《機械力活化與環境因素協同誘導硫化礦自燃的機理研究》是依託福州大學，由陽富強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：機械力活化與環境因素協同誘導硫化礦自燃的機理研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陽富強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
硫化礦自燃是礦山生產過程中可能遭遇的嚴重自然災害之一，其確切的發生機理至今尚未被人們完全理解。本項目擬聯合採取理論計算、實驗模擬、現代分析測試技術（包括穆斯堡爾譜、X射線衍射、電鏡掃描、紅外光譜、X射線光電子能譜、綜合熱分析）等多種手段研究硫化礦在機械力與環境因素協同作用下的自燃特性。探索硫化礦石的主要礦物組成、痕量元素、晶體結構與其氧化自燃之間的相關性；揭示硫化礦在經歷不同強度的機械力作用以後，其微觀形貌、晶格畸變率、晶塊尺寸、表面化學組成、熱反應動力學參數等物理化學性質的變化規律；闡明硫化礦在機械力活化與溫度、空氣濕度、氧氣濃度、風量、pH值等多種環境因素協同作用下，從常溫氧化到自燃全過程的動力學演變機制。本項目旨在探索機械力活化與環境因素的協同致災效應，全面揭示硫化礦氧化自燃的發生機理，從而為礦山積極有效地防治內因火災奠定理論與技術基礎。
結題摘要
高硫礦床爆破開採過程中，多種形式的機械力共同作用在礦體上，不僅使礦石破碎、塊度變小、比表面積增大，而且還會破壞硫化礦物的晶格完整性，導致晶粒尺寸減小和晶格畸變，從而大大提高硫化礦石的化學反應活性。本項目聯合運用電鏡掃瞄器（SEM）、X-射線衍射分析儀（XRD）、傅立葉紅外光譜儀（FTIR）、X射線光電子能譜儀（XPS）、低溫氮吸附儀、同步熱分析儀（STA）等現代表征技術，系統揭示了機械力活化與環境因素協同作用下硫化礦石的氧化自燃特性，完成了如下主要研究內容：（1）深入江西、安徽等典型高硫礦山開展了硫化礦石自燃隱患調研與採樣工作；表征了硫化礦石在經歷不同活化強度、活化時間、料球比等機械力作用條件下，其微觀形貌、晶格畸變率、晶塊尺寸、表面化學組成等特性參數的變化規律。（2）開展了硫化礦石經歷機械活化後的低溫氮吸附實驗，表征了其孔隙結構及吸附特性，發現活化礦樣對氣體的吸附主要集中在2～30 nm的介孔上，硫化礦樣分形維數的大小順序與其比表面積一致，但平均孔徑卻與之相反；機械力作用增大了硫化礦樣的分形維數，提高其對氧氣的吸附能力，從而有助於發生氧化自燃反應。（3）運用紅外光譜分析技術表征了礦樣經不同活化強度、料球比、活化時間後，其活性基團的變化規律，發現其內部的某些基團因斷裂而產生新的基團，可能原因是機械力作用破壞了[S2]2-、[SO3]2-等結構而生成了硫單質及硫的衍生物。（4）採用氧化增重測試法探究了硫化礦石在經歷不同活化強度、活化時間、料球比的機械力作用以後，其低溫氧化行為的變化特徵，從巨觀層面揭示了硫化礦石經機械力活化後其氧化反應活性顯著增強的現象；選取溫度、濕度、含水量、pH值四個因素指標，通過正交實驗確定了各環境因素對活化礦樣氧化程度的影響順序。（5）運用同步熱分析技術表征了升溫速率、空氣流量、熱分析方法對礦樣在經歷不同活化強度、料球比、活化時間的機械力作用條件下的熱分解動力學特性；硫化礦石的表觀活化能降低與活化礦樣的晶格畸變率增大及晶塊尺寸減小存在一定的相關性，因此容易引發氧化自燃災害。這些研究成果為高硫礦山積極有效地防治內因火災奠定了理論與技術基礎。
