矿冶工程杂志

矿冶工程杂志2023年第4期

• 水下铰刀作业流场特性仿真研究

  黎宙, 卓晓军, 程阳锐, 吉成才, 吴卓, 罗斌

  基于固液两相流计算理论，在考虑碰撞效应的基础上，采用VOF模型建立流体力学模型，仿真分析了不同工况下铰刀作业情况。结果表明，铰刀在45°倾角下工作时效果较好，扰动范围为68.32%; 随着铰刀转速增大，铰刀上方水域受扰动程度逐渐增加，流域受扰动范围呈现逐渐增大后又减小的趋势。铰刀工作参数为倾角45°、转速45 r/min和横移速度0.2 m/s时，有利于降低铰刀作业对水域的扰动，能够在一定程度上减少对水域的二次污染。

• 基于软弱夹层蠕变特性的边坡长期稳定性分析

  胡斌, 李剑飞, 李京, 张真, 陈怡昕

  通过软弱夹层剪切蠕变试验，探究软弱夹层蠕变特性对边坡稳定性的影响，根据Cvisc蠕变本构模型拟合试验曲线，并采用有限差分数值计算方法对含软弱夹层边坡进行蠕变计算，分析了边坡长期位移和剪应变增量的变化。结果表明，软弱夹层具有典型的蠕变特性; 采用Cvisc模型进行数值计算得到的结果较符合实际监测数据; 软弱夹层的蠕变特性不仅使位移量值增加，也使边坡整体位移分布形式和方向发生显著变化，且坡顶和坡中位移值较大; 坡体剪应变增量经历了出现、扩展到趋于稳定的过程。

• 西藏帮中锌铜矿采场结构参数优化

  赵兴东, 周鑫, 田斌, 范晓苏

  为进一步提高西藏帮中锌铜矿阶段空场嗣后充填采矿法的生产效率及经济效益，在工程地质力学调查和岩石力学试验基础上对矿区矿岩进行岩体质量分级，并结合矿山采切工程布置分析影响采场稳定性的关键因素; 在此基础上应用多种经验稳定图表法优化采场结构参数。结果表明，改进的稳定图表法适应性强，采场跨度可从12.5 m扩大到20 m，仍满足矿山生产安全要求。

• 日本深海采矿发展现状分析及启示

  李满红, 程阳锐, 李小艳, 黎宙, 刘禹维, 李青

  介绍了日本深海矿产资源开发运行机制，包括日本海洋政策、与海洋采矿相关的管理机构及实施机构以及日本海洋科技开发推进联络会议等协调机制，简述了日本海洋采矿领域的跨部门战略创新推行计划，并总结了日本在海洋采矿领域取得的研究成果。研究日本海洋矿产资源开发管理体系及其开发计划，可为我国制定深海采矿领域战略、投入机制及协调机制等提供借鉴。

• 碱激发金矿粉充填材料力学性能及微观分析

  罗正东, 蒋波, 章本本, 邓代强, 李翔

  以金尾矿为骨料、粉磨后的金尾矿(简称金矿粉)为前驱体原料，以氢氧化钠+水玻璃为碱激发剂，采用碱激发方式制备充填材料，研究了金矿粉颗粒细度、碱激发剂模数及掺量对充填体力学性能的影响。结果表明，当金矿粉磨矿时间60 min(粒度<em>d</em>₅₀为5.939 &mu;m)、碱激发剂水玻璃模数及掺量分别为1.2和60%时，充填体28 d抗压强度为854.2 kPa，满足GB/T 39489&mdash;2020《全尾砂膏体充填规范》对充填体强度的要求。在碱激发剂作用下，金矿粉发生水化反应，生成大量硅铝酸盐凝胶，形成密实稳定的结构，使充填体具有良好的力学性能。

• 相邻矿体临界开采范围的确定方法研究

  郭晓强, 王刚, 黄敏, 陈庆坤, 华实, 温嘉明

  为了界定某铜金矿上、下部矿带8年共采期间的相互扰动范围，从开采过程中诱发的岩层移动变形特征出发，对自然崩落法开采的岩层变形规律进行了总结，进一步结合现场实际开采技术条件，采用工程类比法、理论计算法、数值模拟法对下部矿带岩移规律进行了研究，最终界定了确保上部矿带安全开采的临界采动影响范围，为下部矿带开采规划与布局提供依据。结果表明，上部矿带安全开采所需的下部矿带保安矿柱沿走向约550 m、最小岩层移动角70&deg;～73.3&deg;。

• 深海多金属结核矿物输送模式特征与适应性研究

  张浩, 陈小平, 汤明刚, 许锋炜, 卞鑫, 李生鹏

  在分析多金属结核矿区环境特征的基础上，研究了连续链斗、自动潜浮穿梭采矿车以及各类管道提升模式应用于深海多结核矿物输送的具体特征及适应性。综合考虑机动性、干矿输送能力、布放回收作业效率、造价及运行成本、作业水深适配性、极端海况适应性、海底扰动适应性以及环境友好性等八个方面，建立涵盖多维度评价因素的数学模型以及适应性评价体系。分析结果表明，连续链斗以及管道戽斗提升模式不适用于多金属结核输送; 自动潜浮穿梭采矿车研发成本高，不具备经济适应性。随着水下装备可靠性提高，在可以高质量解决重介质密封问题的前提下，重介质管道提升有可能发展成为高效的深海多金属结核矿物输送模式。

• 基于改进未确知测度的含软弱夹层巷道围岩稳定性评价

  任家苇, 左宇军, 林健云, 陈庆港, 金开玥

  为了准确评价含软弱夹层巷道围岩稳定性，以改进层次分析法和客观赋权法(CRITIC方法)计算综合权重，应用未确知测度理论(UM)计算未确知测度向量，同时引入集对分析理论(SPA)优化置信度评价过程，建立UM-SPA耦合分析模型，并运用该模型对某金矿含软弱夹层巷道围岩稳定性进行评价。结果表明，地应力、软弱夹层抗拉强度和软弱夹层厚度是影响该类巷道稳定性的主要因素; 断面D4、D5、D6、D7、D9的集对势为微反势，有向不安全状态偏向趋势; 巷道稳定性从大到小排序为: 290^#水平&gt;150^#水平&gt;90^#水平。实践验证表明，模型评价结果与实际吻合。

• 露天矿山深孔台阶压渣爆破参数优化研究

  崔年生, 楼晓明

  为了提高露天矿山深孔台阶爆破质量，通过对某矿区现有台阶爆破参数和大块率进行现场调研，提出压渣爆破技术方案，结合LS-DYNA软件仿真分析与理论计算，得到适宜的孔网参数和压渣厚度，并将该参数应用于现场爆破试验。结果表明，压渣厚度5 m、孔间距5 m、抵抗线4 m为适宜爆破参数，该条件下现场爆破试验平均大块率小于7%，取得了良好的爆破效果。

• 基于WOA-SVM模型的爆破振动预测研究

  王鑫瑀, 曹鹏飞, 肖一清, 徐国权

  将鲸鱼优化算法(WOA)与支持向量机(SVM)算法结合，建立了一个预测爆破振动的WOA-SVM混合模型，使用均方根误差和决定系数作为模型性能评价指标，基于司家营铁矿爆破振动数据，对比了WOA-SVM模型、SVM模型、萨道夫斯基模型和USBM模型的预测结果，综合评估结果表明，WOA-SVM模型在预测精度方面优于其他模型。

• 镧离子和铵离子在高岭石表面的吸附机理研究

  邹志强, 黄李金鸿, 李新冬, 肖文刚, 钱艳涛, 黄万抚

  基于密度泛函理论的平面波赝势第一性原理计算，研究了La³⁺和NH₄⁺在高岭石(001)面和(00-1)面的吸附机理。结果表明，La³⁺主要通过静电作用吸附在高岭石表面，NH₄⁺除静电作用外，还存在氢键作用，比La³⁺有更多的电子转移到高岭石表面上。离子在高岭石(001)面的吸附能绝对值从大到小排序为: La³⁺&gt;NH₄⁺&gt;H₂O; 离子在高岭石(00-1)面的吸附能绝对值从大到小排序为: NH₄⁺&gt;La³⁺&gt;H₂O。La³⁺更容易吸附在(001)面上，而NH₄⁺更容易吸附在(00-1)面上。采用硫酸铵作浸出剂时，浸出剂浓度需要提高到一定值才能使吸附在高岭石(001)面上的La³⁺等稀土离子被有效地交换下来。

• 不同研磨介质填充率下球磨机内钢球碰撞研究

  袁文彬, 孙欣, 金凯, 王小龙, 张雁生

  以工业生产中使用的大型球磨机为例，将离散单元法应用到有效内径4.6 m的球磨机中，模拟研究研磨介质填充率对球磨机内部颗粒碰撞以及能耗的影响。结果表明，研磨介质填充率30%~35%时，研磨介质填充率增加，球磨机内部钢球与矿石之间的碰撞频次逐渐增加，但矿石与矿石之间的碰撞频次与总碰撞频次之比先增加后降低，且钢球与钢球、钢球与衬板之间的能量损失也会增加。增加球磨机研磨介质填充率不仅会降低球磨机磨矿效率、增加能量损失，还会增加磨机内部颗粒对衬板的磨损，不利于衬板的持续性使用。

• 高压辊磨超细碎对铜铁共生矿分选的影响

  陈兴, 陈铁军, 韦东, 黄春源, 张涛

  为探究高压辊磨超细碎对铜铁共生矿分选的影响，对其进行了高压辊磨超细碎分选试验，结果表明，高压辊磨产品相比颚式破碎产品粒度小且均匀; 高压辊磨破碎产品出现了明显的晶界裂纹; 磁选抛尾试验中，高压辊磨产品比颚式破碎产品磁选精矿铁品位提高了0.4个百分点、回收率降低了0.8个百分点，铜品位提高了0.01个百分点、回收率提高了2.11个百分点; 浮选试验中，高压辊磨产品比颚式破碎产品浮选粗精矿铜品位提高了0.21个百分点、回收率提高了1.84个百分点; 浮选粗选尾矿磁选试验中，高压辊磨产品比颚式破碎产品精矿铁品位提高了1.11个百分点、回收率提高了2.45个百分点。高压辊磨破碎比颚式破碎更有利于铜品位的提升和铁精矿的回收。

• 某微细粒难选含碳重晶石矿选矿技术研究

  张立刚, 缪亚兵, 张茂, 李文风

  贵州某重晶石矿粒度分布不均匀，与脉石矿物嵌布关系复杂，属于典型微细粒难选矿石。在磨矿细度-0.075 mm粒级占90%条件下，采用煤油和2^#油脱碳，再以碳酸钠为pH值调整剂、水玻璃为抑制剂、CY-30为捕收剂进行重晶石浮选，闭路试验获得了重晶石精矿产率75.92%、BaSO₄品位和回收率分别为93.55%和87.85%的选别指标。

• 高硅型有色金属尾矿资源清洁高效综合利用研究

  徐晓衣, 孟庆波, 李双棵, 王洪岭, 高玉德

  某高硅型有色金属尾矿主要矿物为石英、明矾石、地开石、绢云母和黄铁矿，石英粒度相对较粗，明矾石和地开石在较细粒级富集，明矾石与石英、地开石、绢云母呈浸染状复杂连生。针对该尾矿样品开展了明矾石和石英回收试验研究，采用&ldquo;脱泥-脱硫-明矾石浮选&rdquo;流程得到的明矾石精矿SO₃品位20.14%，明矾石浮选尾矿反浮选回收石英，得到SiO₂品位96.38%的石英精矿。该流程实现了有色金属尾矿的高效综合利用。

• 某复杂难选多金属硫化矿铜铅浮选分离试验研究

  吴承优

  对某含砷含银复杂难选铜铅锌硫化矿进行了浮选试验研究。使用新型高效硫化矿捕收剂CYC和环保型铅抑制剂CYZ，采用粗磨-铜铅混合浮选-分级再磨-脱药-铜铅分离工艺流程，获得了铜品位22.42%、银含量11 549.74 g/t，铜、银回收率分别为73.77%、83.85%的铜精矿，以及铅品位13.96%、锑含量6.61%，铅、锑回收率分别为19.45%、11.10%的铅精矿，实现了铜和铅的高效分离，伴生银、锑也得到了有效回收。

• 某高氧化率硫化铅锌矿混合浮选试验研究

  周艳飞, 王建安, 沈发明, 姚伟, 徐寒冰, 曾志飞

  针对某硫化铅锌矿氧化率高、现场浮选指标低的问题，采用石灰+CD-2(800 g/t+300 g/t)为黄铁矿抑制剂、CD-1+水玻璃(600 g/t+600 g/t)为脉石抑制剂、硫化钠(500 g/t)为硫化剂、硫酸铜(500 g/t)为活化剂、丁基黄药(200 g/t)为捕收剂、松醇油(21 g/t)为起泡剂，经两段粗选、两段扫选、一段精粗选、两段精选、两段精扫选的优化闭路浮选，混合精矿中铅品位和回收率分别为16.25%和65.05%，锌品位和回收率分别为27.69%和92.49%。与原工艺流程生产指标相比，铅品位和回收率分别提高了2.24个百分点和9.36个百分点，锌品位和回收率分别提高了1.57个百分点和5.14个百分点。

• 某硫化铜矿浮选试验研究

  曹玉川

  对某硫化铜矿进行了浮选试验研究，采用铜优先浮选、浮铜尾矿选硫的闭路流程，得到了铜精矿铜品位23.01%、铜回收率95.47%，硫精矿硫品位35.72%、硫回收率58.48%的浮选指标。

• 湖北某复杂低品位铜矿浮选试验研究

  苟浩然, 曾海鹏, 黄红军, 于俊杰, 李石晗

  对湖北某低品位复杂铜矿进行了浮选试验研究，探索了磨矿细度、药剂种类、药剂用量等条件对浮选指标的影响。结果表明，磨矿细度-0.074 mm粒级占75.2%，采用一粗三精三扫闭路浮选流程，选择丁基黄药、Z-200、乙硫氮作为组合捕收剂，次氯酸钙与石灰复配作为调整剂，在原矿铜品位0.42%条件下，获得了铜精矿铜品位12.15%、回收率85.05%的技术指标。

• 酒钢铁精矿助滤脱水试验研究

  赵文坡, 李文风, 薛珂, 田建利

  针对酒钢铁精矿水分偏高的问题，采用添加助滤剂的方法进行了脱水试验研究。结果表明，助滤剂CYG-1能提高过滤效果，与不添加助滤剂相比，当CYG-1用量为500 g/t时，铁精矿滤饼水分下降了2.31个百分点。

• 喷吹方式对大型铜熔炼底吹炉流动特性影响研究

  姜保成, 郭学益, 王亲猛

  基于计算流体力学方法，采用VOF多相流模型和Realizable k-&epsilon;湍流模型，对不同喷吹方式的大型底吹炉流动特性进行模拟，分析了预稳过程、喷吹气体运动特征、气-锍-渣相互作用特征以及熔池混合效果。结果表明，大型底吹炉的双枪喷吹由枪座上的两支氧枪共同形成一个叠加的气动搅拌区，其内部存在显著的气-锍-渣相互作用，为大型底吹炉提供良好动力学条件。9&deg;双枪喷吹混合效果较佳，熔池气含率达到2.70%，平均速度为0.20 m/s，平均湍动能为0.059 m²/s²，熔池内部扰动剧烈并且熔体喷溅较少，有利于提高熔炼效率。

• 钛铁矿粗精矿直接还原分离钛铁试验研究

  张崇辉, 高晨鑫, 卜显忠, 宛鹤, 王森, 薛季玮

  通过直接还原焙烧-磁选工艺对钛铁矿粗精矿进行铁、钛分离回收利用，采用单因素实验研究了还原温度、还原时间、煤粉用量、硼砂用量、膨润土用量、磨矿细度、磁场强度对铁精矿和钛精矿品位、回收率的影响，确定了适宜的工艺参数。结果表明，在还原温度1 200 ℃、还原时间2 h、煤粉用量40%、硼砂用量2%、膨润土用量2%、磨矿细度-38 &mu;m粒级占84%、磁选磁场强度79.62 kA/m时，采用直接还原焙烧-磁选工艺可获得铁品位82.57%、铁回收率83.59%的铁精矿和钛品位49.23%、钛回收率85.18%的钛精矿，选冶指标理想。

• 风化壳淋积型稀土尾矿中残留浸矿剂及主要共存离子分布规律研究

  李小菊, 余军霞, 汪荣, 欧阳泽, 刘洋, 胡庆梓, 陈施宇, 周芳, 池汝安

  以风化壳淋积型稀土矿采用硫酸铵原地浸出后的闭矿场尾矿为研究对象，研究了尾矿样品的含水率、pH值、Zeta电位随采样深度的变化趋势，分析了总氮、硝态氮、铵态氮和主要共存离子在矿体中的含量及分布。结果表明，稀土尾矿样品均呈酸性，其含水率和Zeta电位均随采样深度增加而逐渐降低。残留铵盐主要以铵态氮中的水溶态铵(11%~33%)和离子交换态铵(59%~87%)赋存在矿体中，并且其在中层矿体中的含量最高、表层矿体中的含量最低。XRD分析结果表明，尾矿中黏土矿物含量与残留铵含量呈正相关。因表层矿体中有机质含量高，共存阳离子Al3+和RE3+在表层含量最高; 随着矿体深度增加，阳离子Al³⁺和RE³⁺含量明显降低，共存阴离子SO₄^2-、Cl^-含量则呈相反变化趋势。

• PCBN刀具以车代磨加工20CrMnTi合金钢试验研究

  苏君, 冯佩佩

  采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，以车代磨对20CrMnTi合金钢进行精密切削加工。分析了切削过程中PCBN刀具的磨损形式和磨损机理，研究了不同切削参数对刀具寿命与工件表面粗糙度的影响。结果表明，切削过程中刀具发生了扩散、崩刃以及氧化磨损; 在硬态切削三要素中，切削进给量和切削速度对刀具磨损量影响较大，切削进给量对工件表面粗糙度影响较大。<br>

• 不同热处理态TP2铜的冲刷腐蚀性能研究

  肖来荣, 王森, 赵小军, 杨烨崧, 任鹏禾, 余华丽, 彭振武, 蔡圳阳

  对不同热处理态(硬态、软态)TP2铜进行不同流速的3.5%NaCl溶液冲刷腐蚀实验，测试了TP2铜的冲刷腐蚀速率，表征了冲刷腐蚀240 h后的腐蚀形貌及腐蚀产物，探讨了TP2铜的冲刷腐蚀机理。结果表明，流动的腐蚀介质加快了TP2铜的腐蚀速率;在相同流速条件下腐蚀240 h后，软态TP2铜的腐蚀速率大于硬态TP2铜;高流速下TP2铜经冲刷腐蚀240 h后的表面腐蚀形貌主要呈沟壑状，形成的主要腐蚀产物为Cu₂O。

• 钠离子电池层状正极材料专利综述

  吴健博, 周彤, 李维, 邓梁, 贡浩天 龙庭 杨立山

  从国内钠离子电池层状正极材料的相关专利出发，综述了专利申请(授权)年度趋势、主要申请人整体状况，并从钠离子电池层状正极材料的前驱体、结构、化学洗、包覆方面选取具有代表性的专利进行分析，指出了该行业的发展趋势及技术难点、热点。

• 椰壳炭作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究

  张舰, 陈旭, 史世和, 白世伟, 陈庆荣, 钟胜奎, 刘洁群

  以椰壳为原料，采用高温热解法和活化法制备了椰壳活性炭负极材料。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、循环伏安法和电化学阻抗谱图等手段考察了活化处理对椰壳炭结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明，经活化处理的椰壳炭无序化程度高，富含微孔、介孔多孔结构，在0.1 A/g电流密度下,首次放电比容量达到918.22 mAh/g，在1 A/g电流密度下循环200次后放电比容量仍有447 mAh/g。

• 废旧磷酸铁锂电池可持续回收技术研究进展

  颜群轩, 罗碧云, 陈嘉鑫, 赵子祥, 陈洁, 谭群英, 肖绍辉, 蒋实

  从回收效率、经济和环境效益、产业化可行性等角度分析了废旧磷酸铁锂电池预处理、湿法冶金工艺及原位再生修复工艺等回收技术的优缺点以及各自的发展方向，可为未来优化和完善磷酸铁锂电池回收工艺提供借鉴。

• 重载矿车用锂离子电池包随机振动可靠性研究

  张明军, 李睿鑫, 段维

  为了评价重载矿车用锂离子电池包的振动可靠性，采用有限元软件ANSYS对某重载矿车用锂离子电池包进行了模态仿真分析以及随机振动仿真计算，并对电池包进行了随机振动试验。结果表明，电池包结构第1阶模态频率为33.85 Hz(对应电池包结构的上盖)，大于车架传递的外激励频率(30 Hz)，可以避开低阶频率共振，提高结构振动可靠性; 电池包箱体加强筋、下箱体、上盖和电池安装支架等关键零部件的随机振动计算应力均小于材料屈服强度，电池包结构件满足强度可靠性要求; 电池包总成结构件在随机振动试验中均未出现永久变形、损伤等现象，验证了仿真计算结果的可靠性。

• 退役动力电池梯次利用技术及产业专利分析

  段晓影, 张静雅, 卓晓军, 熊伟

  分析了全球退役动力电池梯次利用技术专利申请趋势及专利技术分布，探讨了退役动力电池梯次利用技术产业的全球竞争态势及研发热点方向，重点分析了国内相关专利申请情况。结果表明，目前各国退役动力电池梯次利用技术的申请量稳步提升，且仍有提升空间; 退役动力电池分类、检测、筛选、评估等相关技术一直是研发热点，处于持续发展状态，专利申请量呈稳定增长趋势; 中国是退役动力电池梯次利用技术主要的专利布局和重要技术来源国，与全球发展趋势一致，未来相关技术的专利申请量仍将持续增长。建议相关企业加大研发力度、率先抢占先机，同时加强专利布局。

• 中央地质勘查基金市场化改革的困境与探索

  崔祖霞, 王俊

  介绍了中央地质勘查基金(地勘基金)成立背景和运行成效，阐述了地勘基金在矿产勘查中的重要作用及其对地勘行业市场化改革的深远意义，通过基金项目实施情况分析了当前亟待解决的主要问题，立足当前矿业行业发展、国家财政实际和地勘基金自身特点，提出下一步推进地勘基金改革发展的思路。