基于最小二乘法的稀土原地浸矿尾矿中污染物特征的相关性研究

论文总字数：18750字

目 录

1 引言 4

1.1 风化壳稀土矿 4

1.1.1 稀土简介 4

1.1.2 风化壳稀土矿简介 5

1.2 稀土原地浸取尾矿 5

1.2.1 原地浸取工艺简介 6

1.2.2 原地浸取尾矿存在的问题 6

1.2.3 国内对原地浸取尾矿的研究进展与不足 7

1.3 课题研究的意义与内容 7

1.3.1 课题研究的意义 7

1.3.2课题研究的内容 8

2 变参数回归模型与局部加权拟合 8

2.1 变参数回归模型 8

2.2 局部加权拟合 9

2.2.1局部加权回归 9

2.2.2 权重的确定与参数估计 9

3 曲线拟合及最小二乘法 10

3.1 曲线拟合 10

3.1.1 线性曲线形式 10

3.1.2 常见非线性曲线形式 11

3.2 最小二乘法及其计算 12

3.2.1 最小二乘法 12

3.2.2 最小二乘法的计算 12

4 对原地浸取尾矿进行的数据挖掘 15

4.1 稀土元素含量的分析与结果 16

4.1.1 稀土元素含量的分析 16

4.1.2 稀土元素含量结果分析 22

4.2 铵态氮含量的分析与结果 22

4.2.1 铵态氮含量的分析 22

4.1.2 稀土元素含量结果分析 27

5 结论 27

5.1 工作总结 27

5.2 工作展望 27

参考文献： 29

致谢 30

基于数据挖掘的稀土原地浸矿尾矿中污染物特征的相关性研究

张伟

,China

Abstract：Because of its unique electronic structure, the rare earth element has excellent magnetic, optical and electrical properties, and it has been widely used in all professions and trades. Rare earth ore is a unique and precious rare earth resource in China. It is very important to increase the utilization of rare earth resources and reduce the influence of tailings on the environment.

The concentration of rare earth ions and the concentration of ammonium nitrogen in the leaching solution were collected, and the data were fitted by the least square method to get the final regression model.If we choose directly ways to regression fitting the data, we can not get the specific functional relationship between concentration and the depth of the soil.So in this paper, the original data for the following processing: Firstly we use the Python language to achieve the local weighted linear regression algorithm of data mining and using this algorithm to get the basic regression curve.And then according to the basic trend of the obtained curve,using MATLAB combined with least square method to find final regression function model, and finally obtained the rare earth ions and ammonium nitrogen concentration rules.

Key words：data mining；curve fitting；least square approximation； locally weighted linear regression

1 引言

1.1 风化壳稀土矿

1.1.1 稀土简介

在化学元素周期表当中有一组特殊的化学元素--即镧系元素，因为该组元素所含有的特殊性质，该组元素就是通常称做的稀土元素--镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。此外由于元素的性质导致，还存在钪和钇两种元素，这两种元素由于和镧系元素中的15种元素密切相关，使得它们统称为稀土元素。

镧系（稀土）元素由于其本身所具有的特殊的电子层结构，因此使得其自身获得了优异的磁、光、电等优秀性质，正因此稀土元素被称为工业“维生素”^[1]。随着科学技术的进步，稀土元素已由原本较为简单局限的应用领域得到了巨大的发展，现在已经普遍地适用于各行各业。由于稀土元素自身特有的性质，从而导致其已普遍的应用于石油、化工、机械、能源、冶金、轻工、环境、电子、材料、农业等诸多领域。例如在冶金方面，由于稀土元素自身的特性，使其在炼钢过程中能够很好的改善刚的韧性，断裂性等；在石油、化工等产业方面，由于稀土元素自身的性质使其可以作为良好的催化剂，例如在石油的提取、冶炼过程中可以用于其催化，也可以用于化工原料的有机合成等方面；在材料方面，由于稀土自身的电子排序使得其在生产精密陶瓷材料、激光材料、超导材料、光导纤维材料等生成利用方面具有优异表现。在生成过程中，通过添加一定量的稀土元素，可以起到很好地改善材料性质的作用；在农业方面，适当含量的稀土元素可以对植物的成长、发育起到很大的促进作用，通过合理使用稀土元素能够对植物自身品质得到很好地提升。

在全球范围内，目前已经探测发现的稀土原矿中可供开采的原矿产主要分布在中国、美国、俄罗斯、澳大利亚、印度、南非等几个国家^[2]。在地壳当中分布的各类稀土矿物是目前可供开采的稀土元素存在的主要形式，通常主要形式有三种：（1）稀土元素自身成为的基本组成元素，稀土元素主要是通过以离子化合物的形式，使得自身可以存在于矿物晶格中，从而构成所在稀土矿物的必不可少的成分。这类矿物往往根据其含量的组成通常称为稀土矿物，如独居石、氟碳铈矿等。（2）稀土元素自身成为所在矿物当中的杂质元素，这类稀土元素主要是以类质同象置换的形式存在于所在矿物当中，分散存在于造岩矿物和稀有金属矿物中，这类矿物通常称为含有稀土元素的矿物，如磷灰石、萤石等。（3）稀土元素自身是以离子状态的形式存在进而被吸附于某些矿物的表面或颗粒间。这类矿物主要是各种粘土矿物、云母类矿物。通常这类状态的稀土元素，由因为其主要存在形式是以离子形式的方式存在，因而很容易提取^[3]。

众所周知，由于稀土矿产在我国的大量分布，使得我国所含的稀土资源含量极为充足，因而是稀土资源大国。此外该的整体分布情况在我国也相对较为合理。因此凭借着自身已有的优势，使得稀土工业在我国的高速发展具备了坚实的基础。此外，稀土矿物的种类分布在我国各地区也十分的齐全，不仅具有南方风化壳淋积型稀土矿、包头白云鄂博混合稀土矿，也包括诸如四川氟碳铈矿和山东微山氟碳铈矿^[3]。因此合理开采，使用稀土对我国有着至关重要的作用。

1.1.2 风化壳稀土矿简介

南方风化壳淋积型稀土矿因为自身所具有独特的离子分布特点，这导致其具有其他稀土矿所不具有的离子吸附性的性质，因而使其成为我国特有的离子吸附性稀土矿，该种矿物于1969年在江西省首次探测得到。这种独特的稀土矿主要存在的区域位于我国南方各省，其中在诸如江西、福建、广东、湖南等省份相对分布要更为广泛。这种稀土矿当中的稀土元素分布富含中、重稀土。由于中、重稀土自身的重要性，使得南方风化壳淋积型稀土矿成为我国宝贵的矿产资源，因而对它的开发和利用在世界上也有着不可避免的重要的影响与作用。

这种稀土矿由于其特有的形成的地区条件原因，使得其矿物组成与其他稀土矿物相比要更为简单，矿物当中所包含的重砂也相对很少，稀土矿所包含的主要成分是由粘土矿物、石英砂和造岩矿物长石等物质组成。组成风化壳淋积型稀土矿的各种物质当中主要是粘土矿物，其所占的含量约有40％～70％，其中主要有埃洛石、伊利石、高岭石和极少量的蒙脱石。风化壳淋积型稀土原矿中含有的粘土矿物在含量上面高低依次为：埃洛石(25％～50％)gt;伊利石(5％。20％)gt;高岭石(5％～10％)gt;蒙脱石(lt;l％)。此外在风化壳稀土矿中，由于风化壳稀土矿自身形成的独特环境，使得整个矿物中各粘土矿物的分布在整体上也呈现出其他矿产所不具有的规律。在原矿的腐植层和全风化层上部粘土矿物当中，主要分布着高岭石和三水铝石两种物质。埃洛石和高岭石及伊利石三种物质则主要分布在全风化层和半风化层上部，是其中的主要物质。伊利石和蒙脱石两种物质则主要组成了半风化层下部^[5]。这种特有的稀土元素主要是以水合离子或羟基水合离子吸附在黏土矿物上，因而对于开采其他矿物所现有的方式对其并不能有效的适用，开采方式需要采用全新的方法。另外由于风化壳淋积型稀土矿在全球分布范围基本上都位于我国，因此该种矿物可以说是我国特有的稀土矿，因此对该种矿物的开采目前在国际上还没有实际可供参考的开采技术和经验。

鉴于该稀土资源的重要性，为此我国稀土相关工作人员深入南方稀土矿山地区，凭借自身具有过硬的理论功底和长期的实践经验，在没有可供借鉴的经验的条件下，深入稀土矿产地对其进行勘探、开采，并进一系列研究任务，并且在各项研究任务完成的过程中发现了一种有效的浸取稀土的方法。在实际开采过程中，该种方法对风化壳淋积型稀土矿的开采富集有着很好的效果，这对我国风化壳淋积型稀土矿的开发与利用有着极其重要的意义。

1.2 稀土原地浸取尾矿

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