拟,对比分析了原状尾砂和MICP加固后的尾砂的受力特征,研究了在干湿循环作用下MICP加固体的宏观性状和细观力学特性。结果表明:随着干湿循环次数的增加,加固尾砂峰值应力逐渐下降,且加固尾砂内部碳酸钙骨架遭到破坏。结合颗粒流PFC^(2D)模拟结果,可将尾砂接触力链变化分为初始、发展、破坏和残余四个阶段,分析了力链断裂形态、速度场分布、峰值应力场分布与裂缝表现形式之间的相关性。

关键词：尾砂加固 MICP 干湿循环微观结构力链

衡山石膏矿老采空区地表沉陷的ANFIS预测

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采矿与安全工程学报 2012年第6期29卷 876-881页

作者：贺桂成丁德馨刘永张志军中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 南华大学核资源与核燃料工程学院湖南衡阳421001

采用FLAC3D对已塌陷的衡山县石膏矿的地表沉陷进行了模拟,对该矿不同采场结构参数的采空区地表沉陷进行了模拟,分析了影响采空区地表沉陷的因素;建立了采空区地表沉陷预测的ANFIS模型,分析了其拟合性能和预测性能,对衡山某石膏矿的采空... 详细信息

采用FLAC3D对已塌陷的衡山县石膏矿的地表沉陷进行了模拟,对该矿不同采场结构参数的采空区地表沉陷进行了模拟,分析了影响采空区地表沉陷的因素;建立了采空区地表沉陷预测的ANFIS模型,分析了其拟合性能和预测性能,对衡山某石膏矿的采空区地表沉陷进行了预测,同时还对其进行了实测。研究结果表明:FLAC3D对已塌陷的衡山县石膏矿地表沉陷的模拟精度达到97%以上;在矿岩力学参数不变的条件下,矿柱跨度、矿房跨度及采空区高度是影响采空区地表沉陷的关键因素;所建立的采空区地表沉陷预测的ANFIS模型的拟合精度和预测精度分别达96%和97%以上;采用该模型预测的衡山某石膏矿的采空区地表沉陷值与实测结果吻合良好;矿房跨度为10,矿柱跨度为4 m是该地区石膏矿最合理的采场结构参数。

关键词：石膏矿地表沉陷采场结构参数 FLAC3D 自适应神经模糊推理系统模型