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煤矸石混凝土性能及提升研究进展

煤炭科学技术 2024年

作者：宋强杨玉鑫许世鹏高树军刘杰鲍玖文薛善彬青岛理工大学土木工程学院自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室青岛西海岸新区融合控股集团有限公司中建安装集团有限公司

煤矸石是我国堆存量最大的工业固废，对矿区周边造成了一系列严重的生态和环境危害。考虑到煤矸石制备混凝土是利用率最高的处置方式之一，为了实现煤矸石在混凝土中的有效利用，本文系统总结了煤矸石组成特征、使用参数对混凝土性能的... 详细信息

煤矸石是我国堆存量最大的工业固废，对矿区周边造成了一系列严重的生态和环境危害。考虑到煤矸石制备混凝土是利用率最高的处置方式之一，为了实现煤矸石在混凝土中的有效利用，本文系统总结了煤矸石组成特征、使用参数对混凝土性能的影响，重点归纳了煤矸石粗骨料、细骨料和矿物掺合料的使用条件（掺量、粒度和水灰比等）对新拌混凝土流动性、硬化混凝土力学性能和耐久性（吸水性、抗冻性、抗氯离子渗透性、碳化性能、抗硫酸盐侵蚀性能）影响。结果表明，不同地区的煤矸石组成和性能差异明显，当煤矸石充当骨料时，要求降低其碳含量、硫含量、压碎值和吸水率，并优化煤矸石掺量、粒度和水灰比。当煤矸石充当矿物掺合料时，需要考虑降低粒度（＜200目）及活化煤矸石粉。煤矸石粗骨料、细骨料和矿物掺合料掺量不宜超过45%、20%和10%。此外，还针对性的介绍了煤矸石粗细骨料和矿物掺合料性能提升技术，其中，热活化、表面包覆水泥砂浆、水玻璃以及微生物矿化技术可提升煤矸石骨料性能，而热活化和机械活化主要用于提升矿物掺合料活性。在此基础上，阐明了煤矸石粗细骨料和矿物掺合料性能提升机制，并指出了研究中存在的不足和问题，为煤矸石资源化利用和建筑材料发展提供方向和思路。

关键词：煤矸石性能提升粗骨料细骨料矿物掺合料

中国铬矿资源特征及2021—2035年铬供需形势分析

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中国地质 2024年第4期51卷 1191-1209页

作者：张照志潘昭帅车东闫强吴晴中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

【研究目的】铬矿作为我国关键性矿产之一,是支撑我国战略性新兴新兴产业发展的重要矿种。我国铬矿资源匮乏,资源禀赋不佳,产量低,长期以来,铬矿石对外依存度高。研究铬矿未来供需情况,对于铬矿资源产业良性持续发展至关重要。【研究方... 详细信息

【研究目的】铬矿作为我国关键性矿产之一,是支撑我国战略性新兴新兴产业发展的重要矿种。我国铬矿资源匮乏,资源禀赋不佳,产量低,长期以来,铬矿石对外依存度高。研究铬矿未来供需情况,对于铬矿资源产业良性持续发展至关重要。【研究方法】本文对我国铬矿床地质、空间分布和资源储量等特征进行了总结,分析了我国铬矿资源开发利用的历史数据。在此基础上预测了我国铬供应量,并进一步利用铬部门消费法、人均不锈钢产量“S”形法、ARIMA模型法(不锈钢)等预测方法,分高、中、低3种情景对我国2021—2035年不锈钢产量和铬需求量进行了预测。【研究结果】(1)2021—2035年我国矿山铬年预测产量(矿石量)为15~20万t,二次铬预测产量(铬金属量)在182~284万t内;(2)在中情景下,2021—2035年我国铬需求量呈现先增后降的趋势,峰值点为2030年。2021—2030年我国人均不锈钢产量呈上升趋势,2030年到达峰值点,届时人均不锈钢产量35 kg,不锈钢产量5005万t,折铬总需求量945.39万t;之后逐渐下降,到2035年人均不锈钢产量降至30 kg,不锈钢产量4280万t,铬总需求量808.44万t。(3)2021—2035年,我国铬供需形势严峻,矿山铬对外依存度99%以上,若利用二次铬产量,则铬对外依存度降至69%以上。【结论】2021—2035年我国铬供需形势仍将严峻,缺口仍需大量进口矿石来补充。据此,提出加强铬矿地质勘查工作力度、力争实现铬矿找矿突破,重视二次铬回收利用、发展二次铬回收产业,加强铬矿产品储备、保障铬矿产品供应安全,优化铬矿产品结构,利用境外铬矿资源产品等对策结论。本文所形成的认识结论、对策建议对我国编制矿产资源规划、制定铬矿资源管理政策等具有一定的现实意义。

关键词：铬矿资源人均不锈钢产量不锈钢产量"S"形法需求预测供需形势矿产勘查工程中国

基于反气相色谱技术研究煤表面性质和热力学参数

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现代化工 2024年第S1期44卷 138-144页

作者：努尔比亚·亚力坤李园王鑫赵伟李振新疆大学化工学院新疆煤炭清洁转化与化工过程重点实验室省部共建碳基能源资源化学与利用国家重点实验室新疆乌鲁木齐830017 西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

采用反气相色谱(IGC)技术测定煤的表面性质和热力学性质。在303.15~343.15 K温度范围内,以30种有机溶剂作为探针分子,测定探针溶剂的保留体积。用Schultz和Dorris-Gray两种方法计算了煤样的表面色散自由能,结果为20.26~36.56 mJ/m^(2),... 详细信息

采用反气相色谱(IGC)技术测定煤的表面性质和热力学性质。在303.15~343.15 K温度范围内,以30种有机溶剂作为探针分子,测定探针溶剂的保留体积。用Schultz和Dorris-Gray两种方法计算了煤样的表面色散自由能,结果为20.26~36.56 mJ/m^(2),并且呈现随着温度的升高而递减的趋势。计算Lewis酸碱常数得出的能够表征煤样总酸碱能力的数值KB/KA值为6.66,说明表面偏碱性。另外,测定了无限稀释活度系数γ_(12)^(∞)、质量活度系数Ω_(1)^(∞)和Flory-Huggins相互作用参数χ_(12)^(∞)、溶解度参数δ_(2)等热力学参数。结果表明,γ_(12)^(∞)随着温度的升高而下降,表明探针溶剂与煤样之间的相互作用力随着温度的升高而增强;χ_(12)^(∞)随着温度的升高而递减,可知四氢呋喃和二氯甲烷的χ_(12)^(∞)值小于0.5,Ω_(1)^(∞)值小于5,说明探针溶剂四氢呋喃和二氯甲烷是良溶剂;煤的溶解度参数随着温度的升高呈下降的趋势。为加深了解煤性质和后续浮选提质技术提供了借鉴和理论支撑。

关键词：红沙泉煤反气相色谱表面吸附热力学性质

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基于自然解决方案的矿山生态修复研究进展

煤炭科学技术 2024年第8期52卷 209-221页

作者：贾梦旋王金满李禹凝张雅馥高亭玉吴大为中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 自然资源部土地整治重点实验室北京100035

当前生态文明建设、碳中和目标已成为国家战略,要求矿山生态修复向着绿色、协调、可持续的方向发展,将基于自然的解决方案(Nature-based Solution,NbS)理念与方法融入矿山生态修复具有重要指导意义。但目前基于自然的矿山生态修复的理... 详细信息

当前生态文明建设、碳中和目标已成为国家战略,要求矿山生态修复向着绿色、协调、可持续的方向发展,将基于自然的解决方案(Nature-based Solution,NbS)理念与方法融入矿山生态修复具有重要指导意义。但目前基于自然的矿山生态修复的理论方法与实现路径比较缺乏。为此,系统梳理了NbS在矿山生态修复中的理念内涵及相关概念,总结了NbS在“地貌重塑-土壤重构-植被重建-景观重现-生物多样性重组与保护”等矿山生态修复各环节的潜在应用,对标了NbS与碳中和时代矿山生态修复的挑战与原则,分析了基于NbS的矿山土地生态系统服务功能,提出了中国潜在NbS矿山生态修复实现路径。研究结果发现,对于碳中和愿景下NbS在矿山生态修复中的科学内涵,自然修复、近自然修复、仿自然修复、自然修复为主,人工修复为辅等修复理念属于当前矿山NbS。且NbS、碳中和、矿山生态修复具有重要耦合关系,NbS准则与碳中和愿景下矿山生态修复的原则适用相通,融入NbS的矿山生态修复可助力实现碳中和。另外,NbS是针对矿山生态修复核心问题的有效解决方案,运用NbS进行矿山生态修复是对以往修复理念及方法技术的优化,NbS有效优化了矿山生态修复中地貌重塑与土壤重构方法,在土壤抗水蚀、可持续稳定性、视觉效果上优于传统方法且更接近原地貌,自然与人工相结合的植被重建方式可促进矿区生态演替,提升景观稳定性的同时有利于开展生物多样性管理,达到提升矿山生态系统服务功能及实现矿山生态可持续发展的目的。在未来研究中,应进一步结合矿山复杂的生态环境,积极探索矿山生态修复NbS实施途径,同时加强NbS成本效益核算模型的开发,以期在可持续发展中实现“社会-经济-生态”稳步提升的综合效益。

关键词：基于自然的解决方案矿山生态修复生态系统服务生物多样性碳中和

国土空间“三线”冲突视角下耕地管控刚性与弹性空间划定

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农业工程学报 2024年第13期40卷 222-232页

作者：牛帅胡业翠陈星鑫高梦雯中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083 自然资源部土地整治重点实验室北京100035

开展耕地管控刚性与弹性空间划定,对实现粮食安全与耕地多功能利用具有重要现实意义。该研究以广西河池市辖区为例,从协调国土空间“三线”冲突发挥耕地多功能视角,基于农业-生态-城市空间的资源本底评价与未来情景模拟,运用“刚性约束... 详细信息

开展耕地管控刚性与弹性空间划定,对实现粮食安全与耕地多功能利用具有重要现实意义。该研究以广西河池市辖区为例,从协调国土空间“三线”冲突发挥耕地多功能视角,基于农业-生态-城市空间的资源本底评价与未来情景模拟,运用“刚性约束”和“弹性引导”的规划思路统筹“三线”冲突区的耕地分级分类划定。研究结果表明:1)“三线”冲突视角下,耕地管控的刚性与弹性分区可划分为永久基本农田刚性管控区与生产-生态、生产-生活、生产-生态-生活复合利用弹性区;2)研究区耕地质量整体处于中等偏下水平,高质量耕地集中分布区与生态保护重要区、城镇开发边界之间冲突严重,冲突区面积达212.39 km^(2);3)冲突研判与调整融合得到2035年研究区耕地刚性管控区及三种耕地复合利用弹性区,并提出耕地刚性管制与弹性调控的分区管控措施。该研究刚性与弹性相结合的耕地管控分区有助于制定更精细化的耕地管理方案和落实耕地的多功能和可持续利用。

关键词：土地利用耕地系统刚性与弹性空间 “三线” 国土空间规划耕地多功能喀斯特地区

四川盆地东北部黄金口背斜三叠系富K、Li和B卤水成因和演化

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地质学报 2024年第10期 2847-2859页

作者：牛新生张永生苏奎邢恩袁左璠璠桂宝玲商雯君中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部盐湖资源与环境重点实验室

四川盆地东北部地区三叠系嘉陵江组四、五段—雷口坡组一段赋存丰富的卤水资源,卤水中富集K、Li、B等元素,具有潜在的开发利用价值。长期以来,一般认为川东北三叠系中卤水因溶解地层中的钾盐矿物而富集K物质,但这一认识并没有得到确证,... 详细信息

四川盆地东北部地区三叠系嘉陵江组四、五段—雷口坡组一段赋存丰富的卤水资源,卤水中富集K、Li、B等元素,具有潜在的开发利用价值。长期以来,一般认为川东北三叠系中卤水因溶解地层中的钾盐矿物而富集K物质,但这一认识并没有得到确证,此外,对卤水中Li和B的成因和演化鲜有报道。本文以川东北三叠系深层卤水为研究对象,以地球化学和稳定同位素分析为主要方法,运用聚类分析对比采自13口钻井卤水的地球化学数据。与海水相比,区内深层卤水中的K+、Ca2+、Li和B明显富集,而Mg2+和SO42-则相对亏损。卤水的87Sr/86Sr和δ34S值均与卤水储层的87Sr/86Sr和δ34S值相一致,进一步说明深层卤水为海水原地蒸发浓缩形成。Q型聚类分析表明,北2井和川宣地1井的卤水化学组分相似,川25井、ZK601井、恒成1井、恒成3井的卤水化学组分相近,证明川25井和ZK601卤水中K的富集是由于卤水溶解了地层中的钾盐矿物（杂卤石）。白云岩化导致了卤水中Ca2+明显富集,而Mg2+明显亏损,地层中赋存的硫磺和H2S证明了大量硫酸被还原,使得SO42-出现明显亏损。还原作用不仅导致卤水和石膏δ34S的升高,而且引起了区域内石膏和卤水的δ34S高于同时期海水的δ34S值。嘉陵江组沉积晚期,三江地区流纹质火山岩浆喷发产生了大量携带含Li和B元素的气体和热液载体,进而被搬运至蒸发盐盆中。火山热液和气体中的Li、B具有相对较低的δ7Li值和δ11B值,在提升卤水中Li和B含量的同时,也降低了卤水δ7Li值和δ11B值,使得其低于正常海水的δ7Li值和δ11B值。

关键词：川东北黄金口背斜深层卤水钾锂硼

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基于可耕性评价与多目标权衡的耕地布局优化

农业工程学报 2024年

作者：黄炳元黄秋昊阳艳郑锦浩陈逸航南京大学地理与海洋科学学院自然资源部海岸带开发与保护重点实验室自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏省地理信息技术重点实验室江苏省地理信息资源开发与协同创新中心

为探索各种空间因素作用下耕地未来空间布局的发展方向及其管控策略，该研究以位于长三角地区的常州市为例，采用机器学习算法构建了土地资源可耕性评价模型，并分别用PLUS模型和InVEST模型计算城市发展潜力和生境保护潜力，最后使用蚁... 详细信息

为探索各种空间因素作用下耕地未来空间布局的发展方向及其管控策略，该研究以位于长三角地区的常州市为例，采用机器学习算法构建了土地资源可耕性评价模型，并分别用PLUS模型和InVEST模型计算城市发展潜力和生境保护潜力，最后使用蚁群优化算法实现权衡多目标的耕地空间配置模拟并划定优化分区。结果表明：1)通过土地资源可耕性评价发现，常州市不可耕作区中有168.25 km2现状为耕地，高度可耕作区中有254.11 km2为非耕地，耕地资源分布存在明显的不均衡性。2)对比不同情景下的耕地空间配置结果，确定城市发展-生境保护-集中耕作情景取得了最理想的效果，平均可耕作潜力为0.938 7，有助于优化耕地资源合理布局。3)统筹耕地空间配置结果与土地利用现状将常州市划分为核心保护区、质量提升区、潜力储备区、建设缓冲区、生态保育区共5区并提出差异化的优化管控策略。该研究的技术路径和结果对于重新认识区域耕地资源本底、有效调节土地资源错配具有参考意义。

关键词：耕地布局优化多目标权衡机器学习蚁群优化算法常州市

煤沥青烯/PAN基氮掺杂有序介孔炭的制备及电容性能研究

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应用化工 2024年第1期53卷 76-81页

作者：李潇覃彪张勇兰雨金周彬赵世永蔡江涛陕西化工研究院有限公司陕西西安710054 西安科技大学化学与化工学院陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

以SBA-15为硬模板剂,采用溶剂挥发诱导煤基沥青烯与聚丙烯腈(PAN)自组装,制备了氮掺杂有序介孔炭(NOMC)。通过CO_(2)活化,进一步提升NOMC的比表面积及电容性能。结果表明,SBA-15、沥青烯、PAN的比例为1∶1.2∶4.8时,800℃炭化所得炭材... 详细信息

以SBA-15为硬模板剂,采用溶剂挥发诱导煤基沥青烯与聚丙烯腈(PAN)自组装,制备了氮掺杂有序介孔炭(NOMC)。通过CO_(2)活化,进一步提升NOMC的比表面积及电容性能。结果表明,SBA-15、沥青烯、PAN的比例为1∶1.2∶4.8时,800℃炭化所得炭材料成炭率与有序性均较高。900℃活化后其比表面积、孔容及孔径依次为602.1 m 2/g,0.426 cm 3/g,3.808 nm,且比电容达到127.2 F/g,相比未活化,提升了41.8%。

关键词： SBA-15 煤基沥青烯聚丙烯腈氮掺杂有序介孔炭

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页岩储层非构造裂缝研究进展与思考

地学前缘 2024年第1期31卷 297-314页

作者：丁文龙王垚王生晖刘霆锋张子游勾通张梦阳贺湘中国地质大学(北京)能源学院北京100083 中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)自然资源部页岩气资源战略评价重点实验室北京100083

随着我国对非常规油气勘探理论的完善和技术的提高,页岩油气勘探开发不断获得突破,其战略地位也在不断上升。页岩储层的品质通常是制约其资源潜力的主要因素,其中裂缝是页岩油气富集、高产、稳产的关键。因此裂缝作为富有机质页岩储层... 详细信息

随着我国对非常规油气勘探理论的完善和技术的提高,页岩油气勘探开发不断获得突破,其战略地位也在不断上升。页岩储层的品质通常是制约其资源潜力的主要因素,其中裂缝是页岩油气富集、高产、稳产的关键。因此裂缝作为富有机质页岩储层重要的储集空间和渗流通道,其相关研究一直都是该领域内的重点。我国页岩储层内天然裂缝大量发育,而非构造裂缝同样比较发育,对页岩油气的富集和保存评价亦具有重要意义。目前对页岩储层构造裂缝的研究比较深入,而对页岩非构造裂缝的研究则相对薄弱。为此本文在充分调研近年来国内外页岩非构造裂缝研究成果的基础上,重点梳理了非构造裂缝的分类、识别与表征、主控因素、期次及演化序列等方面的研究进展。页岩储层非构造裂缝以成因和形态复杂、分布不规则、尺度较小为特征,依据成因机制差异可将其分为成岩缝、异常高压缝、层理缝和表生缝4个大类,它们的识别与表征目前主要还停留在定性描述的阶段;尽管不同类型的非构造缝主控因素存在差异,但均在不同程度上受控于沉积作用、成岩作用、矿物组分及含量、岩石力学性质,呈现出一定的共性。综合分析并指出了页岩储层非构造裂缝研究的关键问题及发展趋势:一是基于页岩储层岩心、薄片、成像测井、常规测井的典型特征,结合先进图像技术,建立不同类型不同尺度非构造裂缝综合有效识别与定量化表征新方法。二是针对页岩储层非构造裂缝的形成发育具有“多成因类型、多控制因素、多期次演化”的特点,并且页岩非构造裂缝的形成与演化与“古温压、古流体、古成岩”过程联系紧密。据此提出了利用页岩储层非构造裂缝中普遍存在的方解石等充填物的流体地球化学、同位素地球化学(C,O,Sr)及微区原位同位素年代学(U-Pb,Sm-Nd)等先进实验分析技术,综合确定页岩储层非构造裂缝形成时间和活动期次及演化序列是未来研究的关键手段。三是由页岩储层非构造裂缝发育程度与单因素主控因素之间的定性-半定量分析,向多个主控因素耦合控制下的非构造裂缝发育程度的定量研究方向发展,即采用数学方法确定不同主控因素对于裂缝发育程度影响的权重,并构建适合我国页岩非构造裂缝发育程度的综合指数与多个主控因素之间的定量关系模型。

关键词：页岩油气非构造裂缝裂缝分类主控因素裂缝发育程度裂缝期次