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地下矿山非爆机械化智能采掘

Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 265-282页

作者：王少锋吴毓萌石鑫垒中南大学资源与安全工程学院长沙410083

非爆机械化采掘是替代传统钻爆法进行深部硬岩开挖的一种新方法,其智能化升级包括智能感知、智能决策和智能控制。在综合分析岩石采掘工程涉及的两大问题(破碎和稳定)和三大要素(环境条件、岩体特性、采掘参数)的基础上,建立包括岩体及... 详细信息

非爆机械化采掘是替代传统钻爆法进行深部硬岩开挖的一种新方法,其智能化升级包括智能感知、智能决策和智能控制。在综合分析岩石采掘工程涉及的两大问题(破碎和稳定)和三大要素(环境条件、岩体特性、采掘参数)的基础上,建立包括岩体及环境特性原位监测、硬岩可切割性改善、采掘参数智能控制和采掘表现性能评价在内的非爆机械化智能采掘工艺,以实现岩石采掘装备的机械化、自动化、无人化,采掘工艺的连续化、精细化、协同化,以及采掘管理的信息化、数字化、智能化。此外,建立非爆机械化智能采掘PDCA循环管理模式,通过深部高应力诱导利用和能量调控、硬岩诱变改性降危增割和多源载荷联合破岩3个子循环的协同,实现地下矿山安全高效采掘。

关键词：深部开采非爆机械化开挖智能采掘采掘工艺管理模式

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混合边界护顶层力学模型及应用

中国有色金属学报 2024年第3期34卷 984-996页

作者：李启月黄海仙魏新傲李海谦廖晓目中南大学资源与安全工程学院长沙410083

对于直接顶板稳固性较差的矿山,通常需留设护顶层以防止直接顶板的垮塌。为了保证矿山的安全开采,确定合理的护顶层厚度至关重要。针对房柱法开采的采空区顶板进行结构力学解析,将护顶层视作四边中部自由其余部分固支的薄板,即混合边界... 详细信息

对于直接顶板稳固性较差的矿山,通常需留设护顶层以防止直接顶板的垮塌。为了保证矿山的安全开采,确定合理的护顶层厚度至关重要。针对房柱法开采的采空区顶板进行结构力学解析,将护顶层视作四边中部自由其余部分固支的薄板,即混合边界薄板;利用功的互等法推导出混合边界薄板的挠曲面方程,构建混合边界护顶层力学模型,在此基础上得到护顶层安全厚度的计算公式。将混合边界薄板与四边固支薄板的变形情况进行对比时发现,混合边界薄板的挠度整体大于四边固支薄板挠度,混合边界自由段长度与最大挠度值呈正相关。将理论分析和数值模拟结合应用在某铝土矿No.9采场上,确定了护顶层安全厚度为1 m,验证了力学模型的准确性。

关键词：力学模型弹性薄板理论功的互等法护顶层混合边界薄板

组合羟肟酸下方解石和萤石中浮选氟碳铈矿的分离机理

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 611-624页

作者：孙文豪蒋昊徐艳玲李新冉刘娇娇滕鑫中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

苯甲羟肟酸(BHA)和辛基羟肟酸(OHA)以及二者组合羟肟酸(BHA+OHA)下,对氟碳铈矿、方解石、萤石三种矿物进行了浮选研究。通过红外光谱分析、总有机碳和紫外光谱吸附量测试和XPS分析研究了羟肟酸类在矿物表面的作用机理。结果表明:在pH=9.... 详细信息

苯甲羟肟酸(BHA)和辛基羟肟酸(OHA)以及二者组合羟肟酸(BHA+OHA)下,对氟碳铈矿、方解石、萤石三种矿物进行了浮选研究。通过红外光谱分析、总有机碳和紫外光谱吸附量测试和XPS分析研究了羟肟酸类在矿物表面的作用机理。结果表明:在pH=9.5、组合捕收剂(n(BHA)∶n(OHA)=2∶1)浓度为3×10^(-4) mol/L和盐化水玻璃3×10^(-3) mol/L条件下,氟碳铈矿、方解石和萤石的回收率分别为89.8%、18.5%和13.7%,人工混合矿REO品位由28.90%提升至55.41%,氟碳铈矿的回收率为80.41%,与方解石和萤石实现较好分离;组合捕收剂(BHA+OHA)在三种矿物表面发生共吸附,且组合捕收剂中每种药剂的吸附率大于相同浓度的单一药剂;盐化水玻璃阻碍捕收剂在方解石、萤石表面的吸附对捕收剂在氟碳铈矿表面吸附无影响,可以达到抑制方解石和萤石的目的,实现氟碳铈矿的选择性浮选。

关键词：氟碳铈矿方解石萤石组合羟肟酸盐化水玻璃选择性浮选

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不耦合装药下岩石爆破块体尺寸的分布特征

爆炸与冲击 2024年第4期44卷 120-138页

作者：马泗洲刘科伟杨家彩李旭东中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破... 详细信息

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破损伤破裂行为的模拟,讨论了径向、轴向不耦合系数和耦合介质对岩石破碎效果的影响。结果表明,三参数极值分布函数可以较好地表征岩石爆破后破碎块体尺寸分布特征,块体平均尺寸随着不耦合系数的减小呈线性降低趋势,且破碎块度趋于均匀。通过比较不同耦合介质装药时岩石内部的能量分布特征和破坏体积发现,水作为耦合介质时,爆炸能量的传递效率最高,其次分别是湿砂和干砂,空气的能量传递效率最低。结合等效波阻法计算的理论应力透射系数可以很好地反映不耦合装药时岩石的破碎程度。

关键词：不耦合装药耦合介质岩石块度爆炸能量应力透射系数

黄钾铁矾对硫脲浸金的影响及草酸盐的作用机理

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 322-335页

作者：李科李骞姜涛杨永斌徐斌许瑞张雁中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

研究生物氧化产生的黄钾铁矾对酸性硫脲浸金的影响,并探讨草酸添加剂的作用机制。结果表明,黄钾铁矾会增加硫脲的消耗和阻碍金的溶解。黄钾铁矾能显著提高硫脲的分解,阻碍金的溶解。黄钾铁矾造成不利影响的主要原因可能是酸性溶液中黄... 详细信息

研究生物氧化产生的黄钾铁矾对酸性硫脲浸金的影响,并探讨草酸添加剂的作用机制。结果表明,黄钾铁矾会增加硫脲的消耗和阻碍金的溶解。黄钾铁矾能显著提高硫脲的分解,阻碍金的溶解。黄钾铁矾造成不利影响的主要原因可能是酸性溶液中黄钾铁矾释放的铁离子使溶液浆电位增加,从而加速硫脲的分解,并加剧硫脲分解产生的钝化物种对金表面的钝化作用。添加草酸盐可以有效削弱黄钾铁矾的不利影响,表现为明显降低硫脲的消耗和促进金的溶解。通过溶液电位、Zeta电位和XPS分析,揭示草酸的可能作用机理。草酸盐不仅可以通过与Fe^(3+)配位减弱Fe^(3+)与硫脲之间的相互作用,还可以通过无差别吸附和静电斥力阻止钝化产物在金表面包裹。

关键词：生物黄钾铁矾金浸出硫脲消耗草酸盐

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橙皮还原浸出废旧锂电池正极材料有价金属

中国有色金属学报 2024年第2期34卷 561-572页

作者：谷昆泓覃文庆韩俊伟中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

为了促进废旧锂电池的高效环保浸出,研究了一种利用橙皮作为有机还原剂,高效浸出废旧锂电池正极材料中金属的方法。结果表明:橙皮的添加显著提高了柠檬酸浸出剂的性能,实现了锂、镍、钴和锰的高浸出率,最佳浸出条件为柠檬酸浓度2 mol/L... 详细信息

为了促进废旧锂电池的高效环保浸出,研究了一种利用橙皮作为有机还原剂,高效浸出废旧锂电池正极材料中金属的方法。结果表明:橙皮的添加显著提高了柠檬酸浸出剂的性能,实现了锂、镍、钴和锰的高浸出率,最佳浸出条件为柠檬酸浓度2 mol/L、橙皮用量40 g/L、浸出温度95℃、液固比20∶1、搅拌速度300 r/min、浸出时间120 min。利用Design Expert 10推导出了一个浸出模型,能精确预测金属的浸出率。动力学研究表明,锂、镍、钴和锰的表观活化能分别为64.95、67.71、66.65和72.8 kJ/mol,说明正极材料浸出过程主要受化学反应控制。通过对比OP浸出前后的SEM像,验证了橙皮还原能力可用还原糖理论进行解释。

关键词：废旧锂电池正极材料酸浸活化能橙皮废弃物

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萘磺酸钠对硫化铅锌矿中碳质物的选择性抑制

中国有色金属学报 2024年第6期34卷 2059-2071页

作者：曹正强刘润清李杰唐鸿鹄孙伟中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

针对硫化铅锌矿中碳质物吸附浮选药剂、恶化浮选效果的问题,本文以隐晶质石墨为难浮碳质物,研究了抑制剂萘磺酸钠(2-NSS)对方铅矿、闪锌矿以及隐晶质石墨浮选行为的影响。结果表明:2-NSS对难浮碳质物石墨具有明显的抑制作用。加入2-NSS... 详细信息

针对硫化铅锌矿中碳质物吸附浮选药剂、恶化浮选效果的问题,本文以隐晶质石墨为难浮碳质物,研究了抑制剂萘磺酸钠(2-NSS)对方铅矿、闪锌矿以及隐晶质石墨浮选行为的影响。结果表明:2-NSS对难浮碳质物石墨具有明显的抑制作用。加入2-NSS后,方铅矿品位从82.28%提高至85.93%,回收率从82.08%提高至97.06%;闪锌矿品位从61.19%提高至63.48%,回收率从89.31%提高至93.46%。接触角试验、红外光谱分析、吸附量测试、浮选泡沫分析等结果表明:2-NSS易吸附于石墨表面,难吸附于铅锌硫矿物表面,2-NSS吸附于石墨表面后,能减弱捕收剂异丁基黄原酸钠(SIX)在石墨表面的吸附,减少药剂消耗,浮选泡沫更稳定。DFT模拟分析结果表明:2-NSS主要通过π-π堆积作用吸附于石墨表面。

关键词：石墨萘磺酸钠 π-π堆积作用浮选泡沫

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低浓度稀土离子吸附材料研究进展

工程科学学报 2024年第8期46卷 1381-1392页

作者：魏徐一韩俊伟覃文庆中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

近年来,随着稀土产量与需求之间的供需矛盾日益加深,对稀土资源的高效绿色提取和分离提出了更高的要求.特别是从稀土矿选矿废水、精炼废水、海水和温泉等低浓度的稀土溶液中回收稀土资源已成为研究热点.相比于蒸发结晶、化学沉淀、溶剂... 详细信息

近年来,随着稀土产量与需求之间的供需矛盾日益加深,对稀土资源的高效绿色提取和分离提出了更高的要求.特别是从稀土矿选矿废水、精炼废水、海水和温泉等低浓度的稀土溶液中回收稀土资源已成为研究热点.相比于蒸发结晶、化学沉淀、溶剂萃取等传统提取技术,吸附法因具有操作简单、成本低廉、处理量大和适应性强等优势,成为低浓度稀土深度回收的潜在方法之一.本文汇总了近年来国内外有关于稀土离子吸附材料的研究进展,详细介绍了矿物基、碳基、金属−有机框架基和高分子基等吸附材料的设计与合成思路、微观形貌、吸附行为、材料性能和潜在的应用潜力.最后,对比指出了各种吸附材料的优势和不足,提出开发面向应用的高效绿色靶向吸附材料是未来稀土吸附材料的主要发展趋势,靶向吸附技术也将成为低浓度稀土溶液(废水)资源化的主要方法,以期为稀土资源的高效利用提供参考.

关键词：稀土元素吸附材料水处理资源循环研究进展

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超声预处理对锂辉石矿物浮选分离的影响

中国有色金属学报 2024年第2期34卷 586-597页

作者：张宇新陈兰兰褚浩然卢东方王毓华中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

采用NaOH溶蚀与超声波耦合机械搅拌相结合的预处理技术对锂辉石、石英和长石进行浮选前预处理,以探究超声预处理对锂辉石矿物浮选分离的影响。通过开展单矿物浮选和人工混合矿浮选试验,比较超声波耦合机械搅拌与传统机械搅拌两种预处理... 详细信息

采用NaOH溶蚀与超声波耦合机械搅拌相结合的预处理技术对锂辉石、石英和长石进行浮选前预处理,以探究超声预处理对锂辉石矿物浮选分离的影响。通过开展单矿物浮选和人工混合矿浮选试验,比较超声波耦合机械搅拌与传统机械搅拌两种预处理技术的优缺点;为了探明预处理技术的作用机理,对经不同预处理后的矿样进行了SEM、吸附量测试和XPS分析。结果表明:超声预处理后,锂辉石与长石、石英之间的可浮性差异进一步增大,-0.074+0.038 mm粒级的锂辉石人工混合矿精矿浮选回收率最高可达48.23%,分选效率达到44.27%;相较于传统机械搅拌预处理,超声波耦合机械搅拌预处理的浮选效果进一步提高。介入超声波预处理后可进一步改变锂辉石矿物表面形貌,并促进更大范围的表面溶蚀,从而增加矿物表面药剂吸附,且超声波耦合机械搅拌预处理后的锂辉石比传统机械搅拌预处理后的锂辉石具有更强的NaOL吸附能力,可见超声预处理技术对锂辉石、石英和长石的浮选分离具有显著的促进作用。

关键词：锂辉石浮选超声波预处理选择性溶蚀