魏友华，周祥全，张佳文，蔡剑辉，方景玲，刘 斌

(1．成都理工大学 数学地质四川省重点实验室，四川 成都 610059；2．成都理工大学地球物理学院，四川 成都 610059；3．中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

基于模糊综合评价法的硫磺矿渣资源评价

魏友华1,2，周祥全1，张佳文3，蔡剑辉3，方景玲3，刘 斌1

(1．成都理工大学 数学地质四川省重点实验室，四川 成都 610059；2．成都理工大学地球物理学院，四川 成都 610059；3．中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

云南省昭通地区镇雄县的土法炼硫，对周边环境造成了严重的污染；此外，其产生的硫磺矿渣中含有铁、钛等有用组分可回收。因此，开展硫磺矿渣综合利用具有环境和资源双重价值。文章采用模糊综合评价法，构建硫磺矿渣资源可利用性评价体系，对镇雄县东部乡镇进行了综合评价。建立三层评价指标体系，选取面积、矿渣重量、矿渣密度等10个指标，构建比较矩阵，划分标准，计算指标等级，最终得到6个乡镇的综合评价值。结果表明：黑树镇在等级评价和综合指数评价中均位列第一，与实际踏勘结果一致，可以作为下一步硫磺矿渣综合利用具有资源优势的示范乡。

硫磺矿渣资源；资源评价；评价指标体系；模糊综合评价

云南省镇雄县东部的黑树、坡头等地堆置了过去数百年以来生产硫磺而废弃的大量硫磺矿渣，这些矿渣污染土地和难以治理，导致了矿渣区生态环境恶劣，森林覆盖率低。同时，硫磺矿渣占用了大量的耕地，其浸出液中有毒有害物质进入耕地和河流，土壤酸化严重，肥力低下，加剧了长江汇水区水质的污染[1]。硫磺矿渣含铁丰富且粒度较细[2]，故很多国家都用它经过一系列选矿工艺处理生产铁精粉，作为炼铁原料[3]，同时硫磺矿渣中还含有钛等有价元素。经中国地质科学院矿产资源研究所组织的初步研究发现镇雄县硫磺矿渣具有提炼铁、钛的潜力，可供再次综合利用，这对当地经济社会可持续发展和构建资源节约型、环境友好型社会具有重要意义[4]。为此，对镇雄县境内的硫磺矿渣资源进行综合评价，厘清镇雄县硫磺矿渣资源可用性，为硫磺矿渣二次资源综合利用提供技术支持。

1 硫磺矿渣资源评价体系分析

1.1 硫磺矿渣资源综合评价指标体系

硫磺矿渣资源综合评价主要涉及硫磺矿渣资源数量、质量等。对硫磺矿渣资源进行综合评价要从整体出发全方位考虑影响因素，按照层次性厘清因素之间的结构关系，并确保每一个指标的独立性，以求用最少的指标反映最全面的问题[5]。另外，在确定指标体系的具体指标时还需要考虑数据采集难度，尽量避免难以采集到数据的指标[6]。根据以上原则选择硫磺矿渣资源综合评价指标，建立三层评价指标体系(图1)。

图1 硫磺矿渣资源评价指标体系

1.2 评价指标权重的确定

硫磺矿渣资源在国内尚属于有待开发的二次资源，对影响其价值和有害性的因素认识还没有形成统一的认识，并且硫磺矿渣资源受其原生矿品质影响较大。因此，作为主客观相结合的层次分析法正好适用于硫磺矿渣这种多目标评价问题的权重确定。

层次分析法一般采用分层建立两两比较矩阵，通常采用T.L.Saaty教授提出的1-9标度表[7]，见表1。

表1 标度的含义

如果参与比较的后者比前者稍微重要，则用3的倒数1/3来刻画，其余标度同理。

设某一个两两比较矩阵为A=(aij)，可采用矩阵A的n个列向量归一化后的算术平均值作为近似权重[8]，即第j个指标的权重见式(1)。

(1)

表2 随机一致性指标

2 模糊综合评价

在实际中，常常需要对一个事物做出评价时要一般都涉及到多个因素(指标)，而这些指标往往具有一定的模糊性，例如硫磺矿渣资源中“矿渣重量”明显是数据越大，评价结果就应该越好，但是评价结果“优”与“良”的界限是模糊的。因此采用模糊综合评价模型作为硫磺矿渣资源综合评价模型。

设U={u1,u2,…,un}为研究对象的n个指标构成的指标集，V={v1,v2,…,vm}为诸指标的m种评价所构成的评价集，在硫磺矿渣资源综合评价中选择“优”、“良”、“中”、“差”四个等级作为评价集。针对评价对象计算属于各评价等级的隶属度，记为B=(b1,b2,…,bm)，其中bi为评价对象对该评价等级vi的隶属度。若bk=max(bi)(i=1,2,…,m)，则按照最大隶属度原则判定该评价对象的评价结果为vk[10]。

对评价等级vi，其隶属度计算模型见式(2)。

(2)

式中：bij为评价指标uj对评价等级vi的隶属度，wj为指标uj的权值。

隶属函数通常采用正态分布来构建。设zj代表评价指标uj的实际值，pi和ci为与评判等级vi对应的参数，采用正态函数构建隶属度函数，见式(3)。

(3)

设xij和xi+1,j分别为评价指标uj对评价等级vi的下界限和上界限。根据正态分布可以推理出当zj=pi时，bij=1，可能性最大；当zj=xij或zj=xi+1,j时，评定因子处于该因子对应两个等级的隶属度函数的交点，得出bij=bi+1,j=0.5，模糊性最大，推出式(4)、式(5)。

(4)

(5)

在硫磺矿渣资源综合评价中，对评价指标uj需要确定三个分界点，即“差”与“中”的分界点x1j、“中”与“良”的分界点x2j和“良”与“优”的分界点x3j。

3 硫磺矿渣资源可利用性综合评价

本次综合评价以镇雄县境内的硫磺矿渣含量较多的黑树、母享、大湾、坡头、花朗乡等东部乡镇的硫磺矿渣为评价对象，以行政镇为评价单元。

3.1 评价数据

本文整理了由踏勘调查的6个地区的地理面积数据，再根据25个采样点的矿渣重量和矿渣密度数据，以及55个样品化验得出的14个种主量元素和44种微量元素的含量数据，得到本次综合评价所用的评价数据(表3)。

3.2 评价参数

按照层次分析法要求采集指标之间立案量比较矩阵。本次硫磺矿渣资源综合评价指标最底层指标仅为10个，可以考虑直接越过中间层，针对最底层的10个指标直接构建两两比较矩阵(表4)。

表3 评价数据汇总表

表4 硫磺矿渣综合评价指标两两比较矩阵

计算得各评价指标权重见表5。再做一致性检验，计算CI=0.87，查表RI=1.49，计算CR=0.058<0.1，表明两两比较矩阵通过一致性检验，指标权重是合理可用的。

结合汇总数据请相关专家制定各指标的等级标准。硫磺矿渣综合评价的各指标的四个等级标准见表6。

表5 指标权重

表6 指标等级划分

注：表中有害杂质“S含量”、“P2O5含量”已经按照新指标值公式进行了极性转换。

3.3 评价结果

将评价数据和参数代入综合评价模型(式(2))得到的综合评价值(表7)。

表7 综合评价结果

按照隶属度最大原则判定黑树镇评价结果为优，母享镇和仁和镇评价结果为良，坡头镇评价结果为中，其余评价对象评价结果为差。

表7中影响评价结果的仅仅只有最大隶属度，其余隶属度信息没有纳入考虑。为更加综合所有隶属度的信息，可以将表7的定性评价结果再做定量化分析。将优良中差分别赋值4、3、2、1，将各评价对象各等级评价结果再次综合得到综合指数，如黑树镇最后综合指数值为：0.096×1+0.150×2+0.342×3+0.483×4=3.354。

将各评价对象按此方法计算得分后排序得表8。

表8 综合指数排序后结果

从表8中可以看出黑树镇的硫磺矿渣资源排名第一，母享镇虽然在等级评价是为良，但根据综合指数排名却在等级为优的坡头镇之上，排名第二。从权重分布和评价数据可以看出权重最大的两个指标“TFe含量”和“TiO2的含量”两者相差不大，但是比母享镇面积小的坡头镇在“矿渣重量”和“矿渣密度”上具有绝对的优势，但从模糊综合评价的数值结果来看，坡头镇虽然在“优”的等级评分中得分略高，但在“良”的等级评分中远低于母享镇。因此，可以认为采用综合指数排序的结果与实际情况更吻合。根据综合指数绘制镇雄各乡镇评价结果如图2所示。

图2 硫磺矿渣资源评价图

4 结 论

本文针对镇雄县硫磺矿渣资源特点建立了综合评价指标体系，以行政乡镇为单位，结合对黑树、母享、大湾、坡头等乡镇进行了综合评价，得出以下结论。

1)硫磺矿渣的指标权重确定不应仅从数据出发，如指标“TFe含量”和“TiO2的含量”的数据离散度不高(表3)，但它们是重要的指标，而指标“地理面积”和“矿渣重量”刚好相反。因此，硫磺矿渣资源的综合评价适合使用主客观结合的层次分析法来确定权重。

2)指标的评价具有模糊性，通过专家意见制定各指标的等级标准，再综合所有隶属度信息，采用综合指数排名，对硫磺矿渣资源的综合评价更准确。

3)本文的评价结果与实际踏勘情况比较吻合(表3)，优选的黑树镇可以作为资源优势典型乡镇尽快开展后续的硫磺矿渣综合利用验证，尽快“变废为宝”。

[1] 刘心中, 杨新春, 董凤芝, 等. 硫酸烧渣综合利用[J]. 金属矿山, 2002(9):51-54.

[2] 张跃, 唐明林, 龚家竹, 等. 硫铁矿生产硫磺尾渣用于建筑涂料的生产研究[J]. 无机盐工业, 2013, 45(1):42-43.

[3] 高晖. 硫铁矿烧渣资源综合利用的研究与实践[J]. 硫酸工业, 2008(5):23-28.

[4] 甘永刚. 安徽某硫铁矿烧渣铁的综合利用研究[J]. 矿产保护与利用, 2013(2):22-25.

[5] 徐友宁, 袁汉春, 何芳, 等. 矿山环境地质问题综合评价指标体系[J]. 地质通报, 2003, 22(10):829-832.

[6] 赵涛, 闫海清, 苏青福. 基于AHP-FCE的氯碱化工生态工业园综合评价[J]. 科学技术与工程, 2011, 11(4):784-790, 797.

[7] 孙成勋, 李红彦, 李润琴, 等. 层次分析法在管理水平综合评价中的应用[J]. 工业技术经济, 2013(9):72-78.

[8] 韩中庚.数学建模方法及其应用[M]. 北京：高等教育出版社, 2009:91-107.

[9] 刘亚静, 毛善君, 姚纪明, 等. 基于层次分析法的煤矿安全综合评价[J]. 矿业研究与开发, 2007, 27(2):82-84.

[10] 谢季坚, 刘承平. 模糊数学方法及其应用[M]. 武汉：华中科技大学出版社, 2000:28-37.

Evaluation of sulfur slag resource based on fuzzy comprehensive evaluation

WEI Youhua1,2, ZHOU Xiangquan1, ZHANG Jiawen3, CAI Jianhui3, FANG Jingling3, LIU Bin1

(1.Geomathematics Key Lab of Sichuan Province, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;2.College of Geophysics, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;3.Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)

Smelting sulfur has caused serious environmental pollution in Yunnan province Zhenxiong country. Besides, sulfur slag contains some recycled components, such as iron (Fe) and titanium (Ti). Comprehensive utilization of sulfur slag must be carried out due to the dual advantage of environmental and resource. The paper put forward a three-layer evaluation system which includes identifying and organizing decision objects, criteria and constraints into a three-layer hierarchy; evaluating pairwise comparisons between the 10 relevant elements at each level of the hierarchy; and the synthesis using the solution algorithm of the results of the pairwise comparisons over all levels. Further, the result gives relative importance of the 6 towns in Zhenxiong country. The results show that Heishu town ranks first both in the rating and comprehensive index evaluation which is consistent with the filed survey. The research results suggest Heishu town to be the model town of comprehensive utilization of sulfur slag.

sulphur slag resource; resources evaluation; evaluation index system; fuzzy comprehensive assessment method

2016-11-17

中国地质调查局地质调查项目资助(编号：12120113086700)；四川省社会科学基地项目资助(编号：SC15E008)

魏友华(1976-)，男，四川绵竹人，副教授，主要从事数学地质、应用数学的研究工作，E-mail:weiyouhua@cdut.cn。

X753

A

1004-4051(2017)05-0088-05