自動礦物學新技術BPMA技術及在煤中的應用
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溫利剛，賈木欣，王 清，應 平，趙建軍

(1.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160；2.礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室，北京 100160；3.礦冶過程自動控制技術北京市重點實驗室，北京 100160)

0 引言

我國是世界上產(chǎn)煤和燃煤大國，煤占能源結構的主導地位。煤的主要成分是有機質，任一種類的煤都含有或多或少的無機物成分[1-2]。煤中的無機成分對煤的性質有很大的影響，如煤中的硫化物在燃燒過程中會以硫氧化物等形式釋放出來，污染大氣以至形成酸雨，對環(huán)境造成極大的影響[3-4]。同時，煤作為一種具有還原障和吸附障性能的有機巖和礦產(chǎn)，在特定的地質條件下，可以富集鋰、鈧、鈦、釩、鎵、鍺、硒、鈮、鉭、鈾、稀土元素、貴金屬等戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，甚至形成礦床，資源綜合利用價值極大[5-10]。近年來，隨著煤炭的大量消耗和煤炭資源綜合高效利用的迫切需求，煤的物質組成及主要礦物解離特征越來越受到人們的關注。

近年來，基于掃描電鏡和能譜儀的礦物自動定量檢測技術如QEMSCAN(Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electronic Microscopy，掃描電鏡礦物定量評價系統(tǒng))[11-13]、MLA(Mineral Liberation Analyser，礦物解離分析儀)[14-15]、AMICS(Automated Mineral Identification and Characterization System，礦物表征自動定量分析系統(tǒng))[16-18]等已經(jīng)廣泛應用于稀有、稀土、稀散、金、銀、鉑族、銅、鐵、鉛、鋅、鎢、錫、鉍、鉬、冶金渣等多種難處理樣品和復雜巖體的礦物的自動識別與測量。但由于煤的特殊性和研究方法的局限性，煤的礦物組成、解離特征、嵌布粒度等工藝礦物學參數(shù)的定量化研究一直難以有效解決，基于掃描電鏡和能譜儀的礦物自動分析技術應用于煤的工藝礦物學研究仍鮮有報道。

北京礦冶科技集團有限公司(原北京礦冶研究總院)礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室在礦物自動化定量分析技術領域也取得較大突破，成功研制了國內首個具有自主知識產(chǎn)權的工藝礦物學自動分析儀(BGRIMM Process Mineralogy Analyzer，簡稱BPMA)，展現(xiàn)出良好的應用前景[19-25]。同時，針對煤炭樣品的特點，專門設計研發(fā)了一套新的分析測量模式，建立了一套新的針對煤中礦物自動識別與測量技術[26]。基于此，本文以某原煤粉碎樣品為研究對象，采用BPMA技術研究煤中的礦物組成及含量、主要礦物的嵌布特征、礦物解離度、連生程度、嵌布粒度等工藝礦物學特征，從而為煤的工藝礦物學研究提供技術與理論借鑒。

1 礦物自動分析技術的發(fā)展現(xiàn)狀

礦物學研究的每一個階段都以新技術和新理論的引導為標志，工藝礦物學的研究更是如此，沒有先進的基礎理論指導和先進的測試手段作后盾，工藝礦物學研究難以得到突破[27]?；趻呙桦婄R和能譜儀的礦物自動定量檢測技術的出現(xiàn)和應用，是工藝礦物學研究領域所取得的最大成就[28-29]。這些系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅使礦物組成與含量、礦物解離度、連生程度、礦物嵌布粒度等的測定實現(xiàn)了自動化，同時也使測量結果的準確性和可重現(xiàn)性得到了極大的提高。

20世紀70年代，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO)成功研制出一種自動鑒定礦石中礦物的技術，該技術由X射線能譜確定礦物的成分，由背散射電子(BSE)圖像區(qū)分物相，這便是掃描電鏡礦物定量評價系統(tǒng)(Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electronic Microscopy, 簡稱QEMSCAN)[11-13]。

20世紀90年代，輕元素X射線檢測儀被引入礦物鑒定中，澳大利亞昆士蘭大學Julius Kruttschnitt礦物研究中心(Julius Kruttschnitt Mineral Research Center, JKMRC)顧鷹博士團隊在充分利用背散射電子像區(qū)分礦物相的基礎上成功研制了礦物解離度分析儀(Mineral Liberation Analyzer，簡稱MLA)專業(yè)軟件[14-15]。MLA技術充分利用了掃描電鏡和能譜儀自身的功能，優(yōu)化了掃描電鏡的工作距離，從而得到更加清晰的背散射電子圖像，這為充分利用背散射電子圖像區(qū)分礦物相提供了基礎。

礦物表征自動定量分析系統(tǒng)(Automated Mineral Identification and Characterization System，簡稱AMICS)是繼QEMSCAN和MLA之后新一代的礦物自動分析系統(tǒng)，其工作原理與MLA基本一致，該系統(tǒng)優(yōu)化了能譜布點的方式及其數(shù)量，分析速度和測試精確度均有較大提高，并且采用了全新的圖形處理技術，在MLA的基礎上有較大的改進[16-18]。

隨著礦物自動定量分析系統(tǒng)的相繼出現(xiàn)，人們把應用這樣系統(tǒng)開展的工藝礦物學研究稱為“定量礦物學”(Quantitative Mineralogy)和“自動礦物學”(Automated Mineralogy)[30-34]。

隨著礦業(yè)的發(fā)展和“貧、細、雜”難選礦石的增加，工藝礦物學研究正從定性研究向定量研究、從傳統(tǒng)人工測試向智能自動化測試、從粗糙研究向精細研究、從為礦石選冶服務向為礦山開發(fā)的整個生產(chǎn)流程服務、從易選礦向低品位復雜難處理礦轉變?？梢灶A見，基于掃描電鏡和能譜儀的工藝礦物學參數(shù)自動測定技術必將成為以后工藝礦物學研究的重要手段，充分利用這一技術優(yōu)勢，可以實現(xiàn)礦山生產(chǎn)流程的全流程考察和流程優(yōu)化，建立數(shù)學模型預測選礦指標，為礦產(chǎn)資源高效利用和實現(xiàn)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論與技術支撐。在未來的一段時間內，國內外工藝礦物學研究機構都將會不斷試圖開發(fā)適合本國礦產(chǎn)資源的工藝礦物學參數(shù)測試系統(tǒng)。

2 BPMA技術的基本原理

BPMA技術是北京礦冶科技集團有限公司(原北京礦冶研究總院)礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室結合多年選礦、冶金和工藝礦物學研究成果自主研發(fā)的國內首個具有自主知識產(chǎn)權的工藝礦物學自動分析儀(BGRIMM Process Mineralogy Analyzer，簡稱BPMA)，是一種快速、準確、自動獲取礦物組成及含量、礦物解離度、粒度分布、元素賦存狀態(tài)等礦物參數(shù)的前沿技術和有效手段[20-25]。該系統(tǒng)的成功研制，填補了國內在礦物自動定量分析技術領域的空白，為提高我國礦產(chǎn)資源綜合利用水平和智能高端選冶技術及裝備領域的發(fā)展奠定了堅實的技術基礎。

BPMA由一臺掃描電子顯微鏡(SEM)、一臺或多臺X射線能譜儀(EDS)及一套工藝礦物學自動測試軟件(BPMA)組成(圖1)。BPMA軟件是整個系統(tǒng)的核心，它可以控制掃描電子顯微鏡和能譜儀自動運行，實現(xiàn)樣品自動位移，完成樣品礦物自動分析測試，并實現(xiàn)礦物組成及含量、粒度、解離度、連生程度、元素賦存狀態(tài)等工藝礦物學參數(shù)的自動、快速測試[19-21]。

圖1 工藝礦物學自動分析儀(圖片拍攝于北京科技大學)Figure 1 BGRIMM Process Mineralogy Analyzer

BPMA是一種通過BPMA軟件控制掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜儀(EDS)來自動快速識別礦物種類并計算礦物參數(shù)的技術。其測量原理是通過BPMA軟件控制掃描電子顯微鏡，獲得指定位置的背散射電子(BSE)圖像，采用先進的圖像處理技術精確識別并準確切割點粘連顆粒與線粘連顆粒，并利用能反映物相的成分差別特征的BSE圖像的灰度值來確定顆粒中礦物相的邊界以實現(xiàn)礦物相的精準提取，確定能譜儀點分析位置；然后分別通過掃描電鏡和能譜儀的API函數(shù)自動采集指定位置的能譜實測譜線數(shù)據(jù)；并通過實測礦物能譜譜線與理論礦物能譜數(shù)據(jù)庫或用戶自定義的礦物譜線庫進行匹配以識別礦物，快速對數(shù)以百萬計的能譜數(shù)據(jù)進行準確識別以實現(xiàn)礦物自動識別；最終結合現(xiàn)代圖像分析技術進行計算機自動擬合計算和數(shù)據(jù)處理，整合分析測量得到的信息，計算出樣品的礦物組成與含量、礦物解離度、礦物連生程度、礦石顆粒粒度、礦物粒度、嵌布程度、元素賦存狀態(tài)、礦物品位回收率、元素品位回收率等礦物參數(shù)。

3 BPMA技術在煤中的應用

3.1 BPMA針對煤炭樣品的分析模式

包括QEMSCAN、MLA、AMICS、BPMA等在內的一系列基于掃描電鏡和能譜儀的礦物參數(shù)自動定量分析系統(tǒng)均是自動控制掃描電子顯微鏡和能譜儀在高真空狀態(tài)下進行連續(xù)測量，因此需要樣品表面導電，對于非金屬樣品，需先對樣品的表面進行噴鍍碳導電膜等導電處理以增加樣品導電性，這樣采集的礦物能譜譜線數(shù)據(jù)必然會有C峰的干擾。對于常規(guī)的樣品，在進行能譜譜線數(shù)據(jù)采集或匹配識別礦物的時候，可以進行去C峰處理，不考慮C峰對礦物匹配的影響，這基本上可以滿足對絕大多數(shù)礦物的準確匹配識別；但對于煤炭樣品，樣品中存在大量的炭質組分，再加上樣品的噴碳處理，將會導致除炭質之外的其它實際不含碳元素的礦物相的譜線中混入C峰，尤其是那些面積較小且包裹于炭質內的其它礦物相，因此，必須考慮C峰對炭質組分匹配的影響，同時也必須兼顧煤中除炭質之外的其它礦物的匹配識別。針對上述情況，經(jīng)過反復的測試試驗，最終確定了下述針對煤炭樣品的測量算法，保證了計算精度的同時，提高了計算效率，使BPMA的適用范圍得到有效擴充。

BPMA針對煤炭樣品的分析模式的基本思路是：由于樣品中存在大量的炭質組分，在進行礦物相的能譜匹配的時候，先判斷該相是否為炭質組分，如果不是炭質(即為其它含碳或者不含碳的礦物相)，再進行常規(guī)的分析計算[35]。

通過大量數(shù)據(jù)總結和驗證，最終確定了閾值Kc，作為評判該礦物相是否為炭質的標準：

kc=ec/etotal

(1)

公式(1)中，ec為能譜譜線中C峰計數(shù)，etotal為整個譜線的總計數(shù)。

如果某礦物相譜線kc>Kc，則該相為炭質，否則為其它礦物相。

依據(jù)上述思路，BPMA針對煤炭樣品，采取了單獨的分析模式，流程圖如圖2所示。首先通過自動測量獲取礦物相能譜譜線數(shù)據(jù)，然后計算閾值kc，判斷該相是否為炭質組分：如果是炭質組分則直接判定為炭質，匹配結束；如果不是炭質組分，則進行常規(guī)的譜線匹配。

3.2 實驗條件

BPMA測試在北京礦冶科技集團有限公司礦冶過程自動控制技術國家重點實驗室完成。

圖2 BPMA針對煤炭樣品的能譜匹配流程Figure 2 Energy spectrum matching process for coal samples by BPMA

首先將某0～2.0mm混合粒級的原煤粉碎試樣磨制成粉煤光片，經(jīng)表面噴碳以增加樣品導電性之后，直接對粉煤光片進行BPMA分析測試。本次研究所采用的BPMA礦物自動分析系統(tǒng)由一臺TESCAN VEGA 3 XMU掃描電子顯微鏡(SEM)、一臺Thermo Scientific NORAN System 7 第七代60平方毫米X射線能譜儀(EDS)和一套工藝礦物學參數(shù)自動測量軟件(BPMA 1.0)組成。實驗條件：加速電壓20kV，工作距離15mm，高真空模式。BPMA針對該原煤粉碎試樣的礦物相分解與礦物匹配識別效果見圖3。

a,d-背散射電子圖像; b,e-礦物相分解圖; c,f-BPMA礦物識別結果圖；C-炭質; Cal-方解石; Py-黃鐵礦; Ill-伊利石圖3 BPMA針對原煤粉碎試樣的相分解與礦物識別效果Figure 3 Raw coal crushed sample facies decomposition and mineral identification effect BSE images, segmented images and minerals classified images by BPMA

完成BPMA自動測試之后，利用BPMA軟件驅動掃描電鏡到指定位置，通過SEM-EDS顯微結構原位分析技術分析主要礦物微觀形貌和化學組成特征。

3.3 實驗結果與討論

3.3.1 礦物組成及含量

本文利用BPMA礦物自動測試技術準確地測定了某原煤粉碎試樣中所含的礦物組成及含量，分析結果見表1。結果表明，試樣中除了炭質組分(97.44%)，還有少量的方解石(0.78%)、伊利石(0.47%)、高嶺石(0.35%)、黃鐵礦(0.41%)、石英(0.17%)、正長石(0.10%)、磁黃鐵礦(0.07%)、綠泥石(0.02%)、磁鐵礦(0.01%)，微量的剛玉、磷灰石等礦物。此外，在該原煤試樣中還發(fā)現(xiàn)了微量的輝銀礦、自然銀等銀礦物。

3.3.2 主要礦物的嵌布特征

本文利用BPMA技術在該原煤粉碎試樣中識別和鑒定出的主要物相有炭質組分和少量的方解石、伊利石、高嶺石、黃鐵礦、石英、磁鐵礦及微量的輝銀礦等。利用BPMA軟件驅動掃描電鏡到這些礦物所在的位置，結合掃描電鏡-能譜儀(SEM-EDS)技術，分析其微觀形貌特征和化學組成。

3.3.2.1 炭質

炭質是原煤試樣中含量最多的礦物相，其礦物量約為97.44%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，樣品中炭質主要由C組成，含少量的Ca、S、Na、Mg、Al等，部分顆粒還有Ti、Fe等組分的混入，其平均化學元素組成為C 97.33%、Na 0.14%、Mg 0.11%、Al 0.27%、Si 0.01%、S 0.61%、Ca 1.26%、Ti 0.24%和Fe 0.03%等。

樣品中炭質顆粒大小不一，平均粒徑約0.378mm，小于0.010mm的顆粒約占0.33%，0.074mm以上的顆粒占92.89%，主要呈粗粒嵌布。炭質的單體解離度較低，單體含量約13%，大部分炭質顆粒中包裹有方解石、高嶺石、伊利石、石英、黃鐵礦等礦物相(圖4)。說明該原煤樣品在該磨碎細度下，不含其它雜質礦物的炭質顆粒較少，大部分炭質顆粒內部都包裹有微細粒的礦物顆粒，但這些雜質礦物占顆?？偭康谋戎夭淮?，在10%以內。

表1 原煤試樣的礦物組成BPMA測定結果Table 1 Quantitative mineral composition of raw coal samples by BPMA

a,b,c-網(wǎng)脈狀、不規(guī)則狀的方解石包裹在炭質顆粒中; d-微細粒不規(guī)則粒狀高嶺石、石英、綠泥石等礦物顆粒分布在炭質顆粒中;e-脈狀 伊利石分布于炭質顆粒中; f-脈狀、不規(guī)則狀伊利石分布于炭質顆粒中; g-微細粒脈狀伊利石、高嶺石分布于炭質顆粒中;h-不規(guī)則網(wǎng)脈 狀黃鐵礦集合體分布于炭質顆粒中; i-黃鐵礦、方解石顆粒; j,k-不含或含少量其它礦物的炭質顆粒. 顆粒中的白色條帶代表裂隙圖4 原煤試樣中主要礦物顆粒圖像Figure 4 Raw coal sample main mineral particle images by BPMA

3.3.2.2 方解石

方解石是該原煤樣品中主要礦物之一，其礦物量約為0.78%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，其主要由C、O、Ca等組成，含少量Mg、Mn、Fe等組分，平均化學元素組成為C 11.02%、O 45.85%、Ca 41.09%、Fe 1.51%、Mn 0.22%、Mg 0.31%等。

樣品中的方解石主要以網(wǎng)脈狀、不規(guī)則狀的半自形-它形的不規(guī)則粒狀產(chǎn)出(圖4a，4b，4c)，主要包裹在炭質顆粒中。其平均粒徑約0.052mm，小于0.010mm的顆粒約占11.79%，0.074mm以上的顆粒占24.95%，主要呈中-細粒嵌布。單體解離度很小，單體含量只有約3%，主要集中在0～20%的貧連生體中，約占總量的67%。

3.3.2.3 高嶺石

高嶺石亦稱“高嶺土”“瓷土”，其分子式為Al2Si2O5(OH)4，是一種含水的鋁硅酸鹽。高嶺石是該原煤樣品中主要雜質礦物之一，其礦物量約為0.35%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，樣品中的高嶺石主要由O、Al、Si等組成，含少量的Fe、Ca、Mg等元素，其平均化學元素組成為O 51.81%、Al 22.63%、Si 23.79%、Fe 1.54%、Ca 0.16%、Mg 0.07%等。

樣品中的高嶺石主要呈不規(guī)則粒狀條、帶狀產(chǎn)出(圖4d)，少量為脈狀(圖4g)，主要分布在炭質顆粒中。其平均粒徑0.072mm，小于0.010mm的顆粒占19.82%，大于0.074mm的高嶺石粒有約38.24%，呈中-細嵌布。單體解離度很小，其單體含量只有約5%，主要集中在0-20%的貧連生體中，約占總量的56%。

3.3.2.4 伊利石

伊利石“黏土”礦物是該原煤樣品中主要的硅酸鹽礦物之一，礦物量約為0.47%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，該礦物主要由Si、Al、O、K等組成，含微量Mg、Ca、Ti、Fe等組分的混入，其平均化學元素組成為O 47.62%、Si 30.87%、Al 16.43%、K 2.34%、Mg 0.79%、Ca 0.12%、Ti 0.71%、Fe 1.14%等。

樣品中的伊利石多呈網(wǎng)脈狀、不規(guī)則狀嵌布(圖4e，4f，4g)，部分呈細小鱗片狀產(chǎn)出，平均粒徑0.087mm，小于0.010mm的顆粒占8.89%，0.074mm以上的礦物顆粒占44.81%，主要呈中粒偏細嵌布。單體解離度較小，其單體含量約為17.30%，但是如果加上90%和80%以上的富連生體，其解離度分別為78.94%和85.05%，解離度較高。

3.3.2.5 石英

石英也是原煤樣品中主要礦物之一，礦物量約為0.17%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，其化學組成簡單，主要由Si、O組成，平均化學元素組成為O 52.82%、Si 47.19%。樣品中的石英多呈不規(guī)則粒狀嵌布(圖4d)。平均粒徑0.017 6mm，小于0.010mm的石英顆粒占48.22%，沒有0.074mm以上的顆粒，呈細粒嵌布。

3.3.2.6 黃鐵礦

黃鐵礦是該原煤樣品中含量最多的金屬硫化物，其礦物量為0.41%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，其化學組成簡單，主要由Fe、S組成，其平均化學元素組成為Fe 48.59%、S 51.41%。樣品中的黃鐵礦主要呈膠狀、網(wǎng)脈狀集合體(圖4h，4i)，平均粒徑約0.148mm，小于0.010mm的黃鐵礦顆粒占15.07%左右，大于0.208mm的有約53.68%，粒度分布不集中，呈中粒和細粒兩個粒級嵌布。

3.3.2.7 磁鐵礦

本次測量在該原煤樣品中識別出少量的鐵氧化物礦物(磁鐵礦)，其礦物量為0.01%。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，其主要由Fe、O組成，含少量的Al、Si等組分的混入，平均化學元素組成為Fe 70.23%、O 29.38%、Al 0.30%、Si 0.10%。

3.3.2.8 輝銀礦

本次測量在該原煤樣品中發(fā)現(xiàn)微量的輝銀礦(圖5a，5b)。X射線能譜儀(EDS)分析顯示，其主要由Ag、S組成，平均化學元素組成為Ag 86.46%、S 13.54%。此外，本次研究在該原煤樣品中還發(fā)現(xiàn)微量自然銀(圖5c)。

圖5 原煤試樣中的輝銀礦與自然銀BSE圖像Figure 5 BSE images of argentite and natural silver in raw coal samples

3.3.3 主要礦物解離度與連生程度

礦物解離度研究，是礦石工藝礦物學性質的一項重要內容，礦物解離程度的好壞，直接影響著選礦技術指標。有用礦物(目標礦物)單體解離度達到一定程度時，才能夠獲得有效的分離和富集。礦石經(jīng)過破碎、磨礦等處理之后，根據(jù)粉碎后顆粒的組成特點，可以劃分為單體(顆粒)和連生體(顆粒)2種基本形態(tài)。礦石的組成礦物在破碎、磨礦等外力作用下演變?yōu)閱误w的過程，稱之為礦物解離，某種礦物解離為單體的程度就稱之為該礦物的單體解離度，即某礦物的單體含量與該礦物在樣品中的總量(單體含量與連生體含量之和)之比[36]。

本文利用BPMA技術測定了試樣中炭質、方解石、高嶺石、伊利石“黏土”礦物、石英和黃鐵礦等主要礦物的解離度和連生程度,分析結果見表2和表3。雖然樣品中礦物大多沒有很好解離，解離度統(tǒng)計似乎沒有意義，但通過解離度和礦物連生程度分析可以看出樣品中目標礦物之間，以及目標礦物和其它礦物的連生關系。

表2為樣品中主要礦物解離度分析列表。該表將目標礦物在每一個顆粒中的含量按11個級別統(tǒng)計，例如某個顆粒中黃鐵礦含量為35%，會被統(tǒng)計在黃鐵礦“30

表2 原煤試樣中主要礦物解離度分析Table 2 Disaggregation degree of main minerals in raw coal samples by BPMA

表3是主要礦物連生程度統(tǒng)計表，該表統(tǒng)計了炭質、方解石、高嶺石、伊利石“黏土”礦物、石英和黃鐵礦等主要礦物的單體含量及其分別與炭質、與高嶺石、與方解石、與伊利石“黏土”礦物、與石英、與黃鐵礦、與磁黃鐵礦、磁鐵礦、與其它礦物的礦物連生體的含量。

礦物解離度與連生程度分析結果顯示，該原煤樣品中炭質的單體解離度為12.81%。如果加上其含量在90%和80%以上的富連生體，其解離度分別為96.59%和99.67%。連生狀態(tài)的炭質，主要是和方解石、石英、高嶺石、伊利石、黃鐵礦等連生，和方解石連生的含量為24.89%，和石英連生的含量為20.11%，和高嶺石連生的含量為12.35%，和伊利石連生的含量為10.75%，和黃鐵礦連生的含量為13.82%。

方解石的單體解離度為3.44%。如果加上其含量在90%和80%以上的富連生體，其解離度分別為12.54%和20.99%,解離度不高。連生狀態(tài)的方解

表3 原煤試樣中主要礦物連生程度統(tǒng)計表Table 3 Interlocking parameters of main minerals in raw coal samples by BPMA

石，主要是和炭質連生，少部分和伊利石、黃鐵礦等連生，和炭質連生的含量為94.19%，和伊利石、黃鐵礦連生的含量分別為1.27%和1.07%。

高嶺石的單體解離度為4.57%。如果加上其含量在90%以上的富連生體，其解離度為35.56%，解離度不高。連生狀態(tài)的高嶺石，主要是和炭質連生，少部分與方解石、石英等礦物連生，和炭質連生的含量為77.09%，和方解石、石英連生的含量分別為13.07%和4.05%，和伊利石連生的含量約為0.86%。

伊利石“黏土”礦物的單體解離度為17.30%。如果加上其含量在90%和80%以上的富連生體，其解離度分別為78.94%和85.05%，解離度較高。連生狀態(tài)的伊利石，主要是和炭質連生，少量和方解石、黃鐵礦等礦物連生，和炭質連生的含量為67.67%，和方解石、黃鐵礦連生的含量分別為5.50%和4.44%，和高嶺石連生的含量約為1.35%，和石英連生的含量為0.56%。

石英的單體解離度為11.50%。如果加上其含量在90%和80%以上的富連生體，其解離度分別為15.52%和18.03%，解離度很低。連生狀態(tài)的石英，主要是和炭質連生，少量和伊利石等礦物連生，和炭質連生的含量為86.86%，和伊利石連生的含量為1.53%，和高嶺石連生的含量約為0.05%。

黃鐵礦的單體解離度為2.94%。如果加上其含量在90%和80%以上的富連生體，其解離度分別為6.90%和8.42%，解離度非常低。連生狀態(tài)的黃鐵礦，主要是和炭質、方解石以及磁黃鐵礦、磁鐵礦等金屬礦物等礦物連生，和炭質連生的含量為76.03%，和方解石連生的含量為10.12%，和磁黃鐵礦、磁鐵礦等金屬礦物連生的含量約為10.77%。

3.3.4 嵌布粒度分析

礦物的顆粒和粒度，在礦石工藝礦物學研究中占有突出的地位，礦物嵌布粒度的大小直接影響選礦方法和工藝流程的選擇，通過對礦物嵌布粒度的分析，可以預測一定磨礦細度下可能達到的單體解離，并由此確定有用礦物實現(xiàn)解離所需要的最佳磨礦細度[37]。

本文利用BPMA技術測定了試樣顆粒粒度和主要礦物粒度分布特征，分析結果見表4和表5。與以往的拉線法等傳統(tǒng)統(tǒng)計方法不同，本文礦物粒徑用BPMA中的“Clamp 橢圓短徑”參數(shù)法統(tǒng)計。BPMA中的“Clamp 橢圓短徑”參數(shù)法是用兩條平行的直線旋轉不同的角度去夾一個礦物顆粒，從而得到該顆粒的最大徑長(最大夾長)，再根據(jù)該礦物顆粒最大夾長和面積計算出對應的橢圓短徑。

表4是試樣顆粒粒度統(tǒng)計表,該表統(tǒng)計了試樣顆粒(每個顆粒不論由一個礦物或幾個礦物組成)的粒度分布情況。結果顯示，該原煤樣品中大于0.074mm的顆粒的含量為92.87%；小于0.010mm的顆粒的含量為0.30%，主要呈粗粒嵌布。

表4 原煤試樣的顆粒粒度統(tǒng)計表Table 4 Statistics of dissemination grain size of mineral particles in raw coal samples by BPMA

表5是試樣主要礦物粒度統(tǒng)計表，該表統(tǒng)計了試樣中炭質、高嶺石、伊利石、方解石、石英和黃鐵礦等主要礦物的粒度分布情況。結果顯示，該原煤樣品中炭質、黃鐵礦、伊利石、高嶺石、方解石、石英大于0.074mm的礦物含量分別為92.89%、53.68%、44.81%、38.24%、24.95%和0.00%；小于0.010mm的礦物含量分別為0.33%、15.07%、8.89%、19.82%、11.79%和48.22%。可以看出，炭質主要呈粗粒嵌布，黃鐵礦主要呈中粗粒和細粒兩端元粒級嵌布，高嶺石、方解石主要呈中-細粒嵌布，伊利石主要呈中粒偏細嵌布，石英主要呈細粒嵌布。

表5 原煤試樣中主要礦物粒度統(tǒng)計表Table 5 Statistics of dissemination grain size of main minerals in raw coal samples by BPMA

4 結論

(1)BPMA技術作為國內首個具有自主知識產(chǎn)權的工藝礦物學自動分析技術，是一種礦物自動定量檢測的前沿技術與有效手段，可以快速、準確測定原煤試樣的礦物組成及含量、礦物解離特征、連生程度、嵌布粒度等工藝礦物學參數(shù)。

(2)該原煤試樣中除了炭質組分以外，還存在少量的方解石、高嶺石、伊利石、黃鐵礦、石英、正長石、磁黃鐵礦、綠泥石、磁鐵礦，微量的剛玉、磷灰石、輝銀礦、自然銀等礦物。試樣中不含雜質礦物的炭質顆粒較少，大部分炭質顆粒內部都包裹有微細粒的方解石、高嶺石、伊利石、石英、黃鐵礦等其它礦物。

(3)本文將BPMA技術應用于原煤的工藝礦物學參數(shù)的自動定量研究，為煤的工藝礦物學信息提取提供了一套操作簡單、結果可靠的分析方法，填補了該方面研究的不足，從而為煤的精細加工與資源利用提供技術與理論借鑒。