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智能无机非金属材料
摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。
关键词 智能；无机非金属；材料
智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。
同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类：
被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料；
主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料；
很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。
R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。
自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。
由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。
国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。

美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。
1、 智能材料的构思[8]
一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。
1．1 仿生与智能材料
智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。
对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。
1．2 智能材料设计
用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。
此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。
自动装置M可用以下6个参数描绘：
M＝（θ，X，Y，f，g，θ0）
式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。

为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。
一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。
实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。
对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即

此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。
1．3 智能材料的创制方法
基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。
2、 智能无机非金属材料
智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。
2．1 智能陶瓷
2．1．1 氧化锆增韧陶瓷
氧化锆晶体一般有三种晶型：
其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。
氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。
当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。
由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。
材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。

对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。
对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。
2．1．2灵巧陶瓷
灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。
录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。
Pachinko游戏机也应用了类似的原理。
利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。
根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。
2.1.3压电仿生陶瓷
材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。
图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。
应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。
2．2 智能水泥基材料
在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。
智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。
水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中0.5%（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。
将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。
在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。

一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。
美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。
3、结语
目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。
（1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中；
（2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学；
（3）加强应用基础研究。

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摘要:伴随经济社会的飞速发展，高速国道干线与城市内部道路均存在基础设施建设更新速度快、交通承载压力大、信息化程度低等特点，难以满足现代道路交通体系的数字化要求，迫切要求构建便捷、高效、实时的交通地理信息系统。

本文以ArcGISEngine开发环境为基础，对道路交通信息系统与ArcEngine组件式平台拟进行概要阐述，并按照软件设计的相关原则，对道路交通地理信息系统进行了总体设计与功能模块设计。

关键词:ArcGIS;Engine;道路交通地理信息系统;组件式开发

当前国内经济迅速增长，城市化规模不断增大，以机动车保有量为代表的道路交通压力也与日俱增，国内北京、上海、天津等大型城市纷纷通过限号形式来减缓道路载荷。

现代信息技术为整合道路交通资源、实现交通数据自动化管控提供了数据支撑，有利于构建时空一体的道路交通地理信息系统。

1.道路交通地理信息系统

ArcGISEngine作为GIS嵌入式二次开发平台，可摆脱ArcGIS提供组件式多类型开发应用程序接口API，同时可与MicrosoftVisualStu-dio系统编程集成开发环境相融合，基于进行多类编程语言下的模块式开发。

以GIS地理信息技术为基础，利用ArcGISEn-gine平台将交通路网与道路设施等空间信息、车载流量与基础设施等属性数据同航摄影像、多媒体监控数据等有效衔接，实现对空间和属性数据相关的采集、编辑与分析，采用GIS最短路径、道路畅通度算法等优化选择合理的交通线路，完成公交布线与站点布设等工作，同时融合多媒体监控手段，实时显示热点路况信息，科学指挥道路交通。

2.系统功能需求分析

从应用层面分析，道路交通地理信息系统的受众群体分为交通管理方与车辆应用客户方，其中本文所探讨的基于ArcGISEngine的应用系统主要为交通管理方的C/S客户端，具体车辆客户端则可采用基于Android、ios或WindowsMobile平台的APP软件;从系统设计的原则分析，应坚持安全性、共享性、可拓展性与可维护性的原则，提升道路交通地理信息系统的综合性发展。

作为道路交通地理信息系统，以数字化道路空间与属性信息为基础，在确保系统不同用户权限的条件下，提供地图量测、空间漫游、数据维护等功能，检索酒店、学校、商场、企事业单位相关位置，并根据摄像头监控热点交通流量、密度数据，同时借助GPS定位、无线数据传输技术，为公交、出租等公共车辆提供位置相关服务。

3.道路交通地理信息系统总体与功能模块设计

开展道路交通地理信息系统设计前，按照相应的数据标准采集空间影像数据、基础线划图与专题交通资料，经裁切、镶嵌与校准等流程完成数据的标准化预处理，并导入系统平台空间基础数据库中，按照点、线、面要素分层，细化停车场、公交站点、高速、铁路与公路等要素信息，其空间地理基础数据库分层如下:

(1)系统分库:大地控制测量数据库、数字高程DEM与正射影像DOM数据库、数字线划DLG与遥感栅格DRG数据库，以及系统元数据库。

(2)系统逻辑分层库:以DLG数据库为例，可分为居民地、水系、道路、植被、地形等数据库分层要素信息。

(3)系统逻辑底层:包含点、线、面、注记与多媒体层等相关信息。

根据道路交通地理信息系统的应用框架，其总体设计可分为三大部分:电子地图服务模块、公共信息服务模块、空间分析与数据统计模块。

系统空间数据库GeoDatabase导入Shape、栅格、属性表等相关空间数据与属性文件，管理客户端采用地方坐标系进行配准建设，以便于后期交通设施数据的更新与维护，针对公共信息服务模块，采用经脱密处理的电子地图和遥感数据，以确保数据空间位置安全。

关于系统的具体功能模块设计如下:

(1)电子地图服务模块。

利用ArcGISEngine地图工具集组件，在VS开发平台可便捷的实现图层控制、热点注记、空间量测等功能，实现对ArcInfo、Shapefile、GRID等数据格式的加载编辑。

(2)公共信息服务模块:重在提供空间位置检索、基于位置的信息服务功能，利用ArcGISEngine的类库资源，通过ToolbarControl和VS系统中的DataGridView、Find控件完成相关地图数据的检索功能，查询要素属性信息。

(3)空间分析与数据统计模块:道路交通地理信息系统中利用空间数据检索出的要素可进行相应的聚类分析或数值统计;关于空间分析功能，其主要涉及最短路径分析与缓冲区分析，根据交通需求量、流通量的变化，进行最短距离、最短时间的计算或识别相关地理实体对周边地物的影响区间，空间缓冲区分析实现的部分代码

4.结语

作为涵盖测绘信息采集处理、计算机软件编程和数据库建设等多行业学科融合的道路交通地理信息系统，以ArcGISEngine组件式开发平台为基础，通过对其进行系统需求分析与功能模块设计，明确了系统的相关服务功能，构建了系统的总体框架，为类似工程实践提供参考意义。

参考文献：

[1]刘莹.ArcGISEngine的开发及应用研究[J].城市勘测，2006(02).

[2]张国强.数字图像处理技术在交通监控领域里的应用[J].辽宁师专学报(自然科学版)，2007(04).

[3]谭健妹，刘清君，邹小梅.基于GIS的交通事故信息系统研究[J].山西科技，2007(01).

[4]李红，沈冬.基于ArcGlSEngine的地理信息数据库设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2009(04).

[5]兰小机，王飞，彭涛.基于ArcGISEngine的查询信息系统的设计与实现[J].金属矿山，2008(02).

摘要：探究式教以重视提高学生的发现、分析、解决问题能力的教学模式，其教学理念与我国的新课程改革理念相符。

通过对高中地理探究式教学进行分析，总结探究式教学实施经验，为高中地理应用探究式教学总结经验，提高课堂地理课堂教学效果，提升课堂教学效率，促进学生素质全面发展。

关键词：高中地理;探究式教学;新课程理念

在传统教学模式影响下，高中地理教学只重视学生的成绩，忽视提高学生的综合能力。

而新课程改革要求课堂教学应让学生掌握课本知识，更应让学生的综合素质获得提升。

在课堂教学中，教师需要转变教师和学生的地位，让学生成为课堂的主体，让学生主动参与课堂学习。

探究式教学方式属于培养学生主动性的教学方式，探究式教学模式与我国新课改理念相契合。

因而高中地理教师需要重视应用探究式教学模式，在探究教学过程中提高学生的主动探究能力科学素养，对学生学好地理知识以及学生的未来成长具有重要作用[1]。

笔者结合个人教学经验，对高中地理教学中应用探究式教学进行简要分析。

1、探究式教学中师生定位

1.1学生定位：探究式教学作为一种培养学生自主探究能力的教学方式，它要求每个学生都能够积极参与教学活动。

同时探究式教学要求学生在教师引导下开展探究学习，通过个人的观察、分析和研究等活动或行为总结知识，建构知识体系，而非教师通过灌输式方式将知识传授给学生。

矿山固体废弃物的处理与利用论文

矿山固体废弃物的处理与利用论文本文主要从我国矿山固体废弃物的现状进行探讨，分析目前对矿山固体废弃物的处理方法，提高矿山固体废弃物的回收利用率，以期对当前的矿山开采提供借鉴价值。

矿山固体废弃物的处理与利用论文【1】

摘要：随着我国冶金业的快速发展，矿山开采的力度也逐渐加大。在矿山开采过程中，矿山固体废弃物的数量也越来越多。

关键词：矿山固体废弃物 处理 利用

1 我国矿山固体废弃物的现状分析

我国的矿产资源非常丰富，矿产资源总量大、采矿企业较多，在矿山开采过程中，由于不合理的开采利用，在日积月累中产生了大量矿山固体废弃物。矿山固体废弃物的来源主要有四种：废石、尾矿、粉煤灰和煤矸石，其中以废石居多。

由于我国矿山开采的规模较大，且中小采矿企业居多，矿山固体废弃物的总量呈不断上升的趋势，以山西等采煤大省为例，一个省份的矿山固体废弃物可达到几亿甚至几十亿吨。

矿产资源的不合理开发，产生了大量的矿山固体废弃物，不仅造成了矿产资源的浪费，对生态环境也造成了很大的影响。矿山固体废弃物堆砌在土地表面，破坏地表的土地、自然景观和植被，水土流失加剧，对生态环境造成严重破坏。

再者，由于尾矿和废石的随意堆砌，可能引起河道淤塞，造成水体污染。矿山固体废弃物中的重金属含量和化学药剂较多，对地表水和地下水造成严重污染。同时，在干旱天气下，固体废弃物可能会产生大量扬尘。对大气造成污染。

2 矿山固体废弃物的处理

2.1 堆置处理

该种处理方法即将矿山固体废弃物直接堆放到指定的地方。该指定的地方要符合以下几个条件：一是要注意不能造成地下水的污染，防止矿山固体废弃物的堆放而造成的地下水水质下降。

二是注意不能造成地表水的污染，防止因矿山固体废弃物的风化淋蚀而造成的地表水的污染或者泥沙加重。三是要注意减少矿山固体废弃物的大气污染，减少风蚀程度。四是要注意矿山固体废弃物的堆放安全，防止因矿山固体废弃物大量堆放而引起的地震或洪水等灾害。

在堆放场地的选择时，应对场地的水文情况、地形、风向等综合考虑。同时，在尾矿堆放的选择时，由于尾矿的特殊性，其堆放要求更高，尾矿坝的基础材料的强度要求非常高，且不能透水。可以采取两种方式，一是粗细尾矿残渣的共处理，二是尾矿的半干堆垛。

在矿山固体废弃物堆放好之后，要在堆放表面盖上泥土或者石块，或者种植植物，或者对覆盖便面进行化学方法的处理，保持堆放物的稳定，减少二次污染源，防止对水资源和大气环境造成更严重的

污染。

2.2 复垦处理

目前，复垦处理是矿山固体废弃物处理的重要方法，将矿山开采与土地复垦结合起来，在矿山开采的过程中，在表土采掘之后，可将矿产资源表面的土壤进行存储，在开采施工完结之后，将矿山固体废弃物填至开采区，然后铺垫表土，种植植物，复垦种植的过程才算完成，复垦后的土地能够用以修建公共基础设施和农林牧渔等的生产。

2.3 填埋处理

该种方法主要是为了防止在矿产资源开采之后，形成大量的采空区的情况。一般是将水泥与尾矿砂混合起来，以胶结填充法填充采空区，防止采矿过程中的矿山坍塌造成的人员伤亡。在填埋有毒有害的矿山固体废物时，应充分考虑地下水和地表水的保护，防止水资源的污染和破坏，对场地环境进行综合考虑，保证填埋的安全。

3 矿山固体废弃物的利用

矿山固体废弃物的处理，是为了减少矿山开采过程中所造成的环境污染和生态破坏。随着循环经济和可持续发展理念的提出，矿山固体废弃物的处理应充分利用现代先进的科学技术，对废弃物进行回收利用，实现资源的循环发展和可持续发展。

在矿山开采过程中，不仅要充分利用现代的采矿技术和先进的采矿设备，提高采矿作业的效率，减少矿产资源的浪费。加强采矿管理，特别是对中小型的采矿企业的采矿环节进行严格管理，防止因人为因素造成的矿山固体废弃物的增多。

同时，在采矿过程中，要加强对矿产资源的勘探和开发设计，以矿山固体废弃物作为采空区的充填物，实现资源的回收利用，也减少了矿山固体废弃物对生态环境的破坏。

3.1 从废弃物中回收有用元素

如前所述，矿山固体废弃物中含有大量的重金属元素，如在铅锌尾矿中含有大量的铅、锌、银等元素，在锡尾矿中含有大量的铜和锌及伴生元素，在矿山固体废弃物的处理中，如果能将这些有用元素进行回收利用，不仅能减少对环境造成的破坏，还能将其用于生产实践中，促进社会生产的进步。

在回收过程中，可以采取电解气浮法、溶剂萃取法、重磁浮法和电极回收法等方法，近年来，微生物浸出技术不断发展，在实际的生产实践中应用范围越来越广。

3.2 制作建材

矿山固体废弃物可以用以制作建材，主要有三种：一是用以制作水泥和硅酸盐建材，由于矿山固体废弃物中含有大量的铝、硅等元素，可以经提取之后制作硅酸盐建材。二是玻璃。

如在石英脉型的金矿和钨矿中含有大量的石英，碳酸盐矿含有大量的萤石、方解石、白云石，花岗岩型的尾矿都可以作为生产玻璃的原料和配料。三是微晶玻璃的制造。微晶玻璃又可称之为玻璃陶瓷，是在基础玻璃的基础上进行控制晶化而形成的特殊种类的玻璃。

它可以通过对金属尾矿的回收利用而制作，微晶玻璃能够用以建筑房屋的隔墙，其耐热性和节能型都比较好。

四是铸石。矿山固体废弃物中含有大量的煤矸石和废石，如果在矿山固体废弃物中，含有花岗岩、白云岩、萤石、玄武岩、石灰岩等，都可以将其作为铸石的理想铸石原料。在现代的工业生产中，铸石是一种非常重要的生产原料，在一定条件下可以代替合金材料、钢铁等原料，具有很强的生产适用性。

4 结语

矿产资源的开采，是一项关系国计民生的大事，在矿产资源的开采过程中，应以先进的开采技术和开采设备，提高采矿的效率，控制矿山固体废弃物的产生，减少生态环境的破坏。

目前，矿山固体废弃物的处理方法主要有以下三种：堆置处理、复垦处理、填埋处理。随着循环经济的发展和可持续发展理念的提出，矿山固体废弃物的回收利用成为经济可持续发展的必由之路，将矿山固体废弃物进行有效回收，不仅能为社会生产提供所需的原料，还能减少对生态环境的破坏，促进经济的可持续发展。

参考文献

[1] 孙轶刚，邓君萍.矿山固体废弃物处理与再利用[J].价值工程，2010，29(12).

[2] 汪金花，李富平.基于GIS的矿山企业固体废弃物管理系统[J].金属矿山，2012(6).

[3] 戴开文.煤矿开采固体废弃物对环境的损坏及治理方法[J].中小企业管理与科技，2010(3).

[4] 郑建军，刘占全.利用矿山固体废物料固结矿区路面的试验研究[J].金属矿山，2012(6).

矿山固体废弃物的处理与利用【2】

[摘 要]我国冶金工业快速发展，促使矿山的开发力度加大，随之产生大量矿山固体废弃物。矿山固体废弃物污染包括露天矿剥离和坑内采矿产生的大量废石、选矿产生的尾矿和冶炼产生的矿渣等。

[关键词]矿山 矿渣 固体废弃物 处理 利用

1.引言

我国的矿产资源非常丰富，矿产资源总量大、在矿山开采过程中，由于不合理的开采利用，在日积月累中产生了大量矿山固体废弃物。矿山固体废弃物的来源主要有废石、尾矿、粉煤灰等。

某集团公司下属几个矿区，主要生产非金属矿产，属于中小采矿企业，由于近几年开发量大，矿山固体废弃物的总量呈不断上升的趋势，产生了大量的矿山固体废弃物，不仅造成了矿产资源的浪费，对生态环境也造成了很大的影响。

矿山固体废物概括起来主要分为两类：一类是尾矿，即在选矿加工过程中排放的固体废物，其储存场地称之为尾矿库;另一类是剥离废石，即在开采矿石过程中剥离出的岩土物料，堆放废石地称之为排土场。

矿山固体废弃物堆砌在土地表面，破坏地表的土地、自然景观和植被，水土流失加剧，对生态环境造成严重破坏。再者，由于尾矿和废石的`随意堆砌，在干旱天气下，固体废弃物可能会产生大量扬尘。对大气造成污染。

2. 固体废弃物的危害

2.1 固体废弃物直接造成环境污染，破坏生态环境

该公司的下属矿山是将从地下开采的矿石运输到露天，经过初选，直接或二次加工成小颗粒运输到加工厂。由于该生产方式属于粗放式加工生产，在加工生产过程中会产生堆积在露天厂区外固体废弃物。固体废弃物没有进行有效的遮挡，会对厂区环境造成直接污染。特别是尾矿堆存需要占用大量土地。

据不完全统计，我国尾矿堆放占用土地达1300多万亩，随着老的尾矿库闭库，新的尾矿库不断增加，必将占用更多的土地。

固废堆场如此大面积占地，尽管多为山坡地，但对植被的破坏仍然是十分严重的。不仅如此，堆场压占土地，还会破坏地貌，造成水土流失和土壤涵养功能的衰减与退化。这些都可能使生态环境失衡。

2.2 固体废弃物堆存造成严重的矿产资源浪费

特别是矿石品位低，大多呈多组分共生，矿物堪布粒度细，再加上选矿技术设备落后，管理水平低，因此，浪费与固体废弃物中的有用资源是相当可观的。

2.3 固体废弃物堆存存在安全隐患

固体废物易产生流动、塌陷和滑坡，一旦发生事故，其造成的破坏是相当巨大的。

3.矿山固体废弃物的处理

3.1 固体废弃物处理的目标

固体废弃物处理的目标是无害化、减量化、资源化。根据该公司特点，该公司生产加工的非金属矿不含有害杂质，所以，该公司处理的目标是减量化和资源化。

3.2 处理方法

3.2.1 堆置处理

该种处理方法即将矿山固体废弃物直接堆放到指定的地方。可以采取尾矿的半干堆垛。在矿山固体废弃物堆放好之后，保持堆放物的稳定，减少二次污染源，防止对水资源和大气环境造成污染。

3.2.1 填埋处理

该种方法主要是为了防止在矿产资源开采之后，形成大量的采空区的情况。

以上两种方法是对固体废弃物的处理，更为优化的作法是矿山固体废弃物的利用。增加效益，实现可持续发展。

4.矿山固体废弃物的利用

矿山固体废物处理是为了减少矿山开采过程中所造成的环境污染和生态破坏，但依据可持续发展理念，我们应该采用合理、有效的工艺对矿山固体废物进行加工利用或直接利用。

针对该企业的特别，我们主要采取以下几个方面对其进行利用。

4.1 制作建筑材料。根据矿山特点，可以用尾矿经提取之后制作硅酸盐建材。

4.2 土壤改良剂。由于不合理的施肥和灌溉，为提高产量造成的土壤板结，地力下降，重金属含量严重超出其背景值等也造成了优质土壤的严重退化。由于该矿山的尾渣含有改善土壤的元素，可以做为土壤改良剂的原料之一。

4.3 微量元素肥料。

4.4 建立生态区。可以在尾矿排放区域建造一些陆地和人工湿地，种植植物，优化周围环境，恢复生态系统。

5.存在问题

总体上，矿山固体废物资源化综合利用与无害化处理起步较晚，虽然不少矿山企业和科研院校做了大量工作，同时也也取得一定的成效，但总体发展不缓慢，仍存在一些问题。主要有：

5.1 企业积极性不高

政府虽然制定了资源综合利用减免税的优惠政策，但没有具体制定针对尾矿和废石利用的鼓励性政策，导致不能充分调动企业开展固体废物综合回收利用的积极性。

5.2 固体废弃物应用领域较窄

目前我国矿山固体废物的综合利用大多局限于回收有用成分及用作生产建筑材料，高附加值产品少，没有市场竞争力。这也是导致企业积极性不高的另一个因素。

6.建议

6.1 倡导矿山企业清洁生产

该项主要是靠政府支持，通过各种政策及技术帮助来引导企业进行。努力实现固体废物的减量化、资源化、无害化，推行清洁生产，把固体废物尽可能消灭在生产过程中

6.2 鼓励发展固体废物处理产业

鼓励企业建立循环经济生产系统，建立与市场经济接轨的固体废物管理与运行机制，走向开放与合作，实现企业化经营，走产业化道路，发展中国的矿山经济，改善我们的矿山环境。

7.结语

想要解决矿山固体废弃物的这个问题，是需要国家和地方政府、矿山企业、科研部门共同的攻关和开发。矿山的固体废弃物的产生既是我国矿产资源特点决定的，也是我国千百年矿业开发的历史积累，更是矿产资源利用不合理的结果，矿山废弃物中含有大量未利用的宝贵矿产资源，但其开发难度较高、技术含量较高、需求资金较大，所以更需要各个方面的共同努力，这样才可以走可持续发展的道路。

参考文献

[1] 浅谈矿山固体废弃物的处理与利用;科技创新导报;2013，NO.02.

[2] 综合利用矿山固体废弃物 提升企业效益;晋琼粤川鲁冀辽七省金属(冶金)学会第二十一届矿业学术交流会论文集;490.

[3] 矿山固体废物的处理与处置;矿产保护与利用;2003年10月第5期.

[4] 矿山固体废物处理与处置技术发展报告;国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心.

[5] 我国矿山固体废物的资源化利用及处置; 现代矿业;2012年10月第10期.