基于燒失量與氧化鋁含量關(guān)系的紅土型三水鋁土礦快速勘查

張榮亮，鞏恩普

(東北大學(xué)，沈陽(yáng) 110819)

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基于燒失量與氧化鋁含量關(guān)系的紅土型三水鋁土礦快速勘查

張榮亮，鞏恩普

(東北大學(xué)，沈陽(yáng) 110819)

文章通過(guò)論述燒失量中的成分與氧化鋁含量之間關(guān)系，建立了LOI與Al2O3的經(jīng)驗(yàn)公式；經(jīng)過(guò)在幾內(nèi)亞某紅土型三水鋁土礦地質(zhì)勘探過(guò)程中實(shí)地驗(yàn)證，該經(jīng)驗(yàn)關(guān)系公式合理。此方法具有較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用性，對(duì)類(lèi)似條件的鋁土礦床現(xiàn)場(chǎng)勘查評(píng)價(jià)具有一定的參考價(jià)值。

紅土型三水鋁土礦；燒失量；氧化鋁含量；快速勘查方法

0 引言

鋁土礦是直接生產(chǎn)氧化鋁的原料，而三水型鋁土礦占整個(gè)鋁土礦資源的90%以上。因此，鋁土礦資源勘探的目標(biāo)是找到含Al2O3高、SiO2等雜質(zhì)低的鋁土礦礦石。在鋁土礦傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查過(guò)程中，礦樣主要采用X熒光光譜分析儀(XRF)或其它化學(xué)分析方法來(lái)測(cè)定樣品的Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2含量，以及通過(guò)馬弗爐焙燒測(cè)定樣品的燒失量(LOI)，其中Al2O3的含量是決定礦石品位的重要數(shù)據(jù)[1]。而每一個(gè)樣品都需要經(jīng)過(guò)采樣、破碎、縮分、燒失量分析和化驗(yàn)分析才能取得樣品的數(shù)據(jù)，除了采樣工作由地質(zhì)勘探部門(mén)完成外，其余工作全部由實(shí)驗(yàn)室完成，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室還要進(jìn)行內(nèi)檢復(fù)查等其他檢驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)很難及時(shí)的傳遞給勘查現(xiàn)場(chǎng)以便指導(dǎo)探礦工作的開(kāi)展。由于XRF及輔助設(shè)備價(jià)格昂貴、并要求特殊的工作環(huán)境和條件，不便在流動(dòng)性大、又常在邊遠(yuǎn)山區(qū)工作的地質(zhì)勘探隊(duì)的隨隊(duì)化驗(yàn)室中配置，而中心實(shí)驗(yàn)室提供分析結(jié)果往往不能及時(shí)保證野外施工的需要；隨著勘探工作的開(kāi)展，需要及時(shí)了解實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果用以指導(dǎo)地質(zhì)勘探隊(duì)開(kāi)展工作，尤其是對(duì)于控制礦體的邊界分析數(shù)據(jù)將起到非常重要的作用。因此，需要尋找一種簡(jiǎn)便的檢驗(yàn)方法，快速判斷出Al2O3的含量數(shù)值來(lái)指導(dǎo)野外地質(zhì)勘查工作。

幾內(nèi)亞的紅土型三水鋁土礦屬于高鋁、低硅、低硫的礦石。筆者在幾內(nèi)亞勘探工作初期，由于在當(dāng)?shù)夭痪邆涞V石分析條件，只有將樣品制成后送回國(guó)內(nèi)分析，取得分析結(jié)果很慢，大大影響了勘探工作進(jìn)度。在對(duì)礦石的物相組成和化學(xué)組成進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)燒失量(LOI)與紅土型三水鋁土礦中的Al2O3存在相關(guān)關(guān)系。因此，提出了利用分析燒失量(LOI)來(lái)推測(cè)Al2O3含量的思路。雖然每個(gè)樣品的全分析結(jié)果仍需要由建立在條件較好地區(qū)的中心實(shí)驗(yàn)室來(lái)完成，但隨著野外勘探隊(duì)的簡(jiǎn)易化驗(yàn)室建立，采用燒失量(LOI)與氧化鋁(Al2O3)含量?jī)烧咧g的關(guān)系及時(shí)指導(dǎo)勘探工作，可大大加快了勘探進(jìn)度。本文將主要論述燒失量(LOI)與氧化鋁(Al2O3)含量?jī)烧咧g的關(guān)系及所建立的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，以及在實(shí)踐中運(yùn)用快捷、簡(jiǎn)單的燒失量分析方法推算出Al2O3的邊界品位來(lái)指導(dǎo)勘探工作。

1 紅土型三水鋁土礦特征

1.1 礦石成分[2-5]

幾內(nèi)亞某紅土型三水鋁土礦礦石組合樣的成分測(cè)定，采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV)、原子吸收光譜儀(AAS)、X熒光光譜分析儀(XRF)等分析設(shè)備來(lái)完成；對(duì)鋁土礦石的主要化學(xué)組成進(jìn)行了定量分析，結(jié)果見(jiàn)表1所述。采用XRD和化學(xué)分析所得鋁土礦石礦物組成如表2所示。

表1 幾內(nèi)亞紅土型三水鋁土礦的化學(xué)成分

表2 幾內(nèi)亞紅土型三水鋁土礦物組成分析結(jié)果

表3 礦石各組成礦物中H2O含量及所占比例

1.2 礦石中含結(jié)晶水的比例

通過(guò)礦石各組成礦物可以計(jì)算出結(jié)晶水的總含量為約21.01%。其中，三水鋁石中含結(jié)晶水為19.11%，占總結(jié)晶水含量的90.95%，詳細(xì)比例如表3、圖1所示。

2 燒失量成分

燒失量(Loss on ignition)是指在一定的高溫條件下，樣品損失的部分占樣品總質(zhì)量的百分比[6]。技術(shù)檢測(cè)方法原理[7]：將試料放入預(yù)先加熱至恒重的坩堝中，在375℃±25℃的高溫爐加熱10分鐘；然后，將坩堝加蓋移至另一個(gè)高溫爐中，在1 075℃±25℃加熱至恒重。燒失量的結(jié)果用原濕存水的量進(jìn)行校正。

燒失量(LOI)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，按以下公式計(jì)算[7]：

w(LOI) =[100×(m1-m2)/m1-H]×100/(100-H)

式中，m1為試料的質(zhì)量(單位：g)；m2為灼燒后試料的質(zhì)量(單位：g)；H為平衡試樣的濕存水量，以百分?jǐn)?shù)表示。

燒失掉的主要成分為礦石中的結(jié)晶水、有機(jī)物和其他如碳酸鹽中CO2等成分。三水鋁石礦物中所含結(jié)晶水為19.11%，占礦石總結(jié)晶水的90.95%，占礦石總燒失量(24.02%)中的近80%，可見(jiàn)三水鋁石礦物中結(jié)晶水與燒失量中確實(shí)存在較好的相關(guān)性，即三水鋁石的含量越高，燒失量(LOI)越高，即結(jié)晶水越多；相對(duì)應(yīng)的，即燒失量(LOI)越高，礦石中的結(jié)晶水就越多，同時(shí)反映出礦石中三水鋁石的含量越高。

圖1 礦石各組成礦物中H2O含量及所占比例Fig.1 Plot showing H2O content and of each mineral in the bauxite ore and its percentage in the mineral

三水型鋁土礦提煉氧化鋁的過(guò)程中，主要是三水鋁石參與低溫(145℃)的拜耳法溶出，雖然鋁針鐵礦和高嶺石中也含有Al2O3，但鋁針鐵礦中的Al2O3在該生產(chǎn)工藝的溫度下不能溶出來(lái)，而高嶺石中的硅將要帶走相應(yīng)的Al2O3[8-9]。

綜上所述，紅土型三水鋁土礦中w(LOI)值的高低能直接反映出礦石品位的高低。

表4 數(shù)據(jù)對(duì)比表

表5 數(shù)據(jù)對(duì)比表

圖2 實(shí)驗(yàn)取得的LOI數(shù)據(jù)與Al2O3含量的關(guān)系圖Fig.2 LOI VS Al2O3 plot (Lab data)

3 LOI與Al2O3關(guān)系式

筆者在幾內(nèi)亞項(xiàng)目前期的施工中，選取了7 857個(gè)數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計(jì)(圖2)，并建立了如下關(guān)系式：

y=10.55e0.056x

式中，y為Al2O3的含量(單位：w(Al2O3)/%)，x為實(shí)驗(yàn)取得的LOI數(shù)據(jù)(單位：w(LOI)/%)。

通過(guò)圖2，驗(yàn)證了LOI能直接反映出Al2O3的高低，也說(shuō)明LOI與Al2O3之間存在的相關(guān)性較好，即LOI越高，氧化鋁越高。該曲線的選擇相對(duì)比原始數(shù)據(jù)來(lái)看，比較靠近數(shù)據(jù)的下限。選擇該曲線的目的是使計(jì)算出的Al2O3數(shù)值盡量小于真實(shí)數(shù)據(jù)，這樣可以確保通過(guò)該關(guān)系式計(jì)算出的Al2O3數(shù)值在指導(dǎo)野外勘探過(guò)程中，不會(huì)因?yàn)橛?jì)算出的Al2O3數(shù)值過(guò)大而增加過(guò)多的無(wú)效進(jìn)尺。

4 驗(yàn)算關(guān)系式可靠性

4.1 計(jì)算數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)對(duì)比

此項(xiàng)對(duì)比主要是按照不同的Al2O3邊界品位為25%、30%、35%、40%、45%來(lái)統(tǒng)計(jì)7 857個(gè)數(shù)據(jù)中符合邊界品位要求的個(gè)數(shù)與通過(guò)關(guān)系式計(jì)算出符合對(duì)應(yīng)品位的個(gè)數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，其結(jié)果如表4、圖3所示。

通過(guò)該對(duì)比可見(jiàn)，計(jì)算出的數(shù)據(jù)隨著邊界品位的不斷提高，偏差的個(gè)數(shù)也隨之增多，這也體現(xiàn)了選擇該擬合曲線的目的，即計(jì)算出的Al2O3數(shù)值盡量小于真實(shí)數(shù)據(jù)。

4.2 計(jì)算數(shù)據(jù)可靠性

該項(xiàng)對(duì)比主要是在不同的Al2O3的邊界品位，在實(shí)際數(shù)據(jù)已經(jīng)符合邊界品位的前提下，統(tǒng)計(jì)出實(shí)際數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)之差大于零的個(gè)數(shù)，統(tǒng)計(jì)出的數(shù)據(jù)既滿(mǎn)足邊界品位的要求，又滿(mǎn)足在擬合曲線以上的要求。該項(xiàng)對(duì)比是為了體現(xiàn)通過(guò)關(guān)系式計(jì)算出的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5、圖4所示。從表5、圖4中可以看出，隨著邊界品位的提高，計(jì)算后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相對(duì)比，其準(zhǔn)確性有明顯的提高。

通過(guò)以上兩項(xiàng)對(duì)比，驗(yàn)證了LOI與Al2O3關(guān)系式是可靠的。

圖3 數(shù)據(jù)對(duì)比表Fig.3 Data comparison

圖4 數(shù)據(jù)對(duì)比表Fig.4 Data comparion

5 勘查應(yīng)用

通過(guò)LOI與Al2O3關(guān)系式，可以計(jì)算出不同邊界品位下LOI的邊界品位如表6所示。

在幾內(nèi)亞后期的勘查過(guò)程中按照計(jì)算公式反推出LOI的邊界品位，通過(guò)對(duì)LOI的分析數(shù)據(jù)可以直觀的先判斷出是否符合Al2O3的邊界品位，然后再通過(guò)該公式計(jì)算Al2O3的含量，以指導(dǎo)野外勘探工作。

利用該種分析方法，幾內(nèi)亞勘探工作了取得了與國(guó)內(nèi)相對(duì)比時(shí)間最短、面積最大、速度最快的勘探成果。

表6 數(shù)據(jù)對(duì)比表

6 結(jié)語(yǔ)

(1)紅土型三水鋁土礦中燒失量LOI與Al2O3之間存在較好的關(guān)聯(lián)性，即LOI的數(shù)據(jù)能反應(yīng)出Al2O3品位的高低。

(2)利用LOI與Al2O3建立起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)公式確實(shí)可以快速的計(jì)算出Al2O3的含量。

(3)可以推廣到其他類(lèi)似的紅土型三水鋁土礦的勘查工作，在預(yù)查階段作為評(píng)價(jià)鋁土礦優(yōu)良的依據(jù)，在詳查和勘探階段可以作為指導(dǎo)地質(zhì)勘查工作控制礦體邊界的方法。

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A simple and fast method for exploration of lateritic gibbsite bauxite based on the relation between LOI and alumina content

ZHANG Rongliang, GONG Enpu

(NortheasternUniversity,Shenyang110819,Liaoning,China)

In this article is discussed the relation between LOI and content of Al2O3, and established an empirical formula according to the relation. The formula is verified by the exploration of a lateriric gibbsite bauxite deposit in Guinea. It is rational and feasible to apply to other similar bauxite deposit,

Lateriric gibbsite bauxite deposit；LOI；Al2O3 content; fast exploration

2015-09-10； 責(zé)任編輯： 王傳泰

張榮亮(1980—)，男，博士研究生，東北大學(xué)資源與土木學(xué)院礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)。通信地址：北京市西城區(qū)西直門(mén)外大街18號(hào)金貿(mào)中心C1座8層，中電投國(guó)際礦業(yè)投資有限公司；郵政編碼：100044；E-mail：zhangrongliang@cpiim.com

10.6053/j.issn.1001-1412.2016.04.017

P618.45，P624.6

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