國內(nèi)外磷礦選礦研究動態(tài)——基于CiteSpace的知識圖譜分析*

雍 青，葛英勇，方 紀(jì)，劉順兵

(武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430070)

0 引言

磷元素是生物細(xì)胞生長必不可少的元素之一，在生物生命活動中占有極其重要的地位，人體維持生命活動所需的磷元素大多直接或間接源自糧食作物[1-3]。磷礦石是制作磷肥的重要原料，因此磷礦資源是一種重要的戰(zhàn)略資源。目前我國 90%以上的磷礦石用于磷肥工業(yè),僅有少量的磷礦石用于制備單質(zhì)磷[4-7]。

我國是磷礦資源大國, 同時也是人口大國，對磷產(chǎn)品的需求仍在不斷增長[8]。2005—2019年我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對磷肥的需求量增長率大概在1%～2%，磷礦石需求量也伴隨著磷肥生產(chǎn)量的增加逐年增長[9-10]。磷礦資源是重要的不可再生資源[11],隨著可直接利用的高品質(zhì)磷礦石資源的日漸枯竭，大量的中低品位磷礦石需要選礦富集后才能用于磷肥、磷化工產(chǎn)品生產(chǎn)[12-13]。

在磷礦的選礦工藝中，占主導(dǎo)地位的有浮選、擦洗脫泥、焙燒—消化、重介質(zhì)選礦及聯(lián)合選礦工藝，此外還有化學(xué)選礦、光電選礦以及生物選礦等[14-15]。我國磷礦選礦目前最廣泛采用的工藝是浮選，其對礦石的適應(yīng)性強、選別效果好[16]。國外還有化學(xué)選礦、物理選礦、生物選礦等工藝，這些工藝的研究在國內(nèi)鮮見報道[17]。本文介紹了國內(nèi)外磷礦選礦工藝的發(fā)展情況，分析了當(dāng)前研究的主流方法及存在的問題，以期更好地促進(jìn)我國磷礦資源的可持續(xù)開發(fā)與利用。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來自國際上具有較大影響力的數(shù)據(jù)庫Web of Science(WOS)和最大的國內(nèi)學(xué)術(shù)期刊收錄平臺——中國知網(wǎng)(CNKI)，其中WOS的檢索將期刊范圍限制為Web of Science核心合集，CNKI的檢索范圍是全部期刊。檢索得到的有效樣本數(shù)為：國際1 296篇，國內(nèi)1 865篇。整理后的數(shù)據(jù)見表1。

表1 數(shù)據(jù)來源與處理結(jié)果

1.2 研究方法

知識圖譜與文獻(xiàn)計量作為近年來科學(xué)計量學(xué)的熱門研究方法，可用于探究一個學(xué)科領(lǐng)域的研究力量分布特征、學(xué)科知識演化態(tài)勢、研究熱點主題以及潛在前沿趨勢等[18]。其主流軟件是基于Java的CiteSpace軟件，可利用共引分析、尋徑網(wǎng)絡(luò)算法對某一領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計量，并能對學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑和知識拐點、學(xué)科演化潛在動力機制及學(xué)科發(fā)展前沿的分析與探測等的信息知識圖譜進(jìn)行可視化[19]。其可用于情報學(xué)、圖書館學(xué)、信息與知識傳播、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會學(xué)等領(lǐng)域的研究，并逐步成為學(xué)術(shù)可視化分析的主流工具[20-21]。

本文利用CiteSpace軟件對磷礦選礦領(lǐng)域的發(fā)文量、作者、研究機構(gòu)和研究熱點進(jìn)行了詳細(xì)分析，旨在全面總結(jié)該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。

2 發(fā)文量與研究機構(gòu)分析

2.1 發(fā)文量分析

1960—2020年磷礦選礦研究領(lǐng)域發(fā)文量如圖1所示。

圖1 1960-2020年磷礦選礦研究領(lǐng)域發(fā)文量

由圖1可知，在2000年以前，國內(nèi)磷礦選礦學(xué)術(shù)研究發(fā)展較為緩慢，年發(fā)文量平均僅為20篇，之后年發(fā)文量開始增長。英文文獻(xiàn)主要集中在中國和美國。另外，對比國內(nèi)外核心期刊文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)核心期刊文獻(xiàn)增量不足，一方面說明國際期刊發(fā)展更好，另一方面說明國內(nèi)有部分學(xué)者逐漸將研究成果轉(zhuǎn)投國際期刊。

為了更好地了解國內(nèi)磷礦選礦研究發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)年度發(fā)文量可將其分為4個階段：

1)早期探索階段(1960—1992年)

此階段國內(nèi)發(fā)文量少且不穩(wěn)定。分析其原因，除了出版行業(yè)發(fā)展的外部因素之外，結(jié)合磷礦行業(yè)的實際情況，主要原因在于此階段仍處于磷礦浮選的實踐探索階段，大量的浮選技術(shù)由國外引入，國內(nèi)缺乏相關(guān)研究，磷礦浮選研究人員較少。

2)中期調(diào)整階段(1993—2000年)

此階段國內(nèi)發(fā)文量開始增長并保持穩(wěn)定的態(tài)勢，表明國內(nèi)已開始重視對磷礦浮選技術(shù)的研究。此階段已有一部分專業(yè)的選礦研究人員在進(jìn)行磷礦浮選研究，行業(yè)內(nèi)對于磷礦浮選技術(shù)研究成果的交流也在逐漸增加。

3)近期發(fā)展階段(2001—2010年)

此階段為發(fā)文量爆炸式增長階段，分析其原因主要有：①出版行業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展促進(jìn)了發(fā)文量的增加；②高校及研究機構(gòu)培養(yǎng)的磷礦浮選研究人員增多，不斷有成果產(chǎn)出；③磷礦行業(yè)的發(fā)展對高效浮選技術(shù)的需求日益增加。

4)最新拓展階段(2011—2020年)

此階段國內(nèi)發(fā)文量較多且保持穩(wěn)定，得益于完善的文章刊發(fā)機制以及國內(nèi)出現(xiàn)了大量的磷礦浮選研究人員，研究人員之間的交流日益增多。

2.2 研究機構(gòu)特征分析

為了深入認(rèn)識磷礦選礦研究力量分布特征，在將二級機構(gòu)合并成一級機構(gòu)后，利用CiteSpace5.7.R1生成機構(gòu)、國家合作網(wǎng)絡(luò)圖譜(見圖2)。在合作網(wǎng)絡(luò)圖譜生成過程中，單個節(jié)點的發(fā)文量和節(jié)點之間的聯(lián)系強度都不小于2，圖2中僅顯示每年發(fā)文量排名前50的機構(gòu)。

針對國際研究主要力量分布，從國家分布來看[見圖2(a)]，中國研究機構(gòu)近10年貢獻(xiàn)最大，且仍有繼續(xù)增加的趨勢。截至目前，中國總發(fā)文量281篇、美國219篇、德國102篇、法國91篇，并且中國在2011年以后以每年遞增9篇的發(fā)文速度驟增，2019年發(fā)文量達(dá)到48篇，而其他國家年均發(fā)文量處于較低水平。從機構(gòu)分布來看[見圖2(b)]，發(fā)文量在10篇以上的中國研究機構(gòu)占61%，發(fā)文量占66%，如中南大學(xué)(39篇)、中國科學(xué)院大學(xué)(37篇)、東北大學(xué)(33篇)、中國地質(zhì)大學(xué)(20篇)等。另外近5年內(nèi)東北大學(xué)、武漢工程大學(xué)、貴州大學(xué)、武漢理工大學(xué)在2016—2020年、2017—2018年、2017—2020年、2016—2020年期間凸顯性較高，分別為6.22、5.44、4.16、4.11，說明在相應(yīng)年份該機構(gòu)研究成果產(chǎn)出豐碩，對于磷礦選礦技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)較大。

圖2 國際磷礦選礦研究文獻(xiàn)的國家和機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

國內(nèi)磷礦選礦研究領(lǐng)域機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜見圖3。

圖3 國內(nèi)磷礦選礦研究領(lǐng)域機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

由圖3可知：從宏觀角度看，累計發(fā)文量在60篇以上的研究機構(gòu)有武漢工程大學(xué)(251篇)、云南磷化集團(tuán)有限公司(143篇)、貴州大學(xué)(91篇)、昆明理工大學(xué)(74篇)、四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局成都綜合巖礦測試中心(61篇)，成果主要由我國相關(guān)高校、研究院和企業(yè)之間合作產(chǎn)出，各研究機構(gòu)具有起步早、選礦設(shè)備齊全、研究人員多等特點；從微觀角度看，突顯性可以反映機構(gòu)在該階段研究的活躍程度，早期如武漢化工學(xué)院(現(xiàn)武漢工程大學(xué)，1988年,21.84)、化工部化工礦山設(shè)計研究院(現(xiàn)中藍(lán)連海設(shè)計研究院有限公司，1988年,18.75)、稀有稀土戰(zhàn)略資源評價與利用四川省重點實驗室(1960年, 15.74)，這些研究機構(gòu)都屬于探索階段研究機構(gòu)，近期研究凸顯性較高的機構(gòu)有貴州大學(xué)(2010—2012年, 14.08)、武漢工程大學(xué)(2013—2017年, 11.52)、中藍(lán)連海設(shè)計研究院有限公司(2011—2017年，6.47)，最新潛力研究機構(gòu)有喀斯特地區(qū)優(yōu)勢礦產(chǎn)資源高效利用國家地方聯(lián)合工程實驗室(2017—2020年，5.26)、東北大學(xué)(2017—2020年，4.17)。

3 關(guān)鍵詞分析

3.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

文獻(xiàn)關(guān)鍵詞是反映某研究領(lǐng)域主要研究方向和研究熱點的重要標(biāo)志[22]。分別以國內(nèi)外文獻(xiàn)為樣本數(shù)據(jù)，利用CiteSpace5.7.R1生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜(見圖4)。其中關(guān)鍵詞主要來源于：①文獻(xiàn)的原始關(guān)鍵詞；②基于期刊或者數(shù)據(jù)庫的主題分類而擴展的關(guān)鍵詞。圖4中僅顯示關(guān)鍵詞節(jié)點共現(xiàn)次數(shù)在30以上的節(jié)點，節(jié)點大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，連線表示各文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的聯(lián)系。

圖4 國內(nèi)外磷礦選礦研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

表2統(tǒng)計了國內(nèi)外磷礦選礦研究的前20高頻關(guān)鍵詞，結(jié)合圖4對國內(nèi)外磷礦選礦研究關(guān)鍵詞進(jìn)行分類。其中國內(nèi)關(guān)鍵詞主要集中在選礦對象、選礦工藝技術(shù)、選礦藥劑、選礦設(shè)備等方面，如“膠磷礦”“浮選”“磷礦”“捕收劑”等；國外則主要集中在選礦對象、選礦工藝技術(shù)方面，如“flotation”“apatite”“chemical composition”等。其中“浮選”(flotation)是國內(nèi)外研究的一個共同核心關(guān)鍵詞，就整個領(lǐng)域來看，浮選更是整個領(lǐng)域的研究中心，如國內(nèi)對磷礦進(jìn)行浮選、正浮選、反浮選、正反浮選、雙反浮選等研究，國外也是圍繞“flotation”展開關(guān)于“mechanism/phosphate ore”“adsorption”“chemical composition”等研究。

此外，根據(jù)研究主題可以發(fā)現(xiàn)：國內(nèi)注重選礦工藝研究，內(nèi)容新穎；而國外側(cè)重理論研究，更具深度。例如“mechanism/phosphate ore”，對此國內(nèi)沒有形成研究熱點，而國外已經(jīng)開始重點研究。國內(nèi)研究的主要內(nèi)容是磷礦選礦的對象、藥劑、設(shè)備、試驗方法等，偏重于實踐；國外的關(guān)鍵詞主要是浮選的分離機理、藥劑吸附等，偏重于理論。

3.2 關(guān)鍵詞突變分析

學(xué)科在發(fā)展過程中必然會經(jīng)歷具有重大意義的節(jié)點，其在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要性非常高，能夠代表該領(lǐng)域研究的新方向或熱點，在科學(xué)知識圖譜中用節(jié)點的凸顯性指標(biāo)進(jìn)行表征。CiteSpace5.7.R1不僅可以實現(xiàn)對高頻節(jié)點和聚類的解讀，也能通過對“突變詞語”的突變檢測實現(xiàn)對科學(xué)研究前沿的探測[23]。通過對檢索到的國內(nèi)、國外文獻(xiàn)進(jìn)行突變詞分析，得到了國內(nèi)外突現(xiàn)詞凸顯性對比分析結(jié)果(見表3)。

在早期探索和中期調(diào)整階段(1960—2000年)，國內(nèi)研究曾出現(xiàn)的熱點有：“磷礦選礦”(22.02)、“磷礦物”(16.76)、“磷精礦”(12.05)、“碳酸鹽礦物”(11.22)、“磷灰石”(10.60)、“浮選機”(7.70)等。這是因為早中期磷礦浮選研究處于探索與發(fā)展階段，浮選從被引入發(fā)展到被重視，從缺少研究人員發(fā)展到專業(yè)浮選研究人員涌現(xiàn)，與此同時，行業(yè)內(nèi)開始加強對浮選技術(shù)研究成果的交流，并且就國內(nèi)磷礦浮選工藝的特點開始出現(xiàn)了針對性研究，如“膠磷礦的反浮選”“新型選磷浮選機”“新浦磷礦浮選藥劑及常溫浮選研究”等。

在近期發(fā)展階段(2001—2010年)，國內(nèi)開始出現(xiàn)“磷塊巖”(17.43)、“羥基磷灰石”(6.44)、“重選”(5.29)、“正反浮選”(4.60)等研究熱點。此階段國內(nèi)發(fā)文量迅速增長，大量的磷礦浮選難點開始出現(xiàn)，研究內(nèi)容開始精細(xì)化，出現(xiàn)了許多新的研究內(nèi)容，如“低品位難選膠磷礦的正反浮選工藝研究”“滇池地區(qū)中低品位膠磷礦重浮選礦試驗研究”“膠磷礦無堿常溫浮選工藝研究”等。國外在此時出現(xiàn)了“carbonate mineral”(5.73)、“flotation reagent”(5.62)、“hydroxyapatite”(5.13)等突現(xiàn)詞，說明該階段國外注重磷礦脫除碳酸鹽脈石和磷礦浮選藥劑的研究。

在最新拓展階段(2011—2020年)，國內(nèi)突現(xiàn)詞主要有磷礦(15.26)、正反浮選(10.44)、正浮選(9.70)、雙反浮選(8.22)、中低品位磷礦(7.46)等。此階段突現(xiàn)詞的主要特點是以磷礦為中心，圍繞浮選工藝開展了一系列研究，這也表明，現(xiàn)階段該領(lǐng)域的主要研究方向是浮選工藝。同時，國內(nèi)磷礦浮選研究人員之間的交流日益增多，加之互聯(lián)網(wǎng)的推動，越來越多的研究成果被刊發(fā)，國內(nèi)的發(fā)文量較多且穩(wěn)定增長。國外的突現(xiàn)詞主要有flotation separation(7.55)、flotation behavior(4.76)、scheelite(6.64)等，突現(xiàn)詞以“flotation”為主，研究關(guān)鍵詞包含“mechanism”“adsorption”等，說明此階段國外的研究側(cè)重浮選分離機理研究，其研究成果多用于解釋磷礦浮選工藝中的各種行為，如礦物與藥劑之間的作用等，相較于國內(nèi)刊發(fā)的研究成果，其研究更具深度。

縱觀整個發(fā)展階段，對比國內(nèi)外刊發(fā)論文情況，可以得出以下結(jié)論：①在磷礦浮選工藝的研究成果方面，國內(nèi)刊發(fā)論文量領(lǐng)先于國際，且研究領(lǐng)域細(xì)化，涉及浮選藥劑、浮選設(shè)備、低品位磷礦浮選、常溫浮選、正反浮選等；②國際期刊論文在近階段側(cè)重于浮選理論研究，注重浮選行為的機理分析，如藥劑與礦物的吸附機理研究等。

表3 國內(nèi)外突現(xiàn)詞凸顯性對比分析結(jié)果

4 結(jié)論

a.目前我國關(guān)于磷礦選礦研究的發(fā)展主要分為4個階段：早期探索階段、中期調(diào)整階段、近期發(fā)展階段、最新拓展階段。其中在2001年以后，我國磷礦選礦研究發(fā)展迅速，國內(nèi)發(fā)文量及國際發(fā)文量均出現(xiàn)了較大增幅。

b.分析國際磷礦選礦研究力量分布發(fā)現(xiàn)，中國學(xué)者貢獻(xiàn)最大，發(fā)文量在10篇以上的研究機構(gòu)中國占61%，發(fā)文量排前4名的有3個來自中國，分別是中南大學(xué)(39篇)、中國科學(xué)院大學(xué)(37篇)、東北大學(xué)(33篇)。而國內(nèi)磷礦選礦研究的主要力量是武漢工程大學(xué)(251篇)、云南磷化集團(tuán)有限公司(143篇)、貴州大學(xué)(91篇)、昆明理工大學(xué)(74篇)等研究機構(gòu)。近年國內(nèi)研究機構(gòu)刊發(fā)在國際期刊上的研究成果逐漸增多，說明國內(nèi)研究成果的國際影響力正在逐漸提升。

c.分析磷礦選礦研究關(guān)鍵詞的貢獻(xiàn)時發(fā)現(xiàn)，國外關(guān)鍵詞集中于選礦對象、選礦工藝技術(shù)兩個方面，而國內(nèi)則集中于選礦對象、選礦工藝技術(shù)、選礦藥劑、選礦設(shè)備等方面。國內(nèi)外都注重“浮選(flotation)”領(lǐng)域的研究，如國內(nèi)對磷礦進(jìn)行浮選、正浮選、反浮選、正反浮選、雙反浮選等，國外也是圍繞“flotation”開展關(guān)于“mechanism/phosphate ore” “adsorption” “chemical composition”等研究。

d.對比國內(nèi)和國外刊發(fā)論文情況可以發(fā)現(xiàn)，在磷礦浮選工藝的研究成果上，國內(nèi)刊發(fā)論文量領(lǐng)先于國際，且研究領(lǐng)域細(xì)化，涉及浮選藥劑、浮選設(shè)備、低品位磷礦浮選、常溫浮選、正反浮選等。國際期刊論文在近階段側(cè)重于浮選理論研究、浮選行為機理分析，如藥劑與礦物的吸附機理研究等。