基于知识图谱的磷石膏研究可视化分析*

周 童，李龙江

(1.贵州大学 矿业学院，贵州 贵阳 550025；2.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，贵州 贵阳 550025；3.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州 贵阳 550025)

0 引言

磷石膏是磷酸生产中产生的固体废弃物，每生产1 t磷酸就会产生5～6 t磷石膏[1]。据统计，目前全球磷石膏累计堆存量已超过60亿t，而我国就有约6亿t[2]，约占世界总量的10%。我国的磷矿资源主要分布在四川、贵州、云南等地[3]，磷化工企业产生的磷石膏中杂质较多，故一般采用堆存的方式处置，该方式不仅会造成土地资源的浪费，其中的可溶性有害杂质还会污染土壤、水体和大气[4]。为解决上述问题，国内外学者针对磷石膏的物化性质[5]、预处理方法[6]、堆体污染治理[7]、清洁生产技术[8]、综合利用[9]及治理政策[10]等进行了大量研究，取得了一定的成果。磷石膏资源化利用的市场前景十分广阔，可广泛应用于农业、化工、水泥、建材等领域[11]，但我国磷石膏的综合利用存在利用率低、产能过剩等问题[12]。目前，磷石膏相关领域已产出大量文献，但缺乏全面系统的归纳整合，以及对磷石膏研究热点、研究前沿及其相互联系的梳理总结。

近年来，越来越多的学者借助科学知识图谱分析和掌握某一学科领域的研究热点和发展趋势。科学知识图谱又称知识图谱或知识可视化，其通过可视化图谱可将学科的整体知识架构、发展历史、前沿方向及其相互联系等形象地展示出来[13]。当前，CiteSpace软件作为科学知识图谱分析的一个重要工具[14]，已被广泛应用于情报学等学科领域[15]，它是一款多元、分时、动态的引文可视化分析软件，且侧重于分析科学文献中蕴含的潜在知识[14,16]。

本文基于文献计量法中的普莱斯定律和布拉福德定律，借助CiteSpace V知识图谱分析软件对1992-2020年期间收录在中国知网(CNKI)的磷石膏研究领域相关文献进行可视化分析，通过对文献的年度发文趋势、作者、机构、期刊来源、研究热点以及发展方向进行梳理，整理出磷石膏研究领域发展历程的清晰脉络，以期为磷石膏相关研究提供参考。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

研究数据来源于中国知网的学术期刊文献，期刊来源类别选择SCI期刊、EI期刊和北大核心期刊。以“磷石膏”为主题，检索时间段为1992-2020年。将所有检索结果以RefWorks格式导出保存，对数据进行除重、勘误处理后得到1 357篇文献。

1.2 研究方法

本文利用CiteSpace V知识图谱分析软件，结合文献计量法中的普莱斯定律和布拉福德定律对所选数据进行可视化分析。

CiteSpace V知识图谱分析软件是通过了解某一学科的发展历程，进而快速识别该学科的发展趋势，为确定新的研究方向提供思路。普莱斯定律主要用于分析某一研究领域文献作者的分布规律，而布拉福德定律则主要用于分析文献的分散规律[17]。

2 磷石膏研究可视化分析

2.1 年度发文趋势分析

年度发文趋势是衡量某一学科或研究领域发展趋势和成熟度的重要标准。1992-2020年磷石膏研究年度发文量如图1所示。由图1可知，1992-2020年磷石膏学术论文数量整体呈上升趋势，可将其发展历程分为3个阶段：1992-1998年为初步探索阶段，年发文量不足10篇；1999-2008年为缓慢增长阶段，该阶段对磷石膏的研究逐渐深入，但年发文量仍不超过50篇；2009-2020年为快速增长阶段，在该阶段，随着科技的进步以及磷石膏环境风险的显现，解决磷石膏堆存问题逐步成为学者研究的热点，2020年发文量已达90篇。

作为磷矿资源大省的贵州于2018年下发了《省人民政府关于加快磷石膏资源综合利用的意见》，其中明确指出：为解决磷石膏堆存问题、推动磷化工企业可持续绿色发展，全省全面实施磷石膏“以用定产”[18]。随着国家针对大宗工业固废综合利用的相关政策陆续出台和落地实施，磷石膏资源化利用研究的热度将会持续升温。

图1 1992-2020年磷石膏研究年度发文量

2.2 作者分析

发文量居前10位的作者见图2。由图2可知，赵志曼、杨林、全思臣等是磷石膏研究领域的领军人物。马晨于2010年发表的《盐碱地改良利用技术研究进展》被引次数和下载次数最高，分别为242次和5 240次。由于磷石膏是酸性物质，因此将其用于盐碱地土壤改良可以获得良好的效果。

图2 前10位高产作者发文量

作者合作关系知识图谱见图3，图中的节点大小代表发文量，作者之间的连线表示存在合作关系，颜色越深代表合作越紧密[19]。由图3可知，以钟本和、马丽萍等为主的作者之间存在密切的合作关系，说明我国磷石膏研究领域已逐步形成了一定规模的核心作者群。

2.3 机构分析

机构分析可以展现磷石膏研究领域中主要科研力量的分布情况。发文量排名前10位的机构见表1。从表1可以看出，昆明理工大学、贵州大学、四川大学、武汉理工大学和西南科技大学等在该领域相对具有代表性，这可在一定程度上反映出磷石膏的研究热度与磷矿资源的分布呈正相关。

表1 发文量排名前10位的机构

2.4 期刊来源分析

研究与磷石膏相关论文的期刊来源可以帮助学者快速找到最合适的发文阵地。据CNKI统计，在磷石膏领域发文量最多的期刊是《化工矿物与加工》，其发文量为201篇，占总发文量的14.81%。

布拉德福定律是文献计量学的重要定律之一，其将期刊按论文数量分为核心区、相关区和非相关区[17]。核心区为发文量较高的期刊集合，其计算公式为R0=2ln(eEY)，其中：R0为核心区数量；E为欧拉系数，取值0.577 2；Y为最大发文量期刊的载文量[17]。经计算得R0=2ln(e0.577 2201)=11.76，按向上取整原则取12，因此核心区为发文量排名前12位的期刊集合。统计结果见图4。

图4 核心区期刊发文量

由图4可知，核心区所有期刊的发文量总和占总发文量的56.3%，其中发文量排名前三的期刊为《化工矿物与加工》《非金属矿》《无机盐工业》，发文量均超过100篇，是我国磷石膏研究领域的主要发文阵地。

3 研究热点及趋势分析

3.1 研究热点分析

关键词是一篇论文研究重点的集中体现，在一定程度上代表了一篇论文的研究方向与中心思想，因此对关键词进行分析对于掌握研究前沿、预测发展趋势具有重要价值。磷石膏领域关键词的知识图谱如图5所示。

图5 磷石膏领域关键词知识图谱分析

由图5可知，磷石膏研究领域的关键词主要有磷石膏、文献资料、综合信息、磷建筑石膏、硫酸钙晶须、硫酸钾、胶凝材料、粉煤灰、改性磷石膏等。根据这些关键词可以将磷石膏研究热点分为以下3个方面：①资料整合，关键词“文献资料、综合信息”等表明在磷石膏领域有许多学者对磷石膏信息作整合分析；②综合利用，关键词“磷建筑石膏、硫酸钾、联产水泥、缓凝剂、硫酸铵、硫酸钙晶须”等都是关于磷石膏的综合利用，表明磷石膏综合利用研究已比较深入；③磷石膏性能研究，关键词“强度、抗压强度、改性”等表明强度是影响磷石膏综合利用的一个关键性能指标，通过改性优化磷石膏性能是提高磷石膏综合利用率的一种有效方法。

3.2 发展趋势分析

研究趋势主要是在深入研究现状或在现有研究较为成熟的前提下预估未来的研究方向，一般通过分析研究前沿预测发展趋势。

磷石膏研究领域突变词如图6所示，由图6可知，关键词“硫酸钾”在磷石膏研究领域具有较强的代表性，其影响因子高达15.96，原因是利用磷石膏制取农用硫酸钾是解决我国硫酸钾紧缺、将固体废弃物变废为宝的一条有效途径[20]；此外，联产水泥的研究时间最久，将磷石膏作为化工生产原料制备硫酸联产水泥不仅能使磷石膏中的硫、钙等资源得到充分利用，还可以降低我国硫磺进口量，从而有效调节硫磺市场的价格波动[21]。

由于磷石膏中的杂质对磷石膏力学性能的影响较大，难以满足建材市场的应用要求，因此对磷石膏进行改性以提高磷石膏的力学性能，并将其应用于生产建筑石膏、纸面石膏板等建筑材料已逐渐成为学者的关注重点。

图6 磷石膏研究领域突变词表

为揭示各突变词的变化趋势，将突变权重前10位的关键词按每年的突变频次进行整理(见表2)，分析突变权重、突变时间及突变频次可知，突变词的变化趋势可划分为5种类型：①上升型，如磷建筑石膏、力学性能的突变权重大于等于10，且突变频次呈逐年上升趋势，表明研究磷石膏的力学性能并将其应用于建材生产是磷石膏研究领域的发展前沿，引导了未来的研究方向；②下降型，如硫酸钾、抗压强度、硫酸钙晶须和磷矿石等关键词的突变频次均出现先增大后减小的趋势，表明这些研究方向在先前已有较成熟的研究，后期慢慢淡出研究热点范围；③突现型，如纳米碳酸钙，其突变时间短但突变权重大，说明在过去某一段时期内纳米碳酸钙成为了研究热点，在短时间内研究成效高，具有一定的引导作用；④稳定型，如制备方法等关键词的突变时间长，突变频次的波动相对较小，这类研究主题在今后的研究中仍会有一定的贡献；⑤消亡型，如文献资料和综合信息等关键词在近几年突然消失，表明这些研究主题已经淡出大众视野。

表2 1992-2020年突变词突变权重及持续时段

综上所述，实现改性磷石膏在建材市场等领域的应用依然是当前乃至未来的研究重点。同时，磷石膏制品的制备方法也将是该领域持续关注的主题。如何更好地解决技术瓶颈、市场开发、投资效益等协同问题将是未来提高磷石膏利用率面临的挑战。

4 结论

a.从文献年度发文趋势、作者、机构、期刊来源等方面分析可知：自1992年起，学者对磷石膏的关注度逐渐升高，研究范围逐渐扩大，形成了具有一定规模的核心作者群；研究力度受磷矿资源分布影响，研究机构主要为昆明理工大学、贵州大学、四川大学、武汉理工大学和西南科技大学等，《化工矿物与加工》《非金属矿》《无机盐工业》为主要发文阵地。

b.从研究热点和发展趋势分析可知，提高磷石膏性能和综合利用率依然是未来主要的研究方向。

c.采用经济有效的方法提高磷石膏性能、攻克应用难题，在改善磷石膏制品品质的基础上提高市场占有率，是未来磷石膏综合利用面临的挑战。