淺析關于礦物制樣與化驗分析的方法

吳曉麗

（中國黃金集團內蒙古礦業(yè)有限公司，內蒙古 滿洲里 021400）

對礦體成分、性質的測定已經(jīng)成為現(xiàn)今礦山開采中的重要內容，準確地測定礦物樣品的成分、元素種類及含量等信息，有助于我們確定礦物的種類及品質，確定礦山整體的工業(yè)價值及經(jīng)濟價值。前人對礦體的測定，進行了從采樣、制樣到化驗分析3個主要過程的各種方法的探索，其中尤為關鍵的是礦物制樣、化驗分析環(huán)節(jié)。根據(jù)前人得出的各個階段的方法，總結他們的基本流程、原理及優(yōu)缺點，有助于我們更清晰地認識到針對不同礦體及實驗環(huán)境下需要采取合適的方法，以得到更有助于提高測試準確性的礦物制樣及化驗分析結果。

1 礦物采樣方法及基本流程

1.1 采樣點設置

（1）注意采用點之間的間距，采取合適距離確定采樣點。針對礦場采出的礦物樣品，合適的采樣間距起著重要的作用，采樣間距不能過小。過小的采樣間距無法滿足覆蓋整個礦山的采樣需求，或者需要過多的樣品采集，使得采集工作量大大增加、不利于提高采集效率。根據(jù)實際的礦山范圍，確定初步的采樣范圍、采樣數(shù)目及采樣計劃，進一步選取合適的采樣間距，保證合理的采樣點分布，才能保證所采樣品基本代表礦山整體情況。一般來說，采樣點的選取要落在礦山兩側及中間部位，針對傾斜的礦山內部位置也要設置采樣點，以期得到礦山內地質單元的產(chǎn)狀信息、資源分布情況。采樣點的間距也需要根據(jù)實際情況進行調整，并非一成不變，需要根據(jù)覆蓋區(qū)域的礦山實際地貌狀況進行調整，如在礦體資源豐富區(qū)域設置相對更多的采樣點，根據(jù)地形變化調整采樣點密度，使得對礦床的覆蓋具有代表性。

（2）考慮礦石種類、品質差異對采樣點設置的影響。實際采樣過程中，根據(jù)對不同礦體資源調查需求的不同，需要針對礦石種類的差異、礦石品質差異對采樣點進行設計調整。其原因是在滿足對礦山詳細地質情況調查的基礎之上，需要根據(jù)礦體資源對工業(yè)生產(chǎn)的滿足情況，選擇適合工業(yè)生產(chǎn)的礦體資源分布區(qū)域進行重點采樣，以確定礦山的開采價值及評估其后續(xù)是否具有足夠的工業(yè)價值。此外，針對與目標礦體相伴生的其他礦物組分的分布特征及其種類，也需要進行采樣以了解其特點。

（3）根據(jù)合理工程量確定相應的采樣點數(shù)目。采樣點的數(shù)目設置需要在合理的工程量基礎之上設定，要確保不能影響礦山其他的正常工程的實施及其進度。采樣點數(shù)目的多少直接影響樣品數(shù)量，進而影響對礦山地質環(huán)境的認識。如果符合工程施工條件，能進行更多的樣品采集工作，增加采樣點數(shù)目是可取的。此外，復雜多變的礦山環(huán)境往往要求更多的采樣點數(shù)目，多出的采樣點既能保證對礦山的全面認識，也能作為備用采樣點，使得當初次采樣出現(xiàn)不合格的樣品時，作為補充與對照。

（4）將符合采樣要求的工程點直接用于采樣。工程點的設置往往有對部分因素的要求與采樣點相一致，這時為了減少采樣點的選取工作量，可將符合采樣點要求的工作點直接作為采樣點。在進行采樣時，要兼顧礦山正在進行的開采、勘探等工程的實施，針對這些工程點中對礦石種類、品質了解清晰的部分工程點，可將其作為采樣點使用。將符合條件的工程點作為采樣點，可以大大減少采樣工作量，節(jié)約時間、提高采樣工作效率；此外，根據(jù)工程點獲得的數(shù)據(jù)，有助于我們獲得采樣點所需的采樣深度等數(shù)據(jù)，前提是將采樣點設置在天然露頭、完整度較高、易于回復的勘探工程當中。選擇深部采樣點時，應盡量設置在探槽、淺井等工程中。針對礦石種類、品質差異較大的區(qū)域，應該將開采、勘探時的工程盡量考慮其覆蓋區(qū)的礦石品質和種類，實時動態(tài)地調整采樣點的分布、及時設置相應的采樣點。

（5）對礦體頂?shù)装鍑鷰r處的采樣點位置選擇。礦體頂?shù)装甯浇膰鷰r應力狀態(tài)復雜、容易造成巖體崩落等情況的出現(xiàn)。因此針對該種礦體的采樣，應盡量避免對易出現(xiàn)巖體崩落等情況的區(qū)域，保證采樣工程的安全穩(wěn)定的實施，避免對開采、勘探等其他工程造成影響。同時，該類區(qū)域的圍巖采樣往往較為困難，影響因素眾多，因此要全面考慮各類因素的影響，保護采樣點。

（6）根據(jù)施工、運輸環(huán)境考慮采樣點的選取。在確保采樣點分布合理的情況下，選擇運輸便利、施工穩(wěn)定、施工環(huán)境安全的地點作為采樣點，有助于進行采樣樣品的運輸及保護、提高采樣效率、保障采樣工作的安全性。此外，針對采樣點要充分考慮采樣后的運輸、儲存問題，在對采樣點的初始設計時，設計一定冗余的采樣點，避免實際采樣過程中廢棄樣品過多、采樣點變更頻繁。

1.2 礦物樣品質量

（1）礦石的種類及性質。礦石種類的不同決定了其性質也會出現(xiàn)明顯的差異，進而也會導致單位體積的礦石質量差異較大。在實際采樣時，應在保證達到實驗要求的基礎上，盡量的增多礦物樣品數(shù)量、減少礦物樣品質量，從而減少運輸工作量。

（2）礦物樣品試驗類型。不同的礦物樣品實驗類型對應著不同的實驗方法，從而也需要根據(jù)相應的實驗方法要求，選擇合理的礦物樣品質量。因此，要先確定合適的實驗類型，了解清楚實驗方法及要求，進而在采樣時對礦物樣品選擇符合要求的采集質量。

（3）規(guī)模和深度的影響。礦山的規(guī)模和深度也對采樣點的采樣質量有影響。較大的礦山規(guī)模和較深的深度，往往也需要采集質量更大的樣品。

1.3 采樣施工流程

（1）確定采樣位置。采樣時，要根據(jù)采樣設計位置在礦山選擇對應的采樣點。當設計位置與實際采樣位置存在明顯偏差時，會直接影響樣品的測試結果。此外，要著重確保所采樣品符合后續(xù)實驗所需的樣品標準，避免影響化驗分析的結果；對所采樣品也應對其純度進行保證，避免摻入過多的雜質，并對所采樣品進行單獨存儲及管理，不能混合存儲及管理、避免樣品出現(xiàn)丟失，確保所采樣品對礦山具有代表性，提高采樣質量及效率。

（2）對礦樣的碾碎、篩選、混合、縮分等操作。所采樣品應該嚴格按照碾碎、篩選、混合、縮分幾步操作進行作業(yè)，同時保證縮分后的礦物質量能夠與計算質量相一致，從而提高采樣的代表性。

（3）對驗證、修整礦樣品質要求。在開展縮分、稱重等工作前，需要先驗證礦樣的品質，確保符合采樣初始設計要求，在符合要求的情況下才能開展上述工作，為此要通過合適的處理步驟提高實際礦樣的品質，確保其符合初始設計要求。當實際礦樣品質與初始設計所需礦樣品質存在明顯差異時，需要對礦樣的采集質量進行適當增減，或通過對符合品質要求的區(qū)域選取和增加新的采樣點，重新采集符合要求的礦樣。

（4）對礦樣的包裝和運輸工作。對于所采礦樣，一般根據(jù)其礦石種類、礦石品質及采樣點進行統(tǒng)一整理，進而統(tǒng)一開展包裝、運輸?shù)裙ぷ?，避免混亂。對礦樣的科學分類管理，可以幫助我們改善試驗效果、避免過多重復實驗。對礦樣的包裝要求具有良好的穩(wěn)定性并具有防潮功能、便于運輸；此外，也要在包裝上標明樣品信息并確保易于識別和讀取，樣品信息主要包括礦樣的種類、編號、采樣點、質量等信息[1]。

2 礦物制樣方法及其原理

礦物制樣是進行礦物化驗分析前的關鍵環(huán)節(jié)，高質量的礦物制樣有助于得到更精確的化驗分析結果。在礦物制樣環(huán)節(jié)中，破碎、縮分過程需要根據(jù)我們的測試目的、礦物種類、測試條件及要求進行，從而得到對礦山礦體各類參數(shù)具有代表性的分析試樣。針對縮分過程，現(xiàn)今使用最廣的縮分方法基于以下公式：

Q=K×d2

其中，Q為礦樣質量，單位kg；K為縮分系數(shù)；d為最大顆粒直徑，單位mm。

根據(jù)不同的礦樣分析的具體要求，對礦樣加工也有不同的要求。以金礦為例，其在自然環(huán)境中的分布滿足各部分基本相同，但不同區(qū)域的金礦樣品存在不同的延展性，需要采取更復雜的加工工藝。不同的礦物樣品會對應不同的縮分系數(shù)K，在不破壞礦物樣品的情況下，我們需要先通過實驗對不同的礦物樣品測出其縮分系數(shù)。

在進行礦物制樣時，樣本重（質）量分析是個重要的環(huán)節(jié)。礦物樣品的質量受到其性質、種類、不同成分含量的影響，不同的礦物樣品往往對應的礦物質量也有較大的差異，因此在制備礦物樣品時，應盡量減少樣品數(shù)量以避免帶來的誤差。

圖1 一般樣品加工流程

對礦物樣品進行數(shù)次的破碎、縮分，能夠有效地得到具有較高代表性的試驗樣品，該種方法操作較為簡便、經(jīng)濟適用。為了準確地反映實際的礦體情況，需要我們選擇符合實驗規(guī)定所需粒度范圍的、均勻的樣品。因此，我們需要根據(jù)礦物的種類、化驗分析的地質勘查目的、測試環(huán)境及要求來選擇合適的制樣方法，得到符合要求的測試樣品。現(xiàn)在常用的縮分方法，主要依據(jù)的是切喬特經(jīng)驗公式。在制備礦物樣品時，根據(jù)所需的精度不同，可以區(qū)分得到粗碎、中碎、細碎等不同階段的樣品，同時每個階段還可以包括破碎、過篩、混勻等具體步驟。

操作人員在礦物制樣實踐中，應以樣品制備原則、縮分操作步驟為根據(jù)嚴格進行，同時在制樣中應最大程度控制污染、耗損，為樣品質量提供保障，落實化驗分析準備工作[3]。

3 礦物化驗分析方法及其原理

3.1 定量分析法

定量分析方法是最常用的礦物化驗分析方法之一，也叫做光譜半定量分析法。該方法的基本原理是礦物樣品中的成分、含量等在光譜作用中會對應不同的光譜范圍，根據(jù)光譜作用的結果可以準確地確定礦物樣品中的不同成分及相應含量。同時，該方法也能幫助我們快速測定礦物樣品中的元素種類，將礦物樣品的主要成分及對應的形成環(huán)境確定并進行初步分析。對礦物樣品的成分分析，主要根據(jù)的是光譜強度及對應的光譜出現(xiàn)情況，根據(jù)該類數(shù)據(jù)的具體值可以對礦物樣品成分進行判斷，幫助提高礦物樣品化驗分析的準確性。定量分析的方法的優(yōu)點是通過光譜版定量分析技術能實現(xiàn)對礦物成分、元素的快速判斷及分析，幫助提高化驗分析的測試效率，使得化驗分析工作能盡可能快地完成，因而成為目前最廣泛使用地采樣化驗分析方法之一。該方法的不足在于其化驗分析結果仍存在一定的偏差范圍，因此只能作為化驗分析當中的參考結果之一。

3.2 定性分析法

定性分析方法作為礦物化驗分析的另一重要方法，其基本原理主要是對礦物制樣進行化學元素分析。在化驗分析過程中，定性分析方法必須在定量分析方法進行之后進行，根本原因在于我們必須通過對礦物制樣的定量分析得到對礦物成分、元素的基本了解后，才能夠通過定性分析方法得到更有實際意義的結果。定性分析方法以光譜分析法為基礎，光譜分析法能夠有效地幫助我們對礦物樣品中的成分進行了解，基于光譜分析法得到的結果，對礦物樣品進行定性分析能夠提高化驗分析結果的準確性，與定量分析方法互為補充、提高整體測試結果的可靠性。基于以上原理，定性分析方法往往具有更高的準確性，因此多數(shù)情況下，定性分析方法得到的結果被作為化驗分析的最后結果。

綜上，光譜定量分析法與定性分析法在準確性上存在著較大的差異，光譜定量分析法能夠為定性分析方法提供良好的前提條件，定性分析方法則基于光譜定量分析方法，能夠得到更準確的礦物樣品的元素及成分含量。結合兩種方法，我們才能對礦物制樣得到具有高準確性的結果。兩種方法相輔相成、需要結合使用。

3.3 X射線衍射分析

定量分析方法和定性分析方法是化驗分析中的兩種常用的分析方法，除此之外，另一種常用的化驗分析方法是X射線衍射分析法（XRD）。X射線衍射分析法的基本原理是通過X射線對礦物制樣中的分子的內部結構的衍射結果，得到礦物樣品中的成分含量及結構特征、了解礦物樣品的內部結構，是目前準確度較高的一種化驗分析方法。一般的化驗分析過程中，在對礦物制樣通過光譜定量分析法進行初步分析確定其成分及元素種類、含量之后，采用定性分析方法能進一步得到更高準確性的礦物成分及元素測量結果?；谏鲜龆糠治雠c定性分析方法的結果，我們進一步采用X射線衍射分析方法，能夠幫助我們更好地明確礦物內部的元素種類及相應的含量，基于更精確的礦物元素種類及含量結果，我們才能夠得到更符合實際情況的礦體內部結構并了解其特征。該方法不僅在礦物化驗分析中廣泛使用，也被應用在對礦石的質量分析當中，并且在許多工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用并被證明具有很高的準確性。

圖2 氫氧化鈣XRD衍射圖[4]

3.4 物相分析

物相分析法指的是對礦物制樣的表面物理特征進行詳細的分析，針對的是礦物制樣的表面的物理化學性質而進行的分析測試方法。作為另一種重要的礦物化驗分析方法，物相分析法同樣具有較高的準確性及較大的應用范圍，能夠對化驗分析提供更多的參考價值。該方法的基本原理是同一種元素在同一物質中的存在方式包括單質和化合物，物相分析方法能夠根據(jù)元素的存在方式及含量詳細地測定礦物質的含量及內部結構。該方法需要根據(jù)所測礦物樣品的性質對樣品進行選擇，不需要對所有礦物樣品都采取該種測試方法。基于其他方法對礦物樣品得到的分析結果，我們可以確定是否需要進行物相分析。物相分析的概念就是對礦物取樣的物理表象進行的分析，是對礦物取樣物理化學性質所呈現(xiàn)出的表相進行的分析，物相分析在其應用范圍和數(shù)據(jù)提供的準確性上來看，作為一種極其重要的分析方式出現(xiàn)在化驗分析工作中，并對化驗工作的指導意義同樣很重要。站在物理學的角度分析，同一元素一般情況下可以在同一物質中存在，也可以與其他化合物狀態(tài)同時存在，物相分析正是利用了礦物質的這一物理原理、進而提高整體的測試效率[5]。

4 結語

本文對從礦物開采到分析所歷經(jīng)的礦物采樣、礦物制樣、化驗分析3個過程的基本原理及方法進行了詳細的介紹，著重討論了礦物制樣、化驗分析2個重要環(huán)節(jié)的各種方法及其適用范圍，對它們所用的不同方法的優(yōu)缺點進行了總結分析。結合上述內容，本文認為礦物制樣及其分析對礦物開采及后續(xù)加工利用有著重要作用，更新的制樣、化驗分析的方法提出，離不開物理、化學等基本學科的理論進步。