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2018年  40卷  第5期

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中国膏体技术发展现状与趋势
吴爱祥, 杨莹, 程海勇, 陈顺满, 韩悦
2018, 40(5): 517-525. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.001
摘要:
膏体技术能够有效解决采矿引发的环境和安全问题,是实现绿色开采的关键技术,近年来在国内矿山得到了迅速推广. 科学进步加速了膏体技术智能化控制、精准化制备和个性化采充的步伐,提升了我国膏体技术的研究水平. 介绍了膏体技术基本概念和特点并统计了膏体技术在中国的发展历程,系统性分析了我国全尾砂浓密脱水技术、结构流管输技术、采场多场影响机制、新材料开发和膏体工程化实验室建设最新研究进展,同时对膏体技术在井下充填和地表堆存领域的实践效果进行了介绍. 指出了膏体技术仍面临着严峻挑战,并将从数字化和智能化方面突破,实现浓度自适应控制、膏体精密制备、采场个性化充填和系统3D模块化设计装配,引领中国矿业绿色发展.
尾矿库溃坝灾害防控现状及发展
王昆, 杨鹏, Karen Hudson-Edwards, 吕文生, 卜磊
2018, 40(5): 526-539. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.002
摘要:
尾矿库溃坝灾害应急响应时间短、潜在威胁巨大,往往造成惨重人员伤亡与巨额财产损失. 近些年尾矿库安全事故发生数量的总体下降趋势充分体现出现代化技术及安全管理方面的进步,然而重大事故发生频次却不减反增,2015年巴西Samarco铁矿与2014年加拿大Mount Polley重大溃坝事故及其惨重后果,再次为尾矿库安全敲响警钟. 我国现存尾矿库8869座,含"头顶库"1425座,安全形势复杂. 本文在收集大量相关领域文献的基础上,聚焦尾矿库溃坝灾害防控体系中的安全监测、灾害预警与应急准备、安全管理与标准规范这三大方面核心内容,分别综述对比国内外现状及前沿进展,探讨分析我国当前所面临的问题并尝试提出改进建议,为尾矿库防灾减灾理论研究与技术革新提供参考. 结果表明:(1)我国尾矿库安全监测标准更高,但仪器耐久性、可靠度与实用性不足,专用监测器件与新技术的研发应用势在必行;(2)灾害预警方法单一且可信度不高,而信息技术融合应用成为发展趋势;(3)应急管理与预警决策需以充分的科学论证为基础,当前研究在试验手段与计算方法上存在局限;(4)我国拥有完善的安全管理标准规范体系,但在安全等别划分、全生命周期管理、主体变更、事故总结等方面相对欠缺.
有机抑制剂SDD与BX在铜活化闪锌矿表面的竞争吸附机制
罗德强, 刘建, 王瑜, 曾勇
2018, 40(5): 540-547. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.003
摘要:
通过单矿物浮选试验揭示了有机抑制剂SDD对铜活化闪锌矿的抑制情况. 在此基础上,采用Zeta电位测试、Versa STAT电化学工作站的局部交流阻抗(LEIS)测试、前线轨道理论计算对SDD和BX(丁基黄药)在铜活化闪锌矿表面的竞争吸附机理进行了研究. 浮选试验结果表明:SDD是一种铜锌分离的高效抑制剂,能够有效的抑制闪锌矿,而黄铜矿几乎不受影响;此外,还发现SDD具有用量少且十分敏感的特性,在pH为10,SDD为4.0×10-5 mol·L-1的最佳条件下,能够将铜活化闪锌矿的回收率降低至16.59%,而黄铜矿的回收率为81.64%. Zeta电位和局部交流阻抗(LEIS)分析表明:SDD不但能够占据铜活化闪锌矿表面的活化位点,而且其吸附能力强于BX,这极大的降低了BX在铜活化闪锌矿表面的吸附量,从而对铜活化闪锌矿表现出良好的抑制作用. 前线轨道理论计算进一步证实SDD与铜活化闪锌矿作用能力强于BX.
红格含铬钒钛磁铁矿球团矿物学和等温氧化动力学
汤卫东, 薛向欣, 杨松陶, 姜涛
2018, 40(5): 548-556. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.004
摘要:
研究了红格钒钛磁铁矿(HCVTM)球团等温氧化动力学及其矿物学特征. 在不同的温度(1073~1373 K)和不同的时间(10~60 min)范围内,对HCVTM球团矿进行了等温氧化动力学实验. 首先分析了球团在不同温度和时间下的微观结构和矿物组成规律. 然后根据定义的氧化率,计算和分析了氧化率及其变化规律,以及矿相结构对氧化率的影响. 最后结合缩核模型、修正的氧化率函数和阿伦尼乌斯公式,计算了反应速度常数、修正系数和反应活化能,并判断了反应限制性环节. 研究表明:随温度的提高,低熔点液相增加,赤铁矿晶粒的生成、长大和再结晶,形成连续的黏结相,空隙数量减少. 随时间的增加,生成的液相促进了赤铁矿晶粒间的黏结和长大,但是晶粒间硅酸盐相和钙钛矿类物相恶化了球团结构. 同时,钙钛矿和铁板钛矿相生成. HCVTM球团矿空隙数量的减少和黏结相的生成,表现在氧化速率随时间增加而减慢. HCVTM球团氧化反应主要受扩散控制,球团氧化前期的反应活化能为13.74 kJ·mol-1,氧化后期的活化能为3.58 kJ·mol-1,氧化率函数的修正参数u2=0.03.
高炉渣对钢渣改性的物理化学基础研究
刘仕业, 王占军, 彭犇, 岳昌盛, 郭敏, 张梅
2018, 40(5): 557-564. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.005
摘要:
钢渣用作建筑材料时,由于其中含有大量游离氧化钙(f-CaO),稳定性较差,通常需要改性钢渣以提高其稳定性、胶凝性. 在对钢渣、高炉渣进行化学成分和矿物组成分析的基础上,对高炉渣改性钢渣的可能性进行了热力学计算,结果表明高炉渣中的SiO2与钢渣中f-CaO反应,生成胶凝相,同时降低了钢渣中的f-CaO含量. 本文通过研究热态高炉渣改性钢渣,结合X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜及能谱分析等研究方法,对改性钢渣的矿物成分、f-CaO含量、黏度变化等进行了分析. 研究发现随着热态高炉渣配比量的增加,改性渣黏度缓慢增加,改性钢渣中f-CaO、RO相含量降低,改性渣的胶凝性能提高. 在1550℃下,钢渣中添加10%高炉渣时,改性渣中2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·SiO2(C3S)含量显著提高,f-CaO质量分数降至1.64%,稳定性大大提高,符合建材化使用要求. 此外,进一步使用焦炭还原改性渣中的铁,轻松实现了渣铁分离,提高改性渣的易磨性.
拉压不同应力对磁记忆信号的影响及机理
冷建成, 田洪旭, 郭亚光, 徐明秀
2018, 40(5): 565-570. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.006
摘要:
通过对Q235钢退磁试件的拉伸、压缩试验,利用磁记忆在线监测系统实时跟踪记录了不同拉压应力作用下试件表面的磁信号变化特征. 结果表明:拉伸载荷对合成磁场的影响是先减小后增加的,在接近材料屈服强度的0.3倍左右后趋于稳定不变;而压应力引起的合成磁场初期快速下降,之后处于上下波动变化. 通过引入拉压应力所产生的不同应力退磁项,对J-A磁机械效应模型进行了改进,模拟结果与试验数据具有较好的的一致性,可用于拉压不同应力致磁机理的理论解释.
热处理对四代核电用镍基合金薄壁管组织与性能的影响
李郑周, 佴启亮, 莫少华, 王宝顺, 王曼, 董建新
2018, 40(5): 571-578. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.007
摘要:
利用热力学计算软件JMatPro分析了钍基熔盐堆用Ni-Cr-Mo系高温合金GH3535相析出的热力学及动力学特征,研究了不同热处理制度对冷轧态GH3535合金无缝管的晶粒尺寸及其均匀性、碳化物析出特征、硬度、拉伸性能等的影响规律,观察了不同热处理制度下合金拉伸断口的微观形貌,分析了GH3535合金的拉伸断裂机制. 结果表明:在900~1500℃之间,GH3535合金的平衡析出相为富Mo的M6C型碳化物,M6C相在固液两相区时便已经开始形成,M6C相析出所对应的鼻尖温度为1200℃;固溶温度低于1200℃时,合金晶粒尺寸缓慢长大,当固溶温度提高到1230℃,晶粒出现快速长大,平均晶粒尺寸达到160 μm;1180℃保温10 min,合金晶粒尺寸的均匀性较好. 随着固溶温度升高,合金强度降低、延伸率增加,GH3535合金的拉伸断裂机制为微孔聚集型.
模锻变形对曲轴用非调质钢1538MV显微组织的影响
杨勇, 周乐育, 蒋鹏, 任学平, 贺小毛
2018, 40(5): 579-586. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.008
摘要:
影响曲轴锻后组织的主要因素有变形量、终锻温度、金属流动及锻后冷却. 本文采用数值模拟的方法研究了曲轴用非调质钢1538MV的锻造过程,并对轧材原料和曲轴成品的显微组织进行了分析,探讨了模锻变形对曲轴显微组织的影响. 研究结果表明,曲轴较高的锻造温度和较小的变形量使得曲轴的锻后组织较轧材有所粗化. 曲轴变形过程中的温度和应变分布不均导致了曲轴组织的不均匀. 曲轴的铁素体含量和珠光体片层间距都低于轧材,且部分位置出现了贝氏体组织,这说明曲轴锻后的相变区冷速过快,应当进一步优化曲轴锻后冷却制度. 另外,曲轴锻造过程中的偏析区金属流动对曲轴的锻后组织产生了明显的影响,也是造成贝氏体组织产生的原因,应严格控制轧材的质量. 研究结果为轧材质量的提升和曲轴锻造工艺及锻后冷却制度的优化指明了方向.
2507双相不锈钢在SO2污染模拟海水中的腐蚀行为
朱敏, 朱涛, 陈明, 郭绍义, 袁永锋, 俞高红, 聂轮
2018, 40(5): 587-593. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.009
摘要:
采用开路电位、电化学阻抗谱(EIS)、Mott-Schottky曲线和浸泡腐蚀实验研究了2507双相不锈钢在含不同浓度(0,0.001和0.01 mol·L-1)NaHSO3模拟海水中的腐蚀行为. 研究表明:开路电位随NaHSO3浓度的增加而负移,腐蚀倾向增大;电荷转移电阻Rt随浓度的增加而减小,耐蚀性降低;2507不锈钢的腐蚀形态为局部腐蚀,点蚀程度随浓度升高有所加剧,腐蚀速率随浓度的增加而增大;Mott-Schottky曲线和成膜后电化学阻抗谱测试表明,NaHSO3的加入增加了2507不锈钢表面钝化膜的点缺陷浓度,降低了钝化膜的稳定性,电荷转移阻力减小,腐蚀更容易发生. 这可能归因于NaHSO3的加入增加了模拟海水的酸度,并随NaHSO3浓度的增加促进了不锈钢表面钝化膜的破坏.
集输管道CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀特征
程远鹏, 白羽, 李自力, 刘建国
2018, 40(5): 594-604. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.010
摘要:
通过高温高压动态反应釜实验模拟油田集输管道腐蚀环境,采用腐蚀失重、X射线衍射、扫描电镜和电化学分析等方法,研究了CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀行为. 结果表明:不同原油含水率条件下,X65钢CO2腐蚀形态发生改变. 含水率较低(40%~50%)时,原油的浸润作用使X65钢表面发生均匀腐蚀,局部由于原油吸附不均匀出现点蚀特征;含水率在70%~80%之间时,原油对钢表面屏障作用减弱,生成的产物膜厚而疏松、局部脱落引发台地腐蚀;含水率为90%时,台地腐蚀破坏区域扩大,腐蚀加重. 原油可以明显改变腐蚀产物晶体颗粒大小、堆垛方式、产物膜结构以及化学成分. 在原油的缓蚀作用下,X65钢CO2腐蚀过程的温度敏感点向低温段移动,出现在50℃左右,腐蚀速率降低区间变宽,X65钢耐蚀性增强.
镁锂合金表面含碳陶瓷层的摩擦性能
张玉林, 朱鑫彬, 于佩航, 左佑, 张优, 陈飞
2018, 40(5): 605-611. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.011
摘要:
通过在Na2SiO3-KOH基础电解液中加入石墨烯添加剂,在镁锂合金表面制备出一层自润滑的含碳陶瓷层. 利用扫描电镜、原子力显微镜以及X射线衍射仪分析了陶瓷层的表面形貌、粗糙度以及物相组成,利用摩擦磨损试验仪对陶瓷层在室温下的摩擦学性能进行研究. 其结果表明,加入石墨烯后制备出的含碳陶瓷层表面放电微孔分布均匀,且其微孔尺寸和表面粗糙度均明显降低. 相比于镁锂合金,陶瓷层的表面硬度也得到明显的提高. 此外,含碳陶瓷层主要由SiO2、Mg2SiO4以及MgO物相组成,而石墨烯则以机械形式弥散分布于陶瓷层中并起到减摩作用. 当石墨烯体积分数为1%时,陶瓷层表面显微硬度为1317.6 HV0.1 kg,其摩擦系数仅为0.09,其耐磨性明显提高. 同时,陶瓷层磨痕的深度和宽度均明显小于镁锂合金,而且较为光滑,表明陶瓷层表面没有发生严重的黏着磨损.
正交磁场对电火花单脉冲放电中电蚀凹坑的影响规律
贾建宇, 王燕青, 杨胜强, 李文辉
2018, 40(5): 612-621. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.012
摘要:
电火花放电通道在正交磁场的作用下向洛伦兹力方向偏转、延伸,进而导致电蚀凹坑形貌发生变化,研究磁场辅助电火花加工(MF-EDM)过程中电蚀凹坑的形貌变化规律及特点,对进一步明晰电火花加工机理具有重要意义. 基于MF-EDM气中单脉冲放电试验,使用表面轮廓仪观测电蚀凹坑延伸长度、深度、宽度及放电起始点偏移量,并得出磁场及放电参数对电蚀凹坑的影响规律. 结果表明:电蚀凹坑长度随着磁感应强度、开路电压的增大而增大;电极外伸长度的影响结果相反;电蚀凹坑深度随着磁感应强度、开路电压、电极外伸长度的增加没有明显的变化规律;电容与磁感应强度存在最优参数组合以使凹坑长度最大;随着磁感应强度及放电能量的增加放电起始点的偏移量增加.
集总干扰下六旋翼飞行器的轨迹跟踪控制
丁力, 吴洪涛, 李兴成
2018, 40(5): 622-628. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.013
摘要:
针对复杂集总干扰下六旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,给出了混合积分反步法控制与线性自抗扰控制的控制算法. 首先,通过牛顿-欧拉方程建立六旋翼飞行器的非线性动力学模型,并剖析系统输入输出的数学关系. 其次,根据六旋翼飞行器动力学模型的特点,将其分为位置与姿态两个控制环. 位置环采用积分反步法控制理论设计控制器,通过引入积分项来提高系统的抗干扰能力,消除轨迹跟踪的静态误差;姿态环采用线性自抗扰控制技术设计控制器,通过线性扩张观测器估计和补偿集总干扰影响,提高系统的鲁棒性. 最后,通过2组仿真算例和1组飞行试验验证了本文所提飞行控制算法的有效性. 研究结果表明:该控制算法对集总干扰有较好的抑制作用,能够使六旋翼飞行器既快又稳地跟踪上参考轨迹,具有一定的工程应用价值.
C-RAN回传网络中下行资源调度策略
王汝言, 周静, 吴大鹏
2018, 40(5): 629-638. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.014
摘要:
随着移动互联网技术的快速发展、无线终端设备与移动应用流量需求与日俱增,移动用户对无线通信网络的服务质量(quality of service, QoS)要求越来越高、回传网络的压力也越来越大. 新出现的云无线接入网(cloud radio access network, C-RAN)能够有效提升网络容量、提高用户服务质量,同时采用无源光网络(passive optical network, PON)作为其回传网络(backhaul),能够为其提供大带宽、高可靠、低时延的回传支撑. 在移动应用需求不断变化和回传网络资源有限的条件下,高效的资源调度策略至关重要,其能够有效的提升回传网络资源利用率、降低传输等待时延. 为节约回传网络波长资源、提高波长负载均衡性和资源利用率,提出一种下行资源调度策略. 根据高热点区域无线用户实时网络需求,综合考虑回传网络波长使用数量、负载均衡性和实时业务分配均匀度等优化目标,采用自适应权重并行遗传算法完成其优化过程,从而实现波长资源动态分配,提升网络资源利用率. 仿真结果表明,提出的下行资源调度策略能有效提高网络负载均衡性和网络资源利用率,并降低实时业务等待传输时间.
渗透剪切作用下黄土的力学特征
谌文武, 刘伟, 王娟, 孙冠平, 侯小强
2018, 40(5): 639-648. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.015
摘要:
黄土高原地区黄土在灌溉作用下,逐渐达到饱和状态,饱和中,陡坡类黄土坡体自重增加引起下滑力增加. 该过程持续进行后,坡体内部同时发生渗流和剪切过程,导致坡体的变形不断增大,直至破坏后形成滑坡. 本文选取黑方台4.29滑坡为研究对象,在现场调查的基础上,利用滑坡后壁原状黄土试样,基于三轴试验设置10组共60个原状样对饱和黄土的渗透剪切行为进行模拟. 试验中设置了0.5、0.1和0.05 mm·min-1三个不同的加载速率对黄土试样进行剪切,为比较分析,对0.1 mm·min-1剪切速率试样设置了0、1、2和5 m几个不同水头进行了试验. 试验结果表明:饱和黄土在渗流与剪切耦合作用下,表现出应变硬化特征,渗透作用明显降低了黄土的强度,尤其是黄土黏聚力降低,其降幅达5.24%~63.35%. 对已有强度指标拟合后获得黄土在渗透剪切工况下的强度修正公式.