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[硕士论文] 李杰卫
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源在我国的能源中占主要地位,煤炭的开采利用一方面促进了经济社会的发展,另一方面,煤炭的开采造成了地面的塌陷,破坏了地表的生态环境平衡。为了治理煤矿开采塌陷区,将煤矸石作为塌陷区的土地复垦和充填开采的充填基质,不仅可以消耗大量的煤矸石,减少煤矸石带来的环境污染,而且可以降低地表塌陷的破坏程度。但是煤矸石受外界因素的影响作用较大,极易发生变形,最终导致充填区地表沉降和地表环境产生不同程度改变。因此,煤矸石充填区地表变形特征及其对地表环境的影响是需要研究解决的关键问题之一。
  论文选取潘集矿区的不同粒径大小煤矸石作为复垦试验的充填基质,构建室外试验模型,探究自然堆存状态下不同类型煤矸石变形沉降机理,并且开展不同块度煤矸石颗粒级配数值模拟实验研究,探究不同级配煤矸石颗粒在不同围压下,煤矸石颗粒的峰值强度变化特征以及煤矸石颗粒体应变与轴向应变之间的变形特征;论文主要取得以下结论:
  (1)在自然堆存煤矸石级配充填复垦试验中三个试验模型的沉降速率呈现两阶段变化特征,试验前期模型沉降速率呈现弹性变化,沉降速率曲线整体呈现“波浪型”,且前期各监测周期内模型沉降速率较快,随时间的推移后期模型沉降速率趋于平稳的变化过程,试验后期下沉速率最小;在监测周期内三种级配充填模型沉降值变化不同,各试验模型前期沉降值增加较快,呈线性变化,后期沉降值变化较小,趋于稳定变化。
  (2)降雨和降雪对试验模型沉降速率影响较大。通过对降水前后监测的数据进行分析,降雨和降雪增加了模型矸石堆的荷载,使试验模型短时间内沉降速率增加较明显,并且降雨或降雪量以及降雨持续时间对模型地表沉降变形具有明显的滞后效应。
  (3)通过对比不同数值分析模型,在三个试验模型沉降的前期,AR模型预测数据误差小拟合效果最好,GM模型预测数据拟合效果较差,预测数据拟合曲线波动较大,主要原因是实测数据量较小,不能够体现数据的整体动态变化趋势。在试验模型沉降后期,各预测分析模型的预测值拟合精度提高。
  (4)煤矸石压缩变形试验分析表明,不同级配模型其应力-应变及轴向应变-体应变曲线均呈现三个阶段变化趋势。大粒径煤矸石组模型峰值强度小于小粒径煤矸石组模型,主要是因为部分细颗粒填充了粗颗粒之间的空隙,粗细颗粒之间相互接触咬合,增加了抗压强度。并且随轴向应变增加,单一级配煤矸石模型体积变化较大,混合级配方案模型体积变化较小。
[硕士论文] 张骎
矿物加工工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当前,全国大多数选煤厂在重介选煤的工艺控制方面、原生煤泥处理的浮选选煤方面以及压滤生产系统方面均采用传统的人工控制工艺,依靠操作工人的经验和判断,通过眼看、手摸等操作方式来获取数据。虽然在某些环节实现了智能化,如入洗原煤处理量自动控制功能、重介精煤灰分在线检测功能等,但是在某些关键环节仍未实现智能化控制。针对当前涡北选煤厂在人工控制生产方式中存在的缺点和不足,设计一套智能化工作系统可以有效地提升选煤厂的工作效率以及选煤工作的工作质量。
  本文针对当前涡北选煤厂的生产作业系统中存在的问题,提出深度整合重介系统、浮选系统、加压过滤系统、浓缩压滤系统,将各系统整合为一整体,建立清洁低碳、安全高效的现代化、智能化选煤厂的设计思路,以提升各环节自动化水平,提高工作效率,减轻职工劳动强度。在综合分析国内外选煤厂工艺施工技术的基础上,完成重介生产系统、浮游生产系统、压滤生产系统及其他辅助生产系统智能化的设计。用信息化手段管理设备,提高对设备维护的及时性、可靠性。能够对设备运行状况进行监控,实现不同系统间的数据共享,有利于控制系统的完善。实现药剂添加精细化管理,节约生产成本,为生产系统提供可靠实时数据。进而提升选煤厂生产管理的秩序化、合理化,使生产管理人员掌握更多、可靠的生产数据,提高决策的正确性和及时性,并降低生产成本,稳定产品质量,提高精煤产率,提升选煤厂经济效益,有效地提升选煤厂的工作效率,进而增强选煤厂市场竞争力。
[硕士论文] 刘欢
水利工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:鸡西市位于黑龙江省东部,是我国重要的煤炭基地及石墨生产地,该地区蕴藏丰富的矿产资源,长期的矿产资源开采,形成了大量的工矿废弃地。本文以鸡西市水泥厂采石废弃地为例,通过现场调查、取样、测试、分析等手段,围绕不同植被恢复期废弃地基质的理化性质、植被恢复状况等方面展开研究,对比、分析黑龙江东部矿区不同类型植被恢复模式对植被恢复状况的影响特征以及基质的动态变化规律,为黑龙江省东部矿区废弃地的植被恢复和生态重建提供理论依据以及实践的指导。
  研究结果表明:
  随着恢复年限的增加,四种类型植被恢复模式下,基质的PH值均由恢复前的碱性向中性改善,改善效果强弱次序依次为:沙棘纯林>樟子松和赤松混交林>樟子松纯林>赤松纯林。
  随着恢复年限的增加,四种类型植被恢复模式下,基质的自然含水率、最大含水率、有机质、全氮、速效氮、全磷以及速效磷含量都普遍得到增加,且基质上层增加量显著高于基质下层。其中,沙棘纯林恢复模式对基质中有机质及氮的改善效果优于其他三种植被模式,赤松纯林恢复模式对基质速效磷的改善效果优于其他三种植被模式,四种植被恢复模式对基质速效钾没有改善。
  随着恢复年限的增加,四种类型植被恢复模式下,基质综合肥力水平依次为:沙棘纯林(16)>樟子松纯林(15)>兴凯赤松纯林(14)>樟子松和赤松混交林(11)。由此可知沙棘纯林恢复模式更适合改善水泥采石场工矿废弃地的基质状况。
[硕士论文] 王灿
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:黄泥山矿山是江苏盱眙县凹凸棒石主采矿区,每年有大约10万吨凹凸棒石包覆在蛋白石团块外构成的蛋白石-凹凸棒石复合体(40%凹凸棒石、60%蛋白石)的尾矿未得到有效利用,被丢弃或者直接填回采坑。为开发该类矿石的低成本干法选矿、加工技术,实现蛋白石-凹凸棒石黏土的高值化和综合利用。本文研究了蛋白石-凹凸棒黏土干法选矿技术,基于蛋白石的湿法制备水玻璃技术,凹凸棒石负载锰氧化物复合催化剂的净化甲醛及作用机制。本文主要取得成果如下:
  (1)干法选矿结果表明,蛋白石-凹凸棒石黏土经过干-湿交替风化崩解后,采用孔径为4mm滚筒筛可选择性破碎并有效筛分出凹凸棒石与蛋白石。经4mm筛分筛上物主要为蛋白石,含量约70%;4mm筛下物主要为凹凸棒石,含量约65%-75%。
  (2)以干法选矿纯化后的蛋白石为原料,通过响应面法优化水热碱溶制备水玻璃的工艺条件。在单因素实验的基础上,以水玻璃模数和SiO2浸出率的加权平均值为响应值,根据Box-Behnken的中心组合实验设计原理对反应温度、液固比、碱硅比关键因素进行优化,对实验结果进行方差分析和验证。在分析各个因素的显著性和交互作用后,得出最佳工艺条件为:蛋白石用量为10g时,当液固比为6∶1,碱硅比为4.05∶10,反应温度为110℃,水玻璃模数和SiO2浸出率分别为2.85,81.4%。
  (3)以干法选矿纯化后凹凸棒石为催化剂载体,分别以四种锰盐为前驱体,通过共沉淀法制备凹凸棒石负载锰氧化物复合催化剂并催化净化甲醛。以高锰酸钾为前驱体的MnOx/PG-PP催化剂中锰氧化物晶型为水钠锰矿,高度分散且包覆在凹凸棒石表面。MnOx/PG-PP催化甲醛活性最高,在150℃可将1200ppm的甲醛完全转换为水和二氧化碳。以醋酸锰、硝酸锰、硫酸锰为前驱体的甲醛完全转化温度为200℃。本征反应动力学表明MVK动力学更适合描述催化甲醛过程,MnOx/PG-PP催化剂反应活化能为25.9kJ/mol。催化反应过程遵循氧化-还原机理,完全反应路径为:吸附态甲醛首先被转化为亚甲基二氧物种,继而被转化为甲酸盐物种,最终完全被氧化为二氧化碳和水。
[硕士论文] 郑印
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:淮南市是华东地区的重要火电发电基地,粉煤灰的排放量和堆积量随着电力工业的不断发展而逐年增多。粉煤灰作为充填基质覆土复垦,具有综合解决采煤塌陷区问题和减少堆积占用耕地面积等优点,符合我国可持续发展观的经济方针。但在充填基质、覆土如何搭配尚未形成统一的标准,也未对不同覆土厚度下的粉煤灰充填复垦土壤肥力关键要素空间特征进行系统分析。利用相关数学模型,对复垦后的土壤质量还需深入研究,以便为科学的复垦措施选择提供依据。
  本研究以淮南市平圩电厂粉煤灰堆场为对象,通过野外长期监测、野外采样调查和室内化验,从复垦土壤肥力的角度出发,选取土壤容重、土壤颗粒组成、水分、有机质等指标,借助于地质统计学、经典统计学等方法对不同覆土厚度粉煤灰充填复垦地块的土壤肥力要素的空间分布特征、土壤肥力指标综合指数、土壤水分特征进行综合分析,并基于WHCNS模型对不同覆土厚度粉煤灰充填复垦土壤的水分预测。研究结果表明:
  四种土壤肥力指标空间分布格局分成两类,土壤有机质含量、土壤容重和粉粒含量为一类,它们的值与覆土厚度在空间上呈现正相关。土壤含水量却呈现相反格局,覆土厚度越厚,其值越小。粉煤灰充填复垦土壤关键肥力指标反映了上述的空间分布格局是覆土厚度、覆土方式和耕作等共同作用的结果,其中覆土厚度起主要作用。当覆土厚度达到40-50cm后土壤肥力已达到复垦区的最高水平。
  综合考虑各粉煤灰覆土复垦模式的土壤理化性质特征,认为复垦覆土厚度为40-50cm是一个较佳的选择。
  此外,基于WHCNS模型水分预测结果表明,覆土厚度对复垦地土壤体积含水量的影响颇大,覆土厚度越大,底层粉煤灰对上层土壤的含水量影响就越小,随着时间的变化各层面的土壤体积含水量变化趋势相同,但是覆土厚度的增加对土壤水分含量的保持有一定的效果。
[硕士论文] 赵洪恩
测绘工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤炭作为我国的主要能源,其生产在给人们带来效益的同时也造成了开采区的地表塌陷,以及煤炭生产过程中大量的煤矸石排出堆积成山严重污染着环境。为治理塌陷区,改变被污染的环境,以煤矸石作为充填基质进行土地复垦能够达到一举两得的效果。但是,松散的煤矸石充填后,在受到自身荷载作用以及外界表生作用下煤矸石发生体积变形,进而表现出地表下沉。充填区的地表下沉量与充填厚度和煤矸石的块度与岩性及外在因素如含水量、温度的变化等有关。通常,充填的煤矸石厚度越大,充填区的地表下沉量就越大。为了使充填区在下沉稳定时达到设计标高值,这就需要在设计标高时有个预留高度,但是,散体煤矸石的承载变形是与其块度大小相关的。为研究不同块度结构下煤矸石作为土地复垦充填基质其充填地地表下沉量的差异性,达到为煤矸石充填复垦标高设计提供相应的试验依据的目的。本文通过对自然状态下的煤矸石进行块度结构调查将煤矸石分为洗选煤矸石、平均块度粒径较大的掘进矸石和块度粒径较小的煤矸石3种类型,进而在塌陷区构建三种不同块度粒径级配的煤矸石充填复垦地试验模型,并在每个试验模型上布设三个监测点,在试验模型竣工后采集每个监测点的高程数据,在此之后每十天左右观测一次每个模型的高程值,随着每个试验模型的绝对沉降值的减小,将观测周期延伸为二十天左右观测一次每个模型的高程值,在每次观测完成之后对观测数据进行平差处理,并计算每个监测点的绝对沉降值与累积沉降值,并将同一个模型上的三个点求平均值记为该模型的沉降值。同时分析不同块度结构的试验模型间的差异性,并应用回归分析法与灰色系统法对三个试验模型的变形特征进行分析研究。试验研究结果表明:
  (1)在自然煤矸石级配充填复垦试验中三个试验模型的沉降速率均为先增大再减小后趋于平稳的变化过程;通过回归分析与灰色系统分析进行建模,三个试验模型的数学模型精度虽然存在差异,但是整体看三个试验模型的拟合效果均较好。
  (2)在试验模型的沉降量监测周期为10天左右时,外界降雨对模型的影响不是立即表现出来而是有一定的滞后现象,随着监测周期增加为20天左右外界降雨量和三个模型的沉降速率呈现出相同的变化趋势。
  (3)三个试验模型的总体变形表现出一定的差异,在试验模型的煤矸石充填基质中含有小粒径较多时煤矸石充填地表总沉降量最小,且前期沉降速率较快,随着时间推移沉降速率趋于平稳,试验后期其累积下沉速率最小,各试验模型的累积下沉速率相对稳定,且差异性减小;具有相似块度结构的试验模型无论是在总下沉量上还是在沉降速率上其差异性均较小。
  (4)采用两种数学模型进行分析与预测均得出,当充填的煤矸石中小块度的煤矸石含量较高时,其沉降量较小,相对较稳定。当充填的煤矸石颗粒级配相近时,其沉降量也相应的相近。即当充填的煤矸石块度存在差异时其复垦区地表变形也相应的表现出差异,且当煤矸石小块度的含量高时其复垦区地表变形较小。
  (5)煤矸石块度结构中小颗粒的含量越多沉降速率变化越快,且在受雨水的影响中,其对水的敏感性就越高,随着煤矸石块度中大颗粒的增加,其对水的敏感性也相应的减小。
[硕士论文] 白雪杰
矿物加工工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文结合现有煤泥浮选设备的优点,引入了水轮机的工作原理,提出了一种新型自吸气浮选预处理装置,并对该装置进行了理论分析、参数优化和试验测试。自吸气浮选预处理试验装置的设计原则是保证充足的吸气量,保证恒定的转速和稳定的流场,其工作原理是将矿浆通过矿浆泵引入管道,在喷嘴处高速喷射冲击到叶轮叶片上,叶轮受迫高速转动,并将矿浆甩出,叶轮体内形成局部负压状态,在压差作用下,外界空气通过顶端的吸气口进入装置内部,并通过叶轮的搅拌作用与矿浆充分混合,形成气液固三相流,从装置下端的排料口排出,实现浮选矿浆的预处理。理论分析部分,对自吸气浮选预处理装置的总体参数和射流冲击、负压吸气两个阶段进行了理论分析,针对喷嘴射流运动、水流冲击叶轮的力矩,水流进出叶轮体的速度以及吸气量进行了具体的分析计算;试验测试阶段,搭建模型、选取部件及配件,制定试验,对喷嘴直径和叶轮叶片个数进行了参数优化,并探究了入料流量、入料压力、叶轮转速和吸气口吸气量之间的关系,最后进行了气泡测试试验和煤泥分选试验。结果表明:
  (1)叶轮叶片个数为8个,喷嘴直径为5mm时,叶轮转速和吸气口吸气量的效果能达到最好,且叶轮转速和吸气量之间存在明显的正相关关系。
  (2)调整变频器频率可直接改变叶轮的转速,随着叶轮转速的上升,入料流量和入料压强以及叶轮转速和吸气量都稳步上升,变频器频率为40Hz时,入料流量为0.56m3/h,入料压强为0.18MPa,叶轮转速为544.3r/min,吸气口吸气量为3.5L/min,接着提升变频器频率,各项指标无明显变化;
  (3)自吸气浮选预处理装置能够产生足够量的微小气泡,符合正态分布,大于1mm的气泡占比极小,大大提高了气泡群的稳定性,适合应用于浮选预处理工作;经叶轮切割后,气泡平均直径最小可低至0.5161mm,且0.5mm左右的气泡所占比例突破0.4,小气泡所占比例增加,叶轮的切割作用效果显著;足够的冲击动能有助于形成微小的气泡,而稳定的流场可以抑制气泡的兼并。
  (4)煤泥分选试验中,经过浮选预处理装置,可将精煤产率最高提升4.8%,在低频率条件下精煤产率较低,而随着工作频率的升高,精煤产率也升高,50Hz和40Hz工作频率下的精煤产率差别不大。浮选预处理装置对精煤灰分并无明显的影响。
[硕士论文] 李伟荣
矿物加工工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:高岭石颗粒粒度小、表面荷较强的同性电荷且颗粒间存在水化斥力,在悬浮液中稳定分散,导致煤泥水和某些工业废水难以处理。在工业中,高岭石是一种重要的功能材料。如果将微细高岭石从煤泥水等中分选出来不仅降低煤泥水和相关废水处理难度,而且将其资源化利用。但是煤泥水中的高岭石和煤相关性质复杂,采用目前常规方法难以实现煤泥水中微细高岭石颗粒的提取,迫切需要研究高岭石和煤界面调控方法,以实现微细高岭石矿物高度富集。
  通过聚团沉降试验研究溶液pH、颗粒粒度、金属离子、表面活性剂、非极性油、加药顺序、搅拌速度和搅拌时间对微细高岭石颗粒聚团特性的影响规律,结果表明,当pH<6时,微细高岭石颗粒表现为强烈的聚团行为且受粒度和pH影响较小,沉降产率均大于80%;当pH>6时,D50<2.72μm颗粒聚团行为受pH影响较大,由聚团趋向于分散为主,D50>11.78μm受pH和粒度影响较小;随着K+、Mg2+和Fe3+金属离子浓度增大,沉降产率增加,且随着离子价态的增加效果越明显;十二胺醋酸盐较油酸钠和Tween80更有利于高岭石颗粒聚团沉降;添加非极性油可强化聚团沉降效果;十二胺醋酸盐、柴油和乳化剂Span80添加顺序对聚团沉降影响较小;随着搅拌速度的增大及搅拌时间的增加,沉降产率先增大后变化较小。
  溶液pH、金属离子、分散剂、搅拌速度和搅拌时间对微细煤颗粒分散特性影响规律的研究结果表明:当pH<6时,煤颗粒分散率随着pH值增加而增大;当pH>6时,随着pH值增加而减小;随着K+、Mg2+和Fe3+离子浓度的增大,分散率降低,离子对分散率的影响顺序为:Mg2+> Fe3+> K+;当木质素磺酸钠浓度小于0.2 g/L和大于3.0 g/L时煤颗粒分散率较大,添加腐殖酸钠、a-烯基磺酸钠和羟丙基甲基纤维素对分散率的影响与木质素磺酸钠相似;煤颗粒分散率随Na2SiO3浓度的增加而增大,随Na2CO3和木质素胺浓度的增加反而减小;煤颗粒分散率随着搅拌速度的增大及搅拌时间的增加先增大后趋于不变。
  研究了高岭石与煤配比、矿浆浓度、矿物粒度、溶液pH、金属离子、分散剂、凝聚剂、表面疏水活性剂、搅拌速度、搅拌时间、搅拌方式和分选工艺对微细高岭石颗粒聚团分选的影响规律。结果表明:当高岭石与煤配比为1∶1,矿浆浓度为20%,pH=4.0,高岭石粒度D50>11.78μm,煤粒度<0.045 mm,搅拌速度和时间分别为500 r/min和5min时高岭石聚团分选效果明显;添加K+、Mg2+和Fe3+离子均对高岭石聚团分选不利;聚铝、糊精和磁力搅拌分别较十二胺醋酸盐、木质素磺酸钠和机械搅拌更有利于微细高岭石颗粒聚团分选;二次聚团分选工艺对其聚团分选效果影响较小。
[硕士论文] 杨晋
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:在煤炭生产、加工以及使用过程中,煤炭的制样与检测十分必要。筛分装置是煤质制样过程中的重要环节,物料的筛分效果将直接影响着后续检测结果的准确性。而当前制样过程关键筛分设备的体积较大、笨重且不宜携带,所以专门针对煤质分析检测的小型化筛分装置及其筛上物料的动态特性研究有着重要的现实意义。
  通过对国内外现有筛分装备技术与筛分机理的综合分析,运用动力学理论及虚拟样机仿真,并结合实验验证,对筛上单颗粒物料的动态特性进行了深入的研究,得出了有益结论。首先,通过广泛分析现有的筛分装置及技术,设计了一种筛网倾斜式小型旋振筛分装置,运用了运动质点动力学理论得到了该筛分装置筛上物料的动力学方程,并进行了正确求解,提出在该装置上物料的运动轨迹为一条螺旋曲线。其次,以单颗粒筛分理论为基础,利用ADAMS得到了该筛分装置筛上物料在不同的电机转速、弹簧刚度以及筛面倾角等可变条件下的运动轨迹、速度及角速度曲线,确定了合理的筛面倾角、电机转速和弹簧刚度的取值范围。最后,制造了旋振筛样机,并进行了实验验证,得出了物料的筛分效率与所需筛分时间的变化曲线,实验表明仿真结论与实际结果相符,从而获得了筛上物料动态特性效果最佳时所对应的实际设计参数集合。
  本论文所设计的筛分装置还具有体积小、重量轻等优点,研究结论可以在小型化筛分装置的设计与集成方面提供重要依据,并为筛上单颗粒物料的动态特性及相关后续研究奠定理论基础。
[硕士论文] 李木楠
生态学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:本研究在对山西阳泉矿区两座不同复垦时间(2003a和2013a)的煤矸石山人工植被进行调查的基础上,采用数量生态和土壤生化分析方法,对其人工植物群落类型、种间关系、土壤理化性质和酶活性进行了研究,采用隶属函数法,对不同人工植物群落的生态效应进行了评价,揭示了矸石山人工植被恢复与土壤环境的关系,筛选了适合煤矸石山生态恢复的优势植物群落,为快速建立自我维持的煤矸石山人工植被-土壤生态系统提供科学依据和技术指导。主要研究结论为:
  (i) TWINSPAN将阳泉矿区煤矸石山人工植物群落划分为9个群丛,分别处于生态恢复的初、中期阶段
  采用双向指示种分析法(TWINSPAN)和除趋势对应分析(DCA)方法,对山西阳泉矿区煤矸石山人工植物群落生态关系进行了研究,将该人工植被63个样方划分为9个群丛,群丛I-IV的恢复时间较短(3a),处于群落演替的初期阶段;群丛V-IX的恢复时间较长(13a),处于群落演替的中期阶段。分类结果很好地反映了人工植物群落类型及优势种的分布与环境因子的关系,并在DCA二维排序图上得到了较好的验证;DCA排序轴反映了人工植被恢复时间、土壤有机质、坡向的梯度变化,表明矸石山复垦时间、土壤有机质、坡向是影响人工植物群落分布和变化的主要环境因子。
  (ii)阳泉矿区煤矸石山人工植物群落优势种种间关联程度较低
  采用χ2检验、Pearson相关系数和 Spearman秩相关系数检验方法,对阳泉矿区煤矸石山人工植物群落17个优势种种间关系的研究表明,136个种对中,负相关的种对数多于正相关的种对数,极显著与显著相关的种对数较少,说明该人工植物群落17个优势种具有不同的生态适应性;与Pearson相关检验相比,Spearman秩相关检验的灵敏度更高,反映种间关系更准确;根据 Spearman秩相关系数,将17个优势种划分为2大生态种组。同一种组内的植物种,具有较大的关联性和相关性,而组间则表现出明显的差异性。
  (iii)阳泉矿区煤矸石山不同人工植物群落的土壤理化性质随着复垦年限的增长逐渐改善
  采用土壤生化分析法,对阳泉矿区煤矸石山人工植物群落土壤理化性质的研究表明,土壤容重、pH、有效磷含量的变化均随着植被恢复年限的延长而降低,其他土壤理化性质如土壤田间持水量、含水量、有机质、速效钾含量等的变化均随着植被恢复年限的增长而增加。
  (iv)阳泉矿区煤矸石山人工植物群落土壤酶活性随着复垦年限的增长提高
  采用土壤生化分析法,对阳泉矿区煤矸石山人工植物群落土壤酶(碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶)活性的研究表明,随着植被恢复年限的增加,植物群落土壤酶活性总体上呈现逐渐增加的趋势。
  (v)阳泉矿区煤矸石山不同人工植物群落生态效应差异明显,豆科植物在矸石山植被恢复中的作用明显
  采用隶属函数法,对山西阳泉矿区煤矸石山人工植物群落的生态效应评价表明,不同物种配置模式的人工植物群落生态效应差异明显,豆科植物(刺槐、紫穗槐)在矸石山植被恢复中的作用明显。在复垦时间13a的矸石山中,刺槐-兴安胡枝子-茵陈蒿群落生态效应最好,其次是垂柳-白刺花-白羊草群落;在复垦时间3a的矸石山中,位于北坡的紫穗槐-高羊茅群落生态效应较好。
  (vi)加强煤矸石山生态恢复策略研究与科学管护
  本研究表明,豆科植物(刺槐、紫穗槐)在矸石山植被恢复中的作用明显,应加强其不同恢复模式的生态效应与演替动态研究;复垦时间3a的矸石山边坡自燃,致使复垦植物大片死亡。在未来矸石山复垦中,应尽可能选择耐高温、阻燃的物种,并加强矸石山的科学管护,防治矸石自燃现象。
[硕士论文] 郭明明
矿业工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:实现煤泥高效浮选的关键是使煤颗粒能够地与煤浆中的气泡发生稳定的矿化作用,同时尽可能阻止无机矿物质因为夹带作用进入精煤产品中。为了更好地解决精煤被矿物质污染的问题,本论文将七种煤化程度不同的煤样及四种不同入料粒级的煤样作为试验对象,在分析其煤质特性的基础上,通过设定浮选条件,在煤浆中添加不同药剂用量、对煤浆使用表面活性剂进行预处理后,进行浮选速度试验。首先使用X-射线荧光光谱仪进行元素分析、使用X-射线衍射仪进行矿物质定性及半定量分析,然后利用煤样烧灰前后发生的化学反应等式,计算出原煤样及各阶段精煤产品中无机矿物质的实际含量,最终计算出气泡-颗粒粘附几率。研究煤泥浮选过程中气泡与精煤颗粒、无机矿物质的粘附几率变化规律,为进一步降低无机矿物质污染精煤提供理论依据。
  本论文使用XRF、XRD、FT-IR等仪器设备,对煤样中无机矿物质及表面官能团进行了表征。结果表明:七种煤化程度不同的煤样中含有的无机矿物质主要为高岭石及石英,其次为方解石、硫铁矿,及少量的蒙脱石、石膏。贫瘦煤及褐煤中石英含量大于高岭石含量,其余五种煤样中高岭石含量大于石英含量。褐煤中存在的羰基、羧基、羟基等官能团及弱粘煤中成灰物质的吸收峰最强,剩余煤样的官能团拥有相似的变化趋势。四种不同粒级弱粘煤煤样中主要含有的无机矿物质为高岭石及石英,且各粒级中含量最高的是高岭石,其次是石英;-0.074 mm弱粘煤煤样中成灰物质(高岭石)吸收峰最强,其余三个粒级煤样的红外图谱总体变化趋势一致。
  基于表征结果,分析计算出气泡-精煤颗粒、无机矿物质(高岭石、石英、方解石、硫铁矿)颗粒的粘附几率。在气泡-精煤颗粒粘附几率中,不同变质程度煤样浮选时,贫瘦煤的气泡-精煤颗粒粘附几率随浮选时间逐渐减小,最后平稳,最大可达68.31%,而褐煤的气泡-精煤颗粒粘附几率随浮选时间维持在5.00%左右,且仅发生很小的波动;不同粒度煤样浮选时,入料粒级为0.250-0.125 mm,气泡-精煤颗粒粘附几率最大。对焦煤未做任何处理时,气泡-精煤颗粒粘附几率最大为60.59%,对焦煤使用表面活性剂进行预处理后最大为66.33%,在气泡-高岭石、石英粘附几率中,不同煤化程度煤泥浮选时,贫瘦煤、焦煤的气泡-高岭石、石英粘附几率远远大于其余变质程度煤泥的;不同入料粒级煤泥浮选时,入料粒级为0.250-0.125 mm时气泡-高岭石、石英粘附几率波动最大;焦煤经表面活性剂预处理后,气泡-高岭石粘附几率最大为32.73%,不同煤化程度煤样浮选时,气泡-方解石、硫铁矿粘附几率基本保持在0-1.00%;不同粒度浮选时,气泡-硫铁矿粘附几率波动区间为0-0.80%、气泡-方解石粘附几率的波动区间为0-1.70%;添加不同药剂用量时,气泡-方解石粘附几率波动区间为0-3.50%、气泡-硫铁矿粘附几率波动区间为0-1.6%。对焦煤使用表面活性剂进行预处理后,气泡-方解石粘附几率波动区间为0-3.00%、气泡-硫铁矿粘附几率变化范围为0-2.50%。
  煤化度、入料粒度、药剂用量、表面活性剂预处理对高岭石的夹带影响较大,而对其余无机矿物质夹带影响很小,当使用表面活性剂预处理煤浆后会使高岭石夹带更严重,煤化程度对浮选中石英夹带效应影响很大;捕收剂、起泡剂用量及阴离子表面活性剂的选择对气泡-方解石、硫铁矿粘附几率影响较大。
[硕士论文] 陈茹霞
矿业工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着选煤技术的发展,在大多数选煤厂中,湿法选煤占据主要地位,由此带来的问题便是最终煤炭产品中的水分需要脱除。煤泥脱水往往伴随着滤饼的生成,而滤饼结构在很大程度上影响着脱水效果,一方面,滤饼结构受煤泥特性、煤浆性质的影响,另一方面,药剂制度也与滤饼结构有着密切的联系。本文主要研究了煤泥在不同条件下的脱水试验,分析了各种条件下的滤饼结构特性及其对脱水效果的影响机理,同时探索了煤泥脱水过程中,滤饼的动态生长规律,并利用灰色关联法分析了各因素对滤饼水分的影响程度,结果表明:
  (1)煤的变质程度对煤泥的脱水效果影响显著,中等变质程度的煤样脱水效果最好,变质程度过高或过低,都将不利于脱水的进行。煤泥粒度越大,所形成的滤饼比阻越小,孔隙率越大,水分在滤饼中的流动更加通畅,脱水速度越大,同时滤饼的分形维数随着煤泥粒度的增大而减小,孔隙内表面积减小,水分更易排出,使得最终的滤饼水分降低。由于黏土矿物在1.4-1.6g/cm3密度级的煤泥中的富集使得滤饼比阻增大,孔隙率降低,脱水效果变差。
  (2)随着煤浆浓度的增加,滤饼的孔隙率降低,不利于的脱水的进行,同时分形维数变大,孔隙内表面更加粗糙,使得水分的排出难度加大。pH越小,煤浆中的H+离子浓度越大,降低了颗粒表面对水分子的吸引力,使得二者更容易分离,同时随着pH的减小,滤饼的上表面的孔隙率增大,分形维数有所减小,滤饼比阻降低,更有利于脱水。
  (3)随着脱水过程的进行,滤饼孔隙的分形维数有所增加,滤饼的孔隙率先稍有增大后减小,在表面水消失之后继续进行脱水,又可以使得孔隙率有所增大。其中滤饼上表面的孔隙率随脱水时间变化的数学模型为:y=0.673x2–9.982x+40.37,滤饼纵剖面的孔隙率随脱水时间变化的数学模型为:y=0.291x2–4.223x+45.15。
  (4)通过比较各种价态及阴阳离子对煤泥脱水效果的影响可知,在阴离子为Cl-时,一价阳离子K+和Na+可以有效降低滤饼水分;二价阳离子Mg2+和Ca2+降低滤饼水分、提高脱水速度的效果更明显,其中Ca2+的效果优于Mg2+;三价阳离子Fe3+和Al3+的助滤效果最好,Al3+的稳定性高于Fe3+。阳离子为Na+时,阴离子Cl-的脱水效果最好,SO42-次之,NO3-最差。
  (5)通过对不同药剂制度下的煤泥脱水效果对比分析可知,阳离子聚丙烯酰胺的助滤效果最佳,最佳药剂用量为150g/t,脱水速度为0.09mL/s.cm2,此时的滤饼比阻最小,滤饼上表面的孔隙率最大为31%,分形维数小,最有利于脱水的进行。
  (6)利用灰色关联分析得到,各因素对滤饼水分影响程度从大到小排序依次为:颗粒粒度、煤浆浓度、煤浆pH、阳离子聚丙烯酰胺用量、煤样变质程度、AlCl3用量。
[硕士论文] 朱张磊
矿业工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:从炼焦煤分选的中煤中分选出低灰精煤,使其合理地用于冶炼制焦,不仅有利于保护我国稀缺煤种资源,而且有利于促进我国国民经济发展。论文依据“不同的界面分选方法适应不同的颗粒粒度”,采用选择性絮凝浮选和常规浮选对磨矿后中煤进行了再选试验研究。
  论文依据“不同的界面分选方法适应不同的颗粒粒度”,采用选择性絮凝浮选和常规浮选对磨矿后中煤进行了再选试验研究。
  筛分和浮沉试验表明:-3mm粒级中煤各粒度级灰分差不大,煤质较匀,平均灰分仅27.30%;-3mm粒级中煤的粘结指数仅为18.00%,只有经过分选才能用于炼焦,有再选的必要性。+1.40-1.80g/cm3密度级累积产率高达81.79%,说明煤样中矿物质与有机组分密切连生,只有通过破碎磨矿才能实现有效分选。
  -3mm粒级中煤的煤岩特征表明:高岭石为主要的矿物质,但也存在一定量的黄铁矿、石英和方解石等。粘土矿物大多以4 m左右的颗粒浸染分布在细胞腔和基质内,很难实现完全解离。
  磨矿试验表明:磨矿5min时,-0.074mm粒级含量已达到84.59%,此时适合粗磨;当磨矿时间为30min时,细磨矿效率较高,进入-0.038mm粒级的物料含量接近100.00%,且-0.010mm粒级含量约81.85%。磨矿2min时,-0.038mm和-0.010mm粒级灰分均达到最小值,中煤中有机可燃组分优先解离。
  磨矿细度分别为-0.074mm54.66%(对应磨矿时间2min)和-0.010mm86.81%(对应磨矿时间40min)的磨矿产品的小浮沉试验表明:超细粒含量的增加并不能改变其可选性。在规定灰分12.00%时,其分选密度的增幅不大,仅提高了0.033g/cm3。
  磨矿细度分别为-0.074mm54.66%和-0.010mm86.81%的磨矿产品的扫面电镜-能谱分析表明:在磨矿细度为-0.074mm54.66%时,+0.2mm粒级颗粒中,黏土类矿物与有机组分依旧以连生方式共存,而-0.010mm粒级中存在大量单体解离的矿物颗粒和有机煤岩单体颗粒。在磨矿细度为-0.010mm86.81%时,细粒级多以50 m的团聚颗粒存在,经超声分散后,可观察到矿物颗粒与有机可燃体基本完全解离。
  磨矿产品的接触角试验表明:接触角随解离度先增大,极大值为83.1°(磨矿细度-0.074mm67.32%(对应磨矿时间3min),此时颗粒表面疏水性最强)。当磨矿细度超过-0.010mm81.85%后,矿物质颗粒黏附在煤颗粒表面,其精煤接触角相对较低且波动不大。
  常规浮选试验表明:粗选即使在低药剂用量下(捕收剂用量为100g/t、起泡剂50g/t)时,所得精煤灰分仍高于15.60%,这是由细泥污染引起的。无药剂浮选最佳磨矿细度为-0.074mm35%,但由于解离不够充分,精煤回收率不足14.00%。常规浮选的最佳磨矿细度为-0.074mm54.66~67.32%。当磨矿细度为-0.074mm54.66%(对应磨矿时间2min)时,通过粗选+精选流程可回收产率约35-38%的合格精煤。
  选择性絮凝浮选试验表明:絮凝剂与分散剂均有利于分选效果,且絮凝剂优于分散剂。-0.010mm81.85~86.81%为选择性絮凝浮选回收中煤的最佳磨矿细度。当磨矿细度为-0.010mm86.81%时,可回收产率43.44%、灰分11.93%的合格精煤,其浮选精煤数量指数为85.09%。
  粗磨-粗精选工艺处理炼焦分选中煤,不仅具有较高的分选数质量效率,而且能够大幅度降低磨矿能耗和浮选药耗,同时能避免浮选消泡和减弱后续过滤脱水问题干扰,试验结果表明粗磨-粗精浮选处理炼焦中煤最为适宜。
[硕士论文] 张成安
矿业工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来将磁场应用于调节三产品重介质旋流器二段的分选已进行了初步的研究,为了优化磁场对三产品重介质旋流器二段分选的在线调控,本试验设计并制作了高为80mm,内径分别为150mm,200mm的矩形横截面线圈以及60°的梯形横截面线圈,通过 Ansoft有限元软件计算模拟出磁性颗粒在线圈内部的受力情况,并将线圈置于重介质旋流器外部的不同位置,进行了固定入料压力的粗煤泥分选试验。
  首先应用 Ansoft有限元软件对通电线圈产生的磁场的基本性质进行了研究,通过有限元软件模拟计算出磁性颗粒在线圈中所受的磁力的径向力与轴向力的比值只与线圈的形状有关系,与线圈中通过的电流大小没有关系,磁性颗粒在线圈内部同样位置处所受的径向力与轴向力的比值随着线圈内径的增大而减小,所受磁力的合力的数值大小随着线圈的内径增大而减小,磁性颗粒在矩形线圈中受到的磁力关于线圈的中心水平面对称,而在梯形线圈中的所受的磁力却不对称,向下的轴向力作用区间长但是所受轴向力的数值小,向上的轴向力作用区间短但是磁力的数值大,因此可以根据线圈产生磁场的基本性质对试验的效果进行分析。
  粗煤泥试验先将内径为150mm的矩形横截面线圈置于重介质旋流器外部的不同位置处,通过改变磁系的励磁电流大小等,以-3mm粗煤泥为研究对象,以重介质旋流器的溢流产品与底流产品的灰分为宏观指标,实验结果表明磁系位于重介质旋流器锥部的中下位置时线圈中通以较大的励磁电流情况下,精煤灰分与尾煤灰分同时降低,可以有效地降低重介质旋流器的分选密度,并且当磁系的上端平面位于重介质旋流器的柱锥交界面下160mm处时重介质旋流器分选密度开始降低的起始电流最少,励磁电流为10A时即开始降低重介质旋流器的分选密度。
  对比研究了不同形状的磁系作用在重介质旋流器柱锥交界面下200mm处溢流产品与底流产品的灰分颗粒,试验表明在较大励磁电流范围内(12.5A-17.5A),重介质旋流器在内径较大的200mm矩形线圈与60°的梯形横截面线圈的作用下分选效果较差,在内径为150mm的矩形线圈的作用下重介质旋流器的分选密度降低,可以得出降低重介质旋流器的分选密度需要较大的方向向下的磁场力的结论。
  将试验所用的内径为150mm的矩形线圈沿旋流器轴线继续向上移动,可以发现随着线圈向上的移动,当线圈顶端水平面位于重介质旋流器的柱锥交界面上面40mm处的溢流产品与底流产品的灰分高于线圈顶端水平面位于重介质旋流器的柱锥交界面下面40mm处的溢流产品与底流产品的灰分,表明在小电流的作用下随着线圈位置在重介质旋流器柱锥交界面处附近位置的上升,同样电流下重介质旋流器分选密度提升得越明显,因此若要提升重介质旋流器的分选密度需要将线圈的位置向上移动到重介质旋流器的筒体段。
  本试验绕制了不同形状与内径大小的线圈,基本确定了提升与降低重介质旋流器的电流范围,并对磁系在不同位置提升与降低重介质旋流器的分选效果进行了比较,为选煤工业中三产品重介质旋流器二段分选密度在线调控的工业应用奠定了基础。
[硕士论文] 辛保泉
安全科学与工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:降雨入渗直接影响尾矿坝土体含水率,含水率的变化会改变土体基质吸力,而基质吸力与非饱和坝体抗剪强度及稳定性紧密相关。目前尾矿坝稳定性分析和研究中很少考虑降雨入渗问题,现有的边坡稳定性分析也多是根据传统的饱和土力学理论进行的,仅考虑了“固-液-气”三相,缺乏对非饱和土体中的第四相—液-气交界面上收缩膜产生的基质吸力的研究。尾矿坝是一类特殊的非饱和土边坡,基质吸力是非饱和土体有别于饱和土体的根本特性,在稳定性计算和分析时不可忽略。
  基于此,本文以某尾矿坝为研究对象,首先,系统分析了基质吸力对边坡稳定性的影响机理,并以磷尾矿砂为主要试验材料,通过室内土工试验,测定了试样的含水率、密度和塑限等13项物理性质,以及黏聚力、内摩擦角和渗透系数等4项力学性质,以选定适用于后期试验的尾矿砂材料。其次,通过尾矿坝模型相似试验,研究不同雨强下,尾矿坝的入渗规律及其物理力学特性动态变化规律。然后,采用接触式滤纸法,研究了降雨入渗过程过程中基质吸力随含水率的变化规律。根据Fredlund-Xing模型绘制出尾矿砂的土-水特征曲线(SWCC),并从土体自身因素及外部环境条件两个方面分析了影响基质吸力及 SWCC的主要因素。最后,在传统Mohr-Coulomb强度破坏准则基础上,根据Fredlund双应力变量理论,将基质吸力单独作为一个应力变量考虑进抗剪强度计算中。为了避免基质吸力摩擦角φb与有效应力参数χ对抗剪强度计算带来的不便,同时也便于极限平衡分析软件Slide的计算,通过对Bishop和Fredlund非饱和土强度公式的组合、优化,基于含水率建立了适用于尾矿坝的“微观Mohr-Coulomb强度公式”。根据格子Boltzmann模型对基质吸力和抗剪强度参数的试验结果进行拟合分析,得到非饱和尾矿坝稳定性安全系数与基质吸力变化关系,并对比分析了考虑基质吸力前后坝体安全系数的变化规律。
  研究结果表明,降雨过程中随着土体含水率的增加,坝坡安全系数总体上呈先降低后趋于稳定的趋势。自坝体干燥状态至饱和状态时,按传统饱和土力学方法计算得到的安全系数降低了43%,按考虑基质吸力后的新方法计算得到的安全系数降低了61%,变化程度较传统计算方法更为显著。当含水率在土体塑限(16.1%)之前的低饱和度阶段时,传统方法计算出的安全系数较新方法的计算结果偏小,减小了约14.7%;在含水率达到塑限之后的高饱和度阶段,传统方法计算出的安全系数偏大,增大了约26.2%。因此,基质吸力对尾矿坝稳定性安全系数的增强或削弱影响非常明显,在进行尾矿坝稳定性计算和分析时应予以充分考虑。
[硕士论文] 贾运娜
建筑与土木工程 黑龙江科技大学 2017(学位年度)
摘要:土地系统作为人地耦合关系的重要衡量指标,其相关研究已经成为全球研究的热点。煤炭城市作为一种特殊的城市群体,在自然因素和人类活动综合作用下,土地利用表现出典型的脆弱性特征。本文借助遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术,以1994-2014年鹤岗市煤矿区土地利用为研究对象,五期遥感影像及统计资料为基础数据,利用光谱特征与纹理分析、归一化植被指数(NDVI)阈值法辅助支持向量机(SVM)进行遥感影像土地利用分类提取;从生态、经济、社会三个视角出发,基于敏感性、暴露度与适应能力构建脆弱性评价模型,利用层次分析法(AHP)结合数学模型建立脆弱性评价体系并获取了27个评价指标权值,运用GIS空间分析法对煤矿区土地利用进行空间与时间尺度上的脆弱性评价并提出适宜的生态重建模式优化策略。
  研究结果表明:(1)1994-2014年鹤岗市煤矿区土地利用脆弱性总体呈现不断加剧态势,在人类活动干扰下煤矿用地、未利用地、居住用地的改变与破坏直接或间接导致土地利用脆弱性变化态势,除林地脆弱性呈隐性状态,其它景观类型均呈现出较强的显性脆弱性;(2)在自然因素、人为因素干扰下研究区土地利用适应能力逐渐不稳定,土地利用环境在敏感性、暴露度双重作用下表现出由潜在脆弱向极度脆弱的变化趋势,生态环境破坏处于加剧状态。因此,针对鹤岗市煤矿区土地利用脆弱性状况提出完善耕地基础保护设施、草地植被重塑及生物多样性维持等优化措施,以期为煤矿城市生态问题提供有效的指导方案和可持续发展战略。
[硕士论文] 李志超
公共管理 天津商业大学 2017(学位年度)
摘要:这些年来,随着矿山资源的开发,不可避免的对当地的土地、植被、空气和水文等生态环境造成了破坏,产生了大量的固体废弃物堆积、地裂缝、地面沉陷区等矿山地质灾害区。在党中央大力推进生态文明建设的过程中,开展矿山地质灾害区的生态恢复治理研究,对于改善矿区的生态环境、提高我国土地的综合利用率、缓解人地紧张矛盾具有重要的理论和现实意义。
  本文首先对目前的矿山地质灾害区的生态破坏情况进行了概括性的述评,比较了国内外的矿山地质灾害区的土地复垦及景观再生的水平差异;其次介绍了矿山生态恢复治理的相关理论及应用研究,包括系统学、恢复生态学、环境库兹涅茨理论等。对现有的矿山地质灾害区的生态环境问题进行了分析研究,并就目前的治理难点进行了剖析,主要是治理方式的选择和体制机制的保障问题,同时也是为后文做了铺垫。接着重点比较了土地复垦和景观再生两种生态恢复治理模式。在土地复垦模式分析中,以山西平朔安太堡露天煤矿为例,运用层次分析方法,对矿山地质灾害区的土地生态恢复方法进行了适宜性评价,将矿区生态恢复划分为宜农、宜园、宜林、宜牧四个方向,依据评价结果最终确立为农耕方向接着介绍了复垦的实现路径,大体上分为了土地平整、土壤质地的改善和恢复动植物三个步骤;在景观再生方式分析中,先介绍了相关的景观再生理念,然后重点结合大同晋华宫矿案例,运用SWOT分析阐述了其景观再生的历史契机。两种不同的治理方式在选取中有不同的适用对象,在实际治理当中应根据矿山地质区的具体条件有针对的性的进行比较、衡量和选择。在耕作较为传统、经济发展方式单一、且景观较为贫乏的地区可以积极的进行土地复垦,且复垦方向以农用地优先,在增加经济收入的同时来恢复生态;在一些能源转型、景观较为丰富、人民生活需求多元化的地区可以以景观再生为主,在恢复生态的同时开辟新的旅游休闲区域。当然在实行的过程中,也要注意技术手段的运用和配套设施的完善。最后,从管理体制机制及法律的角度来对矿山地质灾害区的生态恢复方法进行了详细分析。提出了实现生态治理体制现代化,需要我们在学习国际先进的治理理念和体制机制的基础之上,结合我国的具体国情,在中国共产党的领导下,加强生态治理的顶层设置,明确管理机构的职能,实行良好的决策机制和投融资机制,在政府主导的前提下,充分发挥社会各界力量,构筑社会合力,使矿山地质灾害区的生态治理取得突破性进展。
[硕士论文] 景炬辉
微生物学 山西大学 2017(学位年度)
摘要:中条山铜基地是我国七大铜基地之一,位于山西省垣曲县,是非煤地下开采矿山,铜储量300多万吨,年采矿700万吨,选矿720万吨。采矿活动造成环境破坏和土壤重金属污染,重金属通过食物链在动植物和人体中积累,影响人身体健康。植物定殖可以吸收、转移、挥发土壤中的重金属。微生物是土壤生态环境中最重要、最活跃的部分,其参与地球生物化学循环、降低重金属的毒害、改善土壤质量、促进植物健康生长。在贫瘠脆弱的生态环境中,微生物可作为土壤恢复的敏感指标,微生物的群落结构和多样性动态,有助于了解矿区土壤的生态恢复状况。本文以细菌16S rDNA V3区和真菌ITS1区高通量测序的结果,分析了3个恢复时间段的铜尾矿库坝面土壤微生物群落结构;并通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析了6个恢复梯度坝面土壤细菌群落多样性变化的时空动态,进一步分析了尾矿库坝面土壤恢复过程中,微生物群落的结构特征及构建机制。得出以下结论:
  1)尾矿库坝面土壤环境因子动态特征
  研究区坝面重金属Cu、Pb、Cd和As超标,Cr、Ni和Zn均不超标。土壤pH随恢复时间差异显著,恢复30年、15年和1年样地高于45年、40年和5年样地。在不同季节,土壤pH在4月份高于7月、9月和11月。土壤养分含量沿恢复时间变化明显。土壤TC和TN从45年和40年样地到30年和15年,呈降低趋势。9月和11月的养分(TC和TN)高于7月和4月。TS在9月和11月含量最高。
  2)尾矿坝植物群落多样性变化动态
  野外调查分析植物群落多样性的变化。植物Shannon指数随恢复时间变化明显,45年和40年样地显著高于30年、15年和5年样地。Pielou指数在不同样地间差异不显著。植物Shannon指数与Simpson指数在不同季度间变化不明显。
  3)尾矿坝土壤质量变化情况
  土壤质量(土壤酶活性和土壤呼吸)与土壤养分含量变化趋势一致,随不同恢复时间形成演替变化。土壤脲酶和蔗糖酶活性在9月和11月较高,过氧化氢酶活性在11月最低。土壤呼吸在45年、40年和5年样地9月最弱,但在30和15年样地4月最弱。土壤质量主要受到养分含量、植物群落多样性和微生物群落结构的影响。重金属(Mn和Pb等)含量抑制土壤的恢复,但对其作用较小。
  4)尾矿坝微生物群落结构特征及影响因素
  采用Illumina MiSeq平台对尾矿坝45、15和1年样地进行高通量测序,尾矿坝不同梯度的土壤细菌优势门有变形菌门、放线菌门和厚壁菌门等。土壤真菌优势门有子囊菌门、接合菌门和担子菌门。非度量多维测度(NMDS)和mantel test分析结果表明土壤理化性质、重金属含量、植物群落多样性和土壤质量影响细菌和真菌群落结构变化,且土壤细菌与真菌相互作用显著。其中,变形菌门的鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)对重金属有一定的耐受性,可以指示重金属的污染程度。
  5)尾矿坝细菌群落多样性时空动态
  通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析尾矿坝6个梯度,4个季节细菌群落结构的多样性变化。尾矿坝细菌群落Shannon指数和Richness指数与土壤恢复年限关系显著,与土壤养分含量和土壤质量变化趋势一致,但是Simpson指数和Pielou指数随恢复时间变化不明显。在45年、30年和15年样地中,7月细菌群落多样性(Shannon指数和Richness指数)显著高于11月。
  RDA分析结果表明,细菌群落多样性(Shannon指数和Richness指数)主要受到土壤养分含量(TC和TN)变化的影响。结构方程模型(SEM)结果表明在7月、11月和4月理化性质和土壤质量是土壤细菌群落多样性变化的主要影响因子,但在9月份,理化性质和植物多样性对细菌多样性的作用更大。
[硕士论文] 张晓曦
资源循环科学与工程 山西大学 2017(学位年度)
摘要:氯化钾是工农业生产中至关重要的原料,青海柴达木盆地盐湖是我国氯化钾生产的主要来源之一。随着生产规模的不断扩大,造成了高品位钾矿的过度消耗,伴生的杂盐对氯化钾浮选回收率及产品质量影响更加严重,导致实际生产能力下降。许多学者对此做了大量的研究,但对于杂盐氯化钠颗粒如何影响氯化钾的浮选及其浮出原因还存在一定争议。在这种情况下,研究氯化钠颗粒随氯化钾浮出的行为以及如何弱化氯化钠的影响,有助于进一步地明确盐湖钾盐的浮选机理,增加实际钾盐浮选的生产能力。
  本文考察了Na+及氯化钠颗粒对氯化钾浮选的影响规律,在机理上从光卤石水解和浮选体系流体状态两个方面探究氯化钠浮出的原因,并从工艺上尝试使用超声波等方法调控光卤石的水解及氯化钠/氯化钾的浮出过程。主要研究结果如下:
  (1)考察了杂盐离子Na+及杂盐颗粒氯化钠对氯化钾的浮选回收率的影响。实验表明Na+对氯化钾的浮选几乎没有影响,而物料中的氯化钠颗粒会使氯化钾的回收率降低。
  (2)采用扫描电镜和能谱考察了光卤石水解后晶体的生长状态,并将其作为物料进行浮选。结果表明氯化钾和氯化钠晶体在析出时相互粘附,使得十八胺盐酸盐对氯化钾的选择性变差,从而导致氯化钠的浮出和氯化钾回收率的降低。此外,实验发现流体状态对于浮选过程的影响极大,因此文中考察了改变通气量以调控氯化钾和氯化钠浮选回收率的方法及效果,微浮选管的实验表明通气量较小时,两种颗粒的回收率随着通气量的增加而增大;而通气量增加到40ml/min之后,氯化钠的回收率继续增加而氯化钾的回收率基本稳定。因此表明通气量的值选择40ml/min时氯化钠的影响最小。
  (3)使用超声波方法调控光卤石的水解,证明超声波能够减少氯化钾和氯化钠颗粒的粘附,因此在浮选时减少了氯化钠颗粒的浮出,减弱了氯化钠颗粒对氯化钾浮选的影响。此外,实验表明超声波能够使氯化钾颗粒表面粗糙,增强气泡与颗粒之间的附着力,从而使得氯化钾颗粒的可浮性增强,回收率由7.55%增加为46.66%。超声波也能够促进ODA在氯化钾饱和液中的分散,增强ODA与氯化钾的作用,使得回收率由20.84%增大到94.24%。
  (4)鉴于流体状态对浮选效果存在很明显的影响,本文尝试从动力学方面对流体状态的影响规律进行探讨。结果表明氯化钾的浮选与二级动力学模型拟合良好,动力学模型公式为ε=t/(1.05t+1.25),而氯化钠的浮选则是与三参数快慢浮两速率常数模型拟合度较好,其动力学模型公式为ε=0.9954e-0.00015t+0.0046e-1.4085。动力学的理论分析表明,减少快浮颗粒的质量分数能够减少氯化钠的浮出,因此实际中应减小通气量来减弱流体的挟裹。
  本研究能够为实际中减弱杂盐氯化钠对氯化钾浮选的影响提供理论参考。
[硕士论文] 张云云
资源循环科学与工程 山西大学 2017(学位年度)
摘要:氯化钾是农业生产中一种重要的钾肥来源,以盐酸十八胺为捕收剂的正浮选法是我国生产氯化钾的主要方法。随着钾矿的开采过程中,大量低品位含泥钾矿不断产生,矿泥对氯化钾的生产效率有严重的影响。矿泥吸附在氯化钾表面阻止了氯化钾与盐酸十八胺的结合导致生产过程消耗大量药剂,且矿泥会与氯化钾一起浮出来导致氯化钾产品的纯度降低。本文针对矿泥对氯化钾正浮选生产的影响,以矿泥主要成分为研究对象,探究矿泥单独浮选与矿泥对钾矿浮出的影响规律及矿泥浮选的动力学与相图表征,主要研究结果如下:
  (1)取青海得固体钾矿进行矿质分析,结果表明矿泥的主要成分有长石、粘土、硫酸钙、碳酸钙等。在去离子水中用盐酸十八胺对不同种类的矿泥进行浮选,得出各矿泥的浮选规律曲线,结果表明石英与长石可被浮选,高岭土不可浮。在盐饱和溶液中用盐酸十八胺对钾矿进行浮选,得出浮选氯化钾在捕收剂浓度为1×10-4mol/L时回收率最高,氯化钠不能被捕收剂盐酸十八胺浮选,此结果与浮选理论相符。
  (2)考察矿泥种类与含量对氯化钾浮出的影响,探讨矿泥对钾矿浮选体系的影响机制。实验结果表明高岭土对氯化钾回收率的影响最大,长石次之,石英对氯化钾回收率的影响最小。长石、石英主要通过夹带方式影响氯化钾的收率,而高岭土由于其特殊的理化性质对氯化钾收率影响最大。在氯化钠溶液中进行高岭土浮选时,高岭土添加量的增加与氯化钠溶液浓度的提高均会增大溶液粘度与表面张力,导致浮选体系泡沫量的增多。
  (3)尝试用一级反应动力学与二级反应对力学对矿泥浮选进行模拟,结果表明浮选与化学反应机理相似,且石英与钾长石的浮选符合一级浮选动力学,钠长石与高岭土的符合二级浮选动力学。用水盐体系相图将矿泥对氯化钾浮选的影响进行表征,结果表明,根据相图中精矿线与尾矿线的收敛程度可判断矿泥对氯化钾收率的影响,收敛越大,对氯化钾回收率的影响越大。
  本研究揭示了矿泥主要成分对氯化钾正浮选生产的影响机制,为氯化钾实际生产提供依据,对解决我国钾资源缺乏的困境具备科学意义。
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