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高炉喷吹重整焦炉气工艺分析及减碳潜力研究

化工学报 2024年第6期75卷 2344-2352页

作者：常成功宋皓楠雷飞霞狄子琛程芳琴山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析... 详细信息

钢铁行业碳排放占我国碳排放总量的14%~18%,是工业领域排放量最高的部门。高炉-转炉工艺钢铁产量占我国钢铁总产量的89%,工艺流程长,吨钢碳排放达2 t。基于高炉-转炉工艺的碳减排是钢铁行业实现脱碳目标的关键。基于能质平衡模型,分析焦炉气及重整焦炉气用于高炉喷吹对高炉直接还原度、理论焦比值等工艺参数的影响,系统评估该工艺有望产生的高炉二氧化碳减排效益。结果表明,提高富氢气喷吹量和温度可有效降低焦比;而相同喷吹量条件下提高氢纯度,由于热补偿原因,焦比会有所上升。当焦炉气被重整为97.9%的富氢气体时,可实现高炉减碳34.62%,相比直接喷吹焦炉气,减碳潜力提升17.76%。碳减排主要得益于焦比降低和喷吹气碳质元素减少。高炉气发电也是减碳的关键环节,当喷吹气氢纯度由59.0%提升至97.9%时,该环节碳减排量由9.04%提升至10.85%。通过将焦炉气重整有望突破高炉喷吹富氢气体减碳潜力上限,具有潜在推广价值。

关键词：模型焦炉气二氧化碳氢碳减排

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碳酸岩研究进展

岩石学报 2024年第3期40卷 1003-1022页

作者：尹淑苹谢玉玲侯增谦曲云伟北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 中国地质科学院地质研究所北京100037

碳酸岩(carbonatite)一词自首次被提出至今已有一百多年的历史,它是一种神秘而颇具争议的岩石类型。碳酸岩富含碳酸盐矿物,通常与基性、超基性或碱性硅酸盐岩伴生形成碳酸岩-硅酸盐岩杂岩体,具有独特的化学成分和矿物学特征并具有承载... 详细信息

碳酸岩(carbonatite)一词自首次被提出至今已有一百多年的历史,它是一种神秘而颇具争议的岩石类型。碳酸岩富含碳酸盐矿物,通常与基性、超基性或碱性硅酸盐岩伴生形成碳酸岩-硅酸盐岩杂岩体,具有独特的化学成分和矿物学特征并具有承载重要经济矿床的能力。在过去的几十年里,碳酸岩的研究在岩石成因及岩浆起源、地球化学与地质年代学、高温高压实验、与碳酸岩相关的经济矿产、碳酸岩型稀土矿床中稀土元素的富集分异及成矿机理等领域取得了巨大进步。本文从碳酸岩的定义与分类、成岩背景与时空分布、岩石学特征及矿物组成、岩浆起源及演化过程以及与碳酸岩相关的矿产资源等方面对碳酸岩的研究进展进行了综述与评论,提出从成因角度探索碳酸岩分类方案的必要性,总结和梳理了我国目前发现的碳酸岩的产地和分布特征,并认为碳酸岩岩浆与硅酸盐岩浆演化具有差异性,应重视对碳酸岩岩浆演化过程中熔体-流体过渡阶段的研究。最后从文献计量学角度利用大数据和可视化手段对来自Scopus数据库的近十年以“carbonatite”为检索词的近千篇文献进行了可视化分析,总结归纳了碳酸岩现阶段的研究热点,并对未来碳酸岩的研究趋势进行了展望。

关键词：碳酸岩定义与分类时空分布岩石矿物学特征岩浆经济矿产

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高地应力巷道掏槽爆破的应力演化与损伤破裂研究

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 79-88页

作者：丁晨曦梁欣桐杨仁树郭啸杨阳周俊朱心广北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 北京科技大学数理学院北京100083 中国科学院力学研究所北京100190

近年来,矿产资源的开采状态由露天转地下,由浅部转深部,在深部岩体的钻爆法施工中,地应力对爆破效果有显著影响。有关掏槽爆破机理和应用的研究主要是针对浅部地层中的巷道爆破施工,没有考虑地应力对爆破效果的作用。采用一种考虑爆破... 详细信息

近年来,矿产资源的开采状态由露天转地下,由浅部转深部,在深部岩体的钻爆法施工中,地应力对爆破效果有显著影响。有关掏槽爆破机理和应用的研究主要是针对浅部地层中的巷道爆破施工,没有考虑地应力对爆破效果的作用。采用一种考虑爆破荷载下粉碎区能量耗散的改进型连续-非连续单元法(Continuum-Discontinuum Element Method,CDEM),基于二维平面应变模型,分别研究了普通直眼掏槽爆破和大空孔直眼掏槽爆破在不同地应力条件下的应力演化过程和破裂损伤特征。数值模拟结果表明,大空孔的存在增强了爆炸应力波的反射拉伸作用,削弱了地应力对爆炸裂纹扩展的抑制作用,促进了爆炸主裂纹的扩展,增加了掏槽爆破的分形损伤和损伤面积,提高了掏槽爆破的岩体破碎程度。双向等压地应力对爆炸裂纹的扩展有抑制作用,对径向爆炸裂纹的扩展尤为显著。较大的地应力削弱了孔间爆炸应力波的相互作用,相邻炮孔对爆炸主裂纹扩展的导向效应减弱。随着地应力的增加,爆炸裂纹的分形维数和分形损伤整体上呈逐渐减小的趋势,但是大空孔直眼掏槽爆破的裂隙区分形损伤和损伤面积均显著大于普通直眼掏槽爆破的裂隙区分形损伤和损伤面积。说明在高地应力环境下,大空孔直眼掏槽爆破依然能够显著增加岩石破碎程度和破碎范围,提高爆破效果和破碎效率。

关键词：地应力掏槽爆破 CDEM 应力演化损伤破裂

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基于文献计量学的碳酸岩研究现状与趋势分析

地质学报 2024年第6期98卷 1904-1917页

作者：尹淑苹贾敬伍谢玉玲曲云伟赵嘉棋北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 中国地质科学院地质研究所北京100037

碳酸岩是一类特殊的富含碳酸盐矿物的岩浆岩,具有重要的经济意义和科学研究价值。对来自WebofScience(WOS)核心数据库和中国知网(CNKI)中文期刊数据库的与碳酸岩研究相关的数千篇中英文文献,利用Python编程、VOSviewer和CiteSpace软件... 详细信息

碳酸岩是一类特殊的富含碳酸盐矿物的岩浆岩,具有重要的经济意义和科学研究价值。对来自WebofScience(WOS)核心数据库和中国知网(CNKI)中文期刊数据库的与碳酸岩研究相关的数千篇中英文文献,利用Python编程、VOSviewer和CiteSpace软件进行了大数据和可视化分析,从文献计量学角度对中英文碳酸岩相关研究的文献进行了发文量、来源国家、来源期刊、基金来源、发文机构和作者情况的统计与分析,并重点基于文献关键词对碳酸岩的研究现状及未来发展趋势进行了挖掘与探讨。通过关键词共现分析和聚类分析将现阶段碳酸岩研究划分为4个重点领域:岩石成因与构造背景、岩浆源区与岩浆演化、成矿作用及相关矿床、相关的高温高压实验。通过关键词的趋势演变分析认为,这4个传统碳酸岩研究领域在未来将会持续受到较高的关注。其中,稀土矿床及其成矿作用始终是碳酸岩研究领域的重点,对稀土元素的富集分异机制的探讨将会更加深入;与碳酸岩相关的其他关键金属(如铌)矿产将会得到更多的关注;实验技术和设备的进步将会推动与碳酸岩相关的高温高压实验实现更多的突破。此外,碳酸岩成因与地球深部碳循环的关系已经成为当下研究的热点;白云鄂博巨型FeNb-REE矿床无论在过去还是在将来都将是国内外学者研究的焦点;坦桑尼亚OldoinyoLengai的相关研究文献在2015年之后有所减少,但其受关注程度不会显著降低。在国内,以华阳川碳酸岩型铀矿床和黄龙铺碳酸岩型钼矿床为代表的秦岭碳酸岩带,以及以新生代牦牛坪为代表的冕宁-德昌稀土成矿带将继续受到国内学者的青睐。碳酸岩研究正朝着深度和广度的方向发展,基于大数据和人工智能的碳酸岩研究将会迎来显著增长,并成为未来碳酸岩研究领域新的趋势和亮点。

关键词：碳酸岩文献计量学研究现状未来趋势可视化分析

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孔隙比对氢气爆轰波结构的定量影响

工程热物理学报 2024年第1期45卷 303-309页

作者：赵焕娟汪乐溪张英华林敏周正青蒋慧灵北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

氢能作为一种清洁高效的可再生能源,发展前景广阔,但其在使用、运输和储存过程中极易引起爆炸事故,严重威胁到人们的生命财产安全。研究氢气预混气爆轰波传播的抑制措施具有重要意义。针对管廊内的2H_(2)+O_(2)+3Ar预混气爆轰传播机理... 详细信息

氢能作为一种清洁高效的可再生能源,发展前景广阔,但其在使用、运输和储存过程中极易引起爆炸事故,严重威胁到人们的生命财产安全。研究氢气预混气爆轰波传播的抑制措施具有重要意义。针对管廊内的2H_(2)+O_(2)+3Ar预混气爆轰传播机理和多组多孔材料对爆轰波声学特性、传播速度的影响进行了实验研究。在光滑管道内安设Al_(2)O_(3)泡沫陶瓷,随着Al_(2)O_(3)泡沫陶瓷的孔隙密度增大,管道内爆轰轨迹–管轴夹角实测值与理论值偏差变大,管径–螺距比与声学理论值偏差变大,爆轰波螺旋频率降低。在光滑管道内安设泡沫铁镍金属,左旋波及右旋波轨迹–管轴夹角实测值与声学理论值偏差变大。这一发现可以为氢气利用过程中的安全问题提供新的解决思路,为我国双碳目标做出一定的贡献。

关键词：多孔材料氢气爆轰实验孔隙比声学模式

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粉煤灰负载光催化材料的研究进展

化工进展 2024年第7期43卷 4043-4058页

作者：张世蕊范朕连宋慧平张丽娜高宏宇程淑艳程芳琴山西大学资源与环境工程研究所黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西太原030600

粉煤灰是煤炭燃烧最主要的固体废弃物,大量的堆积对人类身体健康及环境均造成了严重的威胁。基于粉煤灰的多孔结构和吸附性能,将其与纳米光催化材料复合可以达到分散和稳定光催化剂的效果,显著提高光催化活性,同时实现吸附与光催化的协... 详细信息

粉煤灰是煤炭燃烧最主要的固体废弃物,大量的堆积对人类身体健康及环境均造成了严重的威胁。基于粉煤灰的多孔结构和吸附性能,将其与纳米光催化材料复合可以达到分散和稳定光催化剂的效果,显著提高光催化活性,同时实现吸附与光催化的协同作用。本文主要围绕半导体光催化材料易团聚的问题,对近几年来国内外粉煤灰负载光催化材料的制备方法及应用进行了简要概述。首先,分析了粉煤灰的性质及改性方法,重点介绍了溶胶-凝胶法、水热法、液相沉淀法三种制备粉煤灰光催化复合材料的方法,并对比分析三种方法的优缺点,从水中污染物的降解,NO_(x)、VOCs气体污染物的降解以及自清洁性能,CO_(2)还原性能等几方面的应用,分析了材料的性能和粉煤灰复合光催化剂的积极影响,表明粉煤灰主要作为吸附剂与载体参与其中。但是粉煤灰作为载体,其活性位点少,改性技术不够成熟,且研究还处于实验阶段,未能进行工程化生产,因此还需要不断完善粉煤灰改性技术,同时进一步研究附加粉煤灰负载光催化材料的功能性建筑材料,提高其实用性。

关键词：粉煤灰吸附光催化载体复合材料降解

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基于多特征融合的露天矿区道路负障碍检测

煤炭学报 2024年第5期49卷 2561-2572页

作者：阮顺领鄢盛钰顾清华卢才武西安建筑科技大学资源工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学矿山系统工程研究所陕西西安710055 西安市智慧工业感知计算与决策重点实验室陕西西安710055

随着智慧矿山概念的逐步落实,智能化、无人化逐渐在矿区落实,露天矿卡车无人驾驶日益成为矿山智能化建设的主要内容,为解决露天矿区复杂多变的道路因坑洼、塌陷等路面小部分下陷出现的非规则负障碍而导致矿区无人车、重载卡车侧翻等安... 详细信息

随着智慧矿山概念的逐步落实,智能化、无人化逐渐在矿区落实,露天矿卡车无人驾驶日益成为矿山智能化建设的主要内容,为解决露天矿区复杂多变的道路因坑洼、塌陷等路面小部分下陷出现的非规则负障碍而导致矿区无人车、重载卡车侧翻等安全难题,提升矿区安全驾驶系数,提出一种多特征融合的露天矿区道路负障碍检测方法。该方法使用BiFPN特征融合模块,提高小型负障碍检测权重占比;引入空间和通道双注意力机制提高对负障碍边缘的特征提取和特征融合能力,从而提高对道路小尺度负障碍的检测精度;采用SIoU Loss作为模型边界框损失函数并使用K-means++方法优化Anchor以提高负障碍检测模型的收敛速度和边界框定位效果,并基于遗传算法优化超参数让模型更贴合矿区场景,最终实现对矿区道路负障碍的快速精准识别。实验表明该检测模型能快速准确识别复杂背景下露天矿区道路负障碍目标,对道路负障碍目标的检测精度、召回率、平均精确度均值分别达到了96.9%、89.9%、95.3%,且该模型大小仅有12.7 MB。对比其他主流检测网络,该网络模型更适合复杂环境下露天矿区非结构化道路行驶安全需求,且该检测模型的鲁棒性好,可适配于多种情况的露天矿区,为实际环境复杂多变的露天矿区非结构化道路负向障碍检测提供了可行的方法,为露天矿无人卡车安全生产运输提供安全预警。

关键词：露天矿区无人卡车负障碍检测特征融合安全预警

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基于展开-合成技术平顶尖峰成形算法研究

核技术 2024年第1期47卷 67-75页

作者：兰继美尹文成刘羽沈统张金钊冷阳春西南科技大学绵阳621010 中广核工程有限公司深圳518124 自然资源部第三海洋研究所厦门361005

展开-合成技术常用于核辐射测量中的数字脉冲处理系统。本文提出了一种基于脉冲展开-合成技术的多项式数字脉冲成形方法,实现了平顶展宽尖峰脉冲成形算法。该算法首先将核脉冲信号展开为单位脉冲系列组合,然后合成冲激响应系统来形成尖... 详细信息

展开-合成技术常用于核辐射测量中的数字脉冲处理系统。本文提出了一种基于脉冲展开-合成技术的多项式数字脉冲成形方法,实现了平顶展宽尖峰脉冲成形算法。该算法首先将核脉冲信号展开为单位脉冲系列组合,然后合成冲激响应系统来形成尖峰形状,利用改进的平顶尖峰成形算法处理,并在幅值提取准确性、抗干扰能力和堆积识别等方面与传统的滤波成形算法进行比较分析。实验结果表明:针对137Cs的γ特征峰,在相同的成形时间,平顶尖峰成形算法的能量分辨率为7.2%,优于梯形成形、三角成形和高斯成形算法,并且具有高计数率通过性能。因此,该方法可有效取代传统的脉冲成形方法,用于高精度、高计数率的γ能谱测量。

关键词：展开-合成技术平顶尖峰成形堆积识别能量分辨率

基于LBM的粗糙裂隙内两相驱替渗流特性模拟研究

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力学学报 2024年第5期56卷 1475-1487页

作者：周新盛建龙叶祖洋武汉科技大学资源与环境工程学院武汉430081

岩体粗糙裂隙两相驱替渗流普遍存在于许多工程应用中,而裂隙开度分布特征与壁面润湿性是影响两相驱替特性的关键因素.基于分形理论生成三维粗糙裂隙面并分别构建开度分布一致的均质模型和不一致的非均质模型,通过LBM伪势模型模拟粗糙裂... 详细信息

岩体粗糙裂隙两相驱替渗流普遍存在于许多工程应用中,而裂隙开度分布特征与壁面润湿性是影响两相驱替特性的关键因素.基于分形理论生成三维粗糙裂隙面并分别构建开度分布一致的均质模型和不一致的非均质模型,通过LBM伪势模型模拟粗糙裂隙准静态排水过程,研究了裂隙开度分布特征与壁面润湿性对两相驱替渗流特性的影响规律及细观机制.研究结果表明:均质模型驱替前缘基本保持平稳推进,而非均质模型出现优先驱替阻力较小的大开度区域的优势驱替路径现象,润湿性增强可加剧该现象致使驱替前缘更快突破,对均质模型无明显作用;残余捕获可分为孤立的“圈闭”模式和吸附在裂隙壁面的“水膜”模式,非均质模型中圈闭捕获明显多于均质模型,强润湿性有利于水膜捕获增多;当驱替压力增大至进入压力后,非均质模型中部分小开度区域润湿相被逐步排驱,而均质模型大多数润湿相被快速驱替,因此非均质模型P_(c)-S_(w)曲线比均质模型更加平缓,润湿性增强使得两种裂隙模型驱替开始发生时的进入压力更大,施加相同驱替压力时驱替效率更低.

关键词：粗糙裂隙两相驱替开度分布润湿性格子Boltzmann方法