国内外磷矿选矿研究动态——基于CiteSpace的知识图谱分析*

雍 青，葛英勇，方 纪，刘顺兵

(武汉理工大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 430070)

0 引言

磷元素是生物细胞生长必不可少的元素之一，在生物生命活动中占有极其重要的地位，人体维持生命活动所需的磷元素大多直接或间接源自粮食作物[1-3]。磷矿石是制作磷肥的重要原料，因此磷矿资源是一种重要的战略资源。目前我国 90%以上的磷矿石用于磷肥工业,仅有少量的磷矿石用于制备单质磷[4-7]。

我国是磷矿资源大国, 同时也是人口大国，对磷产品的需求仍在不断增长[8]。2005—2019年我国农业生产对磷肥的需求量增长率大概在1%～2%，磷矿石需求量也伴随着磷肥生产量的增加逐年增长[9-10]。磷矿资源是重要的不可再生资源[11],随着可直接利用的高品质磷矿石资源的日渐枯竭，大量的中低品位磷矿石需要选矿富集后才能用于磷肥、磷化工产品生产[12-13]。

在磷矿的选矿工艺中，占主导地位的有浮选、擦洗脱泥、焙烧—消化、重介质选矿及联合选矿工艺，此外还有化学选矿、光电选矿以及生物选矿等[14-15]。我国磷矿选矿目前最广泛采用的工艺是浮选，其对矿石的适应性强、选别效果好[16]。国外还有化学选矿、物理选矿、生物选矿等工艺，这些工艺的研究在国内鲜见报道[17]。本文介绍了国内外磷矿选矿工艺的发展情况，分析了当前研究的主流方法及存在的问题，以期更好地促进我国磷矿资源的可持续开发与利用。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

文献数据来自国际上具有较大影响力的数据库Web of Science(WOS)和最大的国内学术期刊收录平台——中国知网(CNKI)，其中WOS的检索将期刊范围限制为Web of Science核心合集，CNKI的检索范围是全部期刊。检索得到的有效样本数为：国际1 296篇，国内1 865篇。整理后的数据见表1。

表1 数据来源与处理结果

1.2 研究方法

知识图谱与文献计量作为近年来科学计量学的热门研究方法，可用于探究一个学科领域的研究力量分布特征、学科知识演化态势、研究热点主题以及潜在前沿趋势等[18]。其主流软件是基于Java的CiteSpace软件，可利用共引分析、寻径网络算法对某一领域文献进行计量，并能对学科领域演化的关键路径和知识拐点、学科演化潜在动力机制及学科发展前沿的分析与探测等的信息知识图谱进行可视化[19]。其可用于情报学、图书馆学、信息与知识传播、经济学、社会学等领域的研究，并逐步成为学术可视化分析的主流工具[20-21]。

本文利用CiteSpace软件对磷矿选矿领域的发文量、作者、研究机构和研究热点进行了详细分析，旨在全面总结该领域的研究现状与发展趋势。

2 发文量与研究机构分析

2.1 发文量分析

1960—2020年磷矿选矿研究领域发文量如图1所示。

图1 1960-2020年磷矿选矿研究领域发文量

由图1可知，在2000年以前，国内磷矿选矿学术研究发展较为缓慢，年发文量平均仅为20篇，之后年发文量开始增长。英文文献主要集中在中国和美国。另外，对比国内外核心期刊文献发现，国内核心期刊文献增量不足，一方面说明国际期刊发展更好，另一方面说明国内有部分学者逐渐将研究成果转投国际期刊。

为了更好地了解国内磷矿选矿研究发展现状，根据年度发文量可将其分为4个阶段：

1)早期探索阶段(1960—1992年)

此阶段国内发文量少且不稳定。分析其原因，除了出版行业发展的外部因素之外，结合磷矿行业的实际情况，主要原因在于此阶段仍处于磷矿浮选的实践探索阶段，大量的浮选技术由国外引入，国内缺乏相关研究，磷矿浮选研究人员较少。

2)中期调整阶段(1993—2000年)

此阶段国内发文量开始增长并保持稳定的态势，表明国内已开始重视对磷矿浮选技术的研究。此阶段已有一部分专业的选矿研究人员在进行磷矿浮选研究，行业内对于磷矿浮选技术研究成果的交流也在逐渐增加。

3)近期发展阶段(2001—2010年)

此阶段为发文量爆炸式增长阶段，分析其原因主要有：①出版行业及互联网的发展促进了发文量的增加；②高校及研究机构培养的磷矿浮选研究人员增多，不断有成果产出；③磷矿行业的发展对高效浮选技术的需求日益增加。

4)最新拓展阶段(2011—2020年)

此阶段国内发文量较多且保持稳定，得益于完善的文章刊发机制以及国内出现了大量的磷矿浮选研究人员，研究人员之间的交流日益增多。

2.2 研究机构特征分析

为了深入认识磷矿选矿研究力量分布特征，在将二级机构合并成一级机构后，利用CiteSpace5.7.R1生成机构、国家合作网络图谱(见图2)。在合作网络图谱生成过程中，单个节点的发文量和节点之间的联系强度都不小于2，图2中仅显示每年发文量排名前50的机构。

针对国际研究主要力量分布，从国家分布来看[见图2(a)]，中国研究机构近10年贡献最大，且仍有继续增加的趋势。截至目前，中国总发文量281篇、美国219篇、德国102篇、法国91篇，并且中国在2011年以后以每年递增9篇的发文速度骤增，2019年发文量达到48篇，而其他国家年均发文量处于较低水平。从机构分布来看[见图2(b)]，发文量在10篇以上的中国研究机构占61%，发文量占66%，如中南大学(39篇)、中国科学院大学(37篇)、东北大学(33篇)、中国地质大学(20篇)等。另外近5年内东北大学、武汉工程大学、贵州大学、武汉理工大学在2016—2020年、2017—2018年、2017—2020年、2016—2020年期间凸显性较高，分别为6.22、5.44、4.16、4.11，说明在相应年份该机构研究成果产出丰硕，对于磷矿选矿技术的发展贡献较大。

图2 国际磷矿选矿研究文献的国家和机构合作网络图谱

国内磷矿选矿研究领域机构合作网络图谱见图3。

图3 国内磷矿选矿研究领域机构合作网络图谱

由图3可知：从宏观角度看，累计发文量在60篇以上的研究机构有武汉工程大学(251篇)、云南磷化集团有限公司(143篇)、贵州大学(91篇)、昆明理工大学(74篇)、四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心(61篇)，成果主要由我国相关高校、研究院和企业之间合作产出，各研究机构具有起步早、选矿设备齐全、研究人员多等特点；从微观角度看，突显性可以反映机构在该阶段研究的活跃程度，早期如武汉化工学院(现武汉工程大学，1988年,21.84)、化工部化工矿山设计研究院(现中蓝连海设计研究院有限公司，1988年,18.75)、稀有稀土战略资源评价与利用四川省重点实验室(1960年, 15.74)，这些研究机构都属于探索阶段研究机构，近期研究凸显性较高的机构有贵州大学(2010—2012年, 14.08)、武汉工程大学(2013—2017年, 11.52)、中蓝连海设计研究院有限公司(2011—2017年，6.47)，最新潜力研究机构有喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室(2017—2020年，5.26)、东北大学(2017—2020年，4.17)。

3 关键词分析

3.1 关键词共现分析

文献关键词是反映某研究领域主要研究方向和研究热点的重要标志[22]。分别以国内外文献为样本数据，利用CiteSpace5.7.R1生成关键词共现网络图谱(见图4)。其中关键词主要来源于：①文献的原始关键词；②基于期刊或者数据库的主题分类而扩展的关键词。图4中仅显示关键词节点共现次数在30以上的节点，节点大小表示关键词出现的频次，连线表示各文献中关键词的联系。

图4 国内外磷矿选矿研究领域关键词共现网络图谱

表2统计了国内外磷矿选矿研究的前20高频关键词，结合图4对国内外磷矿选矿研究关键词进行分类。其中国内关键词主要集中在选矿对象、选矿工艺技术、选矿药剂、选矿设备等方面，如“胶磷矿”“浮选”“磷矿”“捕收剂”等；国外则主要集中在选矿对象、选矿工艺技术方面，如“flotation”“apatite”“chemical composition”等。其中“浮选”(flotation)是国内外研究的一个共同核心关键词，就整个领域来看，浮选更是整个领域的研究中心，如国内对磷矿进行浮选、正浮选、反浮选、正反浮选、双反浮选等研究，国外也是围绕“flotation”展开关于“mechanism/phosphate ore”“adsorption”“chemical composition”等研究。

此外，根据研究主题可以发现：国内注重选矿工艺研究，内容新颖；而国外侧重理论研究，更具深度。例如“mechanism/phosphate ore”，对此国内没有形成研究热点，而国外已经开始重点研究。国内研究的主要内容是磷矿选矿的对象、药剂、设备、试验方法等，偏重于实践；国外的关键词主要是浮选的分离机理、药剂吸附等，偏重于理论。

3.2 关键词突变分析

学科在发展过程中必然会经历具有重大意义的节点，其在网络结构中的重要性非常高，能够代表该领域研究的新方向或热点，在科学知识图谱中用节点的凸显性指标进行表征。CiteSpace5.7.R1不仅可以实现对高频节点和聚类的解读，也能通过对“突变词语”的突变检测实现对科学研究前沿的探测[23]。通过对检索到的国内、国外文献进行突变词分析，得到了国内外突现词凸显性对比分析结果(见表3)。

在早期探索和中期调整阶段(1960—2000年)，国内研究曾出现的热点有：“磷矿选矿”(22.02)、“磷矿物”(16.76)、“磷精矿”(12.05)、“碳酸盐矿物”(11.22)、“磷灰石”(10.60)、“浮选机”(7.70)等。这是因为早中期磷矿浮选研究处于探索与发展阶段，浮选从被引入发展到被重视，从缺少研究人员发展到专业浮选研究人员涌现，与此同时，行业内开始加强对浮选技术研究成果的交流，并且就国内磷矿浮选工艺的特点开始出现了针对性研究，如“胶磷矿的反浮选”“新型选磷浮选机”“新浦磷矿浮选药剂及常温浮选研究”等。

在近期发展阶段(2001—2010年)，国内开始出现“磷块岩”(17.43)、“羟基磷灰石”(6.44)、“重选”(5.29)、“正反浮选”(4.60)等研究热点。此阶段国内发文量迅速增长，大量的磷矿浮选难点开始出现，研究内容开始精细化，出现了许多新的研究内容，如“低品位难选胶磷矿的正反浮选工艺研究”“滇池地区中低品位胶磷矿重浮选矿试验研究”“胶磷矿无碱常温浮选工艺研究”等。国外在此时出现了“carbonate mineral”(5.73)、“flotation reagent”(5.62)、“hydroxyapatite”(5.13)等突现词，说明该阶段国外注重磷矿脱除碳酸盐脉石和磷矿浮选药剂的研究。

在最新拓展阶段(2011—2020年)，国内突现词主要有磷矿(15.26)、正反浮选(10.44)、正浮选(9.70)、双反浮选(8.22)、中低品位磷矿(7.46)等。此阶段突现词的主要特点是以磷矿为中心，围绕浮选工艺开展了一系列研究，这也表明，现阶段该领域的主要研究方向是浮选工艺。同时，国内磷矿浮选研究人员之间的交流日益增多，加之互联网的推动，越来越多的研究成果被刊发，国内的发文量较多且稳定增长。国外的突现词主要有flotation separation(7.55)、flotation behavior(4.76)、scheelite(6.64)等，突现词以“flotation”为主，研究关键词包含“mechanism”“adsorption”等，说明此阶段国外的研究侧重浮选分离机理研究，其研究成果多用于解释磷矿浮选工艺中的各种行为，如矿物与药剂之间的作用等，相较于国内刊发的研究成果，其研究更具深度。

纵观整个发展阶段，对比国内外刊发论文情况，可以得出以下结论：①在磷矿浮选工艺的研究成果方面，国内刊发论文量领先于国际，且研究领域细化，涉及浮选药剂、浮选设备、低品位磷矿浮选、常温浮选、正反浮选等；②国际期刊论文在近阶段侧重于浮选理论研究，注重浮选行为的机理分析，如药剂与矿物的吸附机理研究等。

表3 国内外突现词凸显性对比分析结果

4 结论

a.目前我国关于磷矿选矿研究的发展主要分为4个阶段：早期探索阶段、中期调整阶段、近期发展阶段、最新拓展阶段。其中在2001年以后，我国磷矿选矿研究发展迅速，国内发文量及国际发文量均出现了较大增幅。

b.分析国际磷矿选矿研究力量分布发现，中国学者贡献最大，发文量在10篇以上的研究机构中国占61%，发文量排前4名的有3个来自中国，分别是中南大学(39篇)、中国科学院大学(37篇)、东北大学(33篇)。而国内磷矿选矿研究的主要力量是武汉工程大学(251篇)、云南磷化集团有限公司(143篇)、贵州大学(91篇)、昆明理工大学(74篇)等研究机构。近年国内研究机构刊发在国际期刊上的研究成果逐渐增多，说明国内研究成果的国际影响力正在逐渐提升。

c.分析磷矿选矿研究关键词的贡献时发现，国外关键词集中于选矿对象、选矿工艺技术两个方面，而国内则集中于选矿对象、选矿工艺技术、选矿药剂、选矿设备等方面。国内外都注重“浮选(flotation)”领域的研究，如国内对磷矿进行浮选、正浮选、反浮选、正反浮选、双反浮选等，国外也是围绕“flotation”开展关于“mechanism/phosphate ore” “adsorption” “chemical composition”等研究。

d.对比国内和国外刊发论文情况可以发现，在磷矿浮选工艺的研究成果上，国内刊发论文量领先于国际，且研究领域细化，涉及浮选药剂、浮选设备、低品位磷矿浮选、常温浮选、正反浮选等。国际期刊论文在近阶段侧重于浮选理论研究、浮选行为机理分析，如药剂与矿物的吸附机理研究等。