周 童，李龍江

(1.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.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，貴州 貴陽 550025；3.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點實驗室，貴州 貴陽 550025)

0 引言

磷石膏是磷酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物，每生產(chǎn)1 t磷酸就會產(chǎn)生5～6 t磷石膏[1]。據(jù)統(tǒng)計，目前全球磷石膏累計堆存量已超過60億t，而我國就有約6億t[2]，約占世界總量的10%。我國的磷礦資源主要分布在四川、貴州、云南等地[3]，磷化工企業(yè)產(chǎn)生的磷石膏中雜質(zhì)較多，故一般采用堆存的方式處置，該方式不僅會造成土地資源的浪費，其中的可溶性有害雜質(zhì)還會污染土壤、水體和大氣[4]。為解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者針對磷石膏的物化性質(zhì)[5]、預(yù)處理方法[6]、堆體污染治理[7]、清潔生產(chǎn)技術(shù)[8]、綜合利用[9]及治理政策[10]等進行了大量研究，取得了一定的成果。磷石膏資源化利用的市場前景十分廣闊，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工、水泥、建材等領(lǐng)域[11]，但我國磷石膏的綜合利用存在利用率低、產(chǎn)能過剩等問題[12]。目前，磷石膏相關(guān)領(lǐng)域已產(chǎn)出大量文獻，但缺乏全面系統(tǒng)的歸納整合，以及對磷石膏研究熱點、研究前沿及其相互聯(lián)系的梳理總結(jié)。

近年來，越來越多的學(xué)者借助科學(xué)知識圖譜分析和掌握某一學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展趨勢。科學(xué)知識圖譜又稱知識圖譜或知識可視化，其通過可視化圖譜可將學(xué)科的整體知識架構(gòu)、發(fā)展歷史、前沿方向及其相互聯(lián)系等形象地展示出來[13]。當(dāng)前，CiteSpace軟件作為科學(xué)知識圖譜分析的一個重要工具[14]，已被廣泛應(yīng)用于情報學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域[15]，它是一款多元、分時、動態(tài)的引文可視化分析軟件，且側(cè)重于分析科學(xué)文獻中蘊含的潛在知識[14,16]。

本文基于文獻計量法中的普萊斯定律和布拉福德定律，借助CiteSpace V知識圖譜分析軟件對1992-2020年期間收錄在中國知網(wǎng)(CNKI)的磷石膏研究領(lǐng)域相關(guān)文獻進行可視化分析，通過對文獻的年度發(fā)文趨勢、作者、機構(gòu)、期刊來源、研究熱點以及發(fā)展方向進行梳理，整理出磷石膏研究領(lǐng)域發(fā)展歷程的清晰脈絡(luò)，以期為磷石膏相關(guān)研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)的學(xué)術(shù)期刊文獻，期刊來源類別選擇SCI期刊、EI期刊和北大核心期刊。以“磷石膏”為主題，檢索時間段為1992-2020年。將所有檢索結(jié)果以RefWorks格式導(dǎo)出保存，對數(shù)據(jù)進行除重、勘誤處理后得到1 357篇文獻。

1.2 研究方法

本文利用CiteSpace V知識圖譜分析軟件，結(jié)合文獻計量法中的普萊斯定律和布拉福德定律對所選數(shù)據(jù)進行可視化分析。

CiteSpace V知識圖譜分析軟件是通過了解某一學(xué)科的發(fā)展歷程，進而快速識別該學(xué)科的發(fā)展趨勢，為確定新的研究方向提供思路。普萊斯定律主要用于分析某一研究領(lǐng)域文獻作者的分布規(guī)律，而布拉福德定律則主要用于分析文獻的分散規(guī)律[17]。

2 磷石膏研究可視化分析

2.1 年度發(fā)文趨勢分析

年度發(fā)文趨勢是衡量某一學(xué)科或研究領(lǐng)域發(fā)展趨勢和成熟度的重要標(biāo)準(zhǔn)。1992-2020年磷石膏研究年度發(fā)文量如圖1所示。由圖1可知，1992-2020年磷石膏學(xué)術(shù)論文數(shù)量整體呈上升趨勢，可將其發(fā)展歷程分為3個階段：1992-1998年為初步探索階段，年發(fā)文量不足10篇；1999-2008年為緩慢增長階段，該階段對磷石膏的研究逐漸深入，但年發(fā)文量仍不超過50篇；2009-2020年為快速增長階段，在該階段，隨著科技的進步以及磷石膏環(huán)境風(fēng)險的顯現(xiàn)，解決磷石膏堆存問題逐步成為學(xué)者研究的熱點，2020年發(fā)文量已達90篇。

作為磷礦資源大省的貴州于2018年下發(fā)了《省人民政府關(guān)于加快磷石膏資源綜合利用的意見》，其中明確指出：為解決磷石膏堆存問題、推動磷化工企業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展，全省全面實施磷石膏“以用定產(chǎn)”[18]。隨著國家針對大宗工業(yè)固廢綜合利用的相關(guān)政策陸續(xù)出臺和落地實施，磷石膏資源化利用研究的熱度將會持續(xù)升溫。

圖1 1992-2020年磷石膏研究年度發(fā)文量

2.2 作者分析

發(fā)文量居前10位的作者見圖2。由圖2可知，趙志曼、楊林、全思臣等是磷石膏研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物。馬晨于2010年發(fā)表的《鹽堿地改良利用技術(shù)研究進展》被引次數(shù)和下載次數(shù)最高，分別為242次和5 240次。由于磷石膏是酸性物質(zhì)，因此將其用于鹽堿地土壤改良可以獲得良好的效果。

圖2 前10位高產(chǎn)作者發(fā)文量

作者合作關(guān)系知識圖譜見圖3，圖中的節(jié)點大小代表發(fā)文量，作者之間的連線表示存在合作關(guān)系，顏色越深代表合作越緊密[19]。由圖3可知，以鐘本和、馬麗萍等為主的作者之間存在密切的合作關(guān)系，說明我國磷石膏研究領(lǐng)域已逐步形成了一定規(guī)模的核心作者群。

2.3 機構(gòu)分析

機構(gòu)分析可以展現(xiàn)磷石膏研究領(lǐng)域中主要科研力量的分布情況。發(fā)文量排名前10位的機構(gòu)見表1。從表1可以看出，昆明理工大學(xué)、貴州大學(xué)、四川大學(xué)、武漢理工大學(xué)和西南科技大學(xué)等在該領(lǐng)域相對具有代表性，這可在一定程度上反映出磷石膏的研究熱度與磷礦資源的分布呈正相關(guān)。

表1 發(fā)文量排名前10位的機構(gòu)

2.4 期刊來源分析

研究與磷石膏相關(guān)論文的期刊來源可以幫助學(xué)者快速找到最合適的發(fā)文陣地。據(jù)CNKI統(tǒng)計，在磷石膏領(lǐng)域發(fā)文量最多的期刊是《化工礦物與加工》，其發(fā)文量為201篇，占總發(fā)文量的14.81%。

布拉德福定律是文獻計量學(xué)的重要定律之一，其將期刊按論文數(shù)量分為核心區(qū)、相關(guān)區(qū)和非相關(guān)區(qū)[17]。核心區(qū)為發(fā)文量較高的期刊集合，其計算公式為R0=2ln(eEY)，其中：R0為核心區(qū)數(shù)量；E為歐拉系數(shù)，取值0.577 2；Y為最大發(fā)文量期刊的載文量[17]。經(jīng)計算得R0=2ln(e0.577 2201)=11.76，按向上取整原則取12，因此核心區(qū)為發(fā)文量排名前12位的期刊集合。統(tǒng)計結(jié)果見圖4。

圖4 核心區(qū)期刊發(fā)文量

由圖4可知，核心區(qū)所有期刊的發(fā)文量總和占總發(fā)文量的56.3%，其中發(fā)文量排名前三的期刊為《化工礦物與加工》《非金屬礦》《無機鹽工業(yè)》，發(fā)文量均超過100篇，是我國磷石膏研究領(lǐng)域的主要發(fā)文陣地。

3 研究熱點及趨勢分析

3.1 研究熱點分析

關(guān)鍵詞是一篇論文研究重點的集中體現(xiàn)，在一定程度上代表了一篇論文的研究方向與中心思想，因此對關(guān)鍵詞進行分析對于掌握研究前沿、預(yù)測發(fā)展趨勢具有重要價值。磷石膏領(lǐng)域關(guān)鍵詞的知識圖譜如圖5所示。

圖5 磷石膏領(lǐng)域關(guān)鍵詞知識圖譜分析

由圖5可知，磷石膏研究領(lǐng)域的關(guān)鍵詞主要有磷石膏、文獻資料、綜合信息、磷建筑石膏、硫酸鈣晶須、硫酸鉀、膠凝材料、粉煤灰、改性磷石膏等。根據(jù)這些關(guān)鍵詞可以將磷石膏研究熱點分為以下3個方面：①資料整合，關(guān)鍵詞“文獻資料、綜合信息”等表明在磷石膏領(lǐng)域有許多學(xué)者對磷石膏信息作整合分析；②綜合利用，關(guān)鍵詞“磷建筑石膏、硫酸鉀、聯(lián)產(chǎn)水泥、緩凝劑、硫酸銨、硫酸鈣晶須”等都是關(guān)于磷石膏的綜合利用，表明磷石膏綜合利用研究已比較深入；③磷石膏性能研究，關(guān)鍵詞“強度、抗壓強度、改性”等表明強度是影響磷石膏綜合利用的一個關(guān)鍵性能指標(biāo)，通過改性優(yōu)化磷石膏性能是提高磷石膏綜合利用率的一種有效方法。

3.2 發(fā)展趨勢分析

研究趨勢主要是在深入研究現(xiàn)狀或在現(xiàn)有研究較為成熟的前提下預(yù)估未來的研究方向，一般通過分析研究前沿預(yù)測發(fā)展趨勢。

磷石膏研究領(lǐng)域突變詞如圖6所示，由圖6可知，關(guān)鍵詞“硫酸鉀”在磷石膏研究領(lǐng)域具有較強的代表性，其影響因子高達15.96，原因是利用磷石膏制取農(nóng)用硫酸鉀是解決我國硫酸鉀緊缺、將固體廢棄物變廢為寶的一條有效途徑[20]；此外，聯(lián)產(chǎn)水泥的研究時間最久，將磷石膏作為化工生產(chǎn)原料制備硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥不僅能使磷石膏中的硫、鈣等資源得到充分利用，還可以降低我國硫磺進口量，從而有效調(diào)節(jié)硫磺市場的價格波動[21]。

由于磷石膏中的雜質(zhì)對磷石膏力學(xué)性能的影響較大，難以滿足建材市場的應(yīng)用要求，因此對磷石膏進行改性以提高磷石膏的力學(xué)性能，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)建筑石膏、紙面石膏板等建筑材料已逐漸成為學(xué)者的關(guān)注重點。

圖6 磷石膏研究領(lǐng)域突變詞表

為揭示各突變詞的變化趨勢，將突變權(quán)重前10位的關(guān)鍵詞按每年的突變頻次進行整理(見表2)，分析突變權(quán)重、突變時間及突變頻次可知，突變詞的變化趨勢可劃分為5種類型：①上升型，如磷建筑石膏、力學(xué)性能的突變權(quán)重大于等于10，且突變頻次呈逐年上升趨勢，表明研究磷石膏的力學(xué)性能并將其應(yīng)用于建材生產(chǎn)是磷石膏研究領(lǐng)域的發(fā)展前沿，引導(dǎo)了未來的研究方向；②下降型，如硫酸鉀、抗壓強度、硫酸鈣晶須和磷礦石等關(guān)鍵詞的突變頻次均出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，表明這些研究方向在先前已有較成熟的研究，后期慢慢淡出研究熱點范圍；③突現(xiàn)型，如納米碳酸鈣，其突變時間短但突變權(quán)重大，說明在過去某一段時期內(nèi)納米碳酸鈣成為了研究熱點，在短時間內(nèi)研究成效高，具有一定的引導(dǎo)作用；④穩(wěn)定型，如制備方法等關(guān)鍵詞的突變時間長，突變頻次的波動相對較小，這類研究主題在今后的研究中仍會有一定的貢獻；⑤消亡型，如文獻資料和綜合信息等關(guān)鍵詞在近幾年突然消失，表明這些研究主題已經(jīng)淡出大眾視野。

表2 1992-2020年突變詞突變權(quán)重及持續(xù)時段

綜上所述，實現(xiàn)改性磷石膏在建材市場等領(lǐng)域的應(yīng)用依然是當(dāng)前乃至未來的研究重點。同時，磷石膏制品的制備方法也將是該領(lǐng)域持續(xù)關(guān)注的主題。如何更好地解決技術(shù)瓶頸、市場開發(fā)、投資效益等協(xié)同問題將是未來提高磷石膏利用率面臨的挑戰(zhàn)。

4 結(jié)論

a.從文獻年度發(fā)文趨勢、作者、機構(gòu)、期刊來源等方面分析可知：自1992年起，學(xué)者對磷石膏的關(guān)注度逐漸升高，研究范圍逐漸擴大，形成了具有一定規(guī)模的核心作者群；研究力度受磷礦資源分布影響，研究機構(gòu)主要為昆明理工大學(xué)、貴州大學(xué)、四川大學(xué)、武漢理工大學(xué)和西南科技大學(xué)等，《化工礦物與加工》《非金屬礦》《無機鹽工業(yè)》為主要發(fā)文陣地。

b.從研究熱點和發(fā)展趨勢分析可知，提高磷石膏性能和綜合利用率依然是未來主要的研究方向。

c.采用經(jīng)濟有效的方法提高磷石膏性能、攻克應(yīng)用難題，在改善磷石膏制品品質(zhì)的基礎(chǔ)上提高市場占有率，是未來磷石膏綜合利用面臨的挑戰(zhàn)。