鋁土礦取樣精密度影響因素與試驗(yàn)分析研究

＊滕懷旭 張曉艷 左玉昊

（中國檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)河北有限公司 河北 060013）

鋁土礦是一種天然礦物。其中主要成分是氫氧化鋁又或是含水的三氧化二鋁，多成白色、灰色、黃色、褐色，外表與黏土相似，又稱做鋁礬土，通常成塊狀，是工業(yè)中提煉鋁金屬的重要原料。鋁土礦通常是指工業(yè)上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物質(zhì)所組成的礦石的統(tǒng)稱[1]。鋁土礦的應(yīng)用領(lǐng)域分為金屬和非金屬兩個(gè)領(lǐng)域，金屬方面，鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁的最佳原材料也是最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，其用量占世界鋁土礦總產(chǎn)量的九成以上。鋁的制備通常通過電解氧化鋁來實(shí)現(xiàn)，通過電解，氧化鋁分解成鋁和氧氣，最終得到純凈的鋁金屬[2]。雖然鋁土礦在非金屬領(lǐng)域的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上金屬領(lǐng)域，但是用途卻十分的廣泛，比如作耐火材料、研磨材料、高鋁水泥的原料、化學(xué)制品等[3]。

鋁土礦采樣精密度是指：按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25945—2010/ISO8685:1992中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行采樣，在95%概率的情況下，所采鋁礬土與被采樣品的真實(shí)質(zhì)量之間的誤差界限。不超過規(guī)定界限，所采鋁土礦樣品就有代表性[4-5]。在日常作業(yè)實(shí)踐中，被采鋁土礦樣品的真實(shí)質(zhì)量是無法預(yù)先知道的，只能用無系統(tǒng)偏差情況下的多次測(cè)定值的平均值來代替真值。按照國標(biāo)GB/T 25949—2010中的方法制備樣品[6]。

1.系統(tǒng)誤差

就實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響來說，取樣對(duì)結(jié)果的影響占80%，制樣對(duì)結(jié)果的影響占15%，化驗(yàn)對(duì)結(jié)果的影響占5%。所以取樣的精密度會(huì)大大影響最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。取樣存在隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差是在測(cè)量或?qū)嶒?yàn)中產(chǎn)生的一種偶然的、隨機(jī)分布的誤差，它的特點(diǎn)是在多次測(cè)量或?qū)嶒?yàn)中，誤差的方向和大小是隨機(jī)的，不具有系統(tǒng)性，系統(tǒng)誤差是指在測(cè)量或?qū)嶒?yàn)中產(chǎn)生的一種偏差，其特點(diǎn)是在多次測(cè)量或?qū)嶒?yàn)中出現(xiàn)相同的方向和大小。與隨機(jī)誤差不同，系統(tǒng)誤差是由于測(cè)量設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法或環(huán)境條件等方面的系統(tǒng)性問題導(dǎo)致的。系統(tǒng)誤差可以對(duì)測(cè)量或?qū)嶒?yàn)結(jié)果產(chǎn)生持續(xù)的影響，因此是需要注意和糾正的[7]。以下是一些可能導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的常見原因：

（1）儀器誤差：儀器本身的設(shè)計(jì)、制造或校準(zhǔn)問題可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的偏差。這可能包括儀器的刻度不準(zhǔn)確、靈敏度變化、零點(diǎn)漂移等。

（2）操作者誤差：操作者在進(jìn)行測(cè)量或?qū)嶒?yàn)時(shí)可能引入偏差，比如讀取儀器時(shí)的讀數(shù)誤差、操作不規(guī)范等。

（3）環(huán)境條件：溫度、濕度、氣壓等環(huán)境條件的變化可能影響儀器的性能，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差。

（4）方法學(xué)問題：使用的測(cè)量方法或?qū)嶒?yàn)方法本身可能存在系統(tǒng)性問題，比如在特定條件下，某種方法的精確性會(huì)受到限制。

（5）樣品準(zhǔn)備：在實(shí)驗(yàn)中，樣品的準(zhǔn)備過程可能引入系統(tǒng)誤差，例如，樣品的不均勻性、樣品的損失等。

（6）數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)的記錄、轉(zhuǎn)換和處理可能引入系統(tǒng)誤差，特別是在使用復(fù)雜的分析方法時(shí)。

糾正系統(tǒng)誤差通常需要對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)、規(guī)范化實(shí)驗(yàn)操作程序、維護(hù)環(huán)境條件的穩(wěn)定性等。系統(tǒng)誤差的存在會(huì)降低測(cè)量或?qū)嶒?yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，因此在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，對(duì)系統(tǒng)誤差的了解和控制至關(guān)重要。

2.校核取樣精密度的方法

日常作業(yè)中直接使用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的取樣精密度或由貿(mào)易雙方規(guī)定，采取一種合理的樹值[8]。使用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的采樣設(shè)備，確保設(shè)備的精度和準(zhǔn)確性。為了獲得數(shù)據(jù)的可靠性，最好是采用多批次同規(guī)格的鋁土礦進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如果批次不足，也可將大批分隔成多個(gè)小批逐個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)要求的最小份樣應(yīng)符合GB/T 25945—2010（ISO8685）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雙倍量的要求，對(duì)于常規(guī)取樣方法，如果份樣的數(shù)量是n，并組成一個(gè)總樣；則實(shí)驗(yàn)要求的最小份樣是2n，并組成兩個(gè)總樣。

從兩個(gè)總樣A和B中制備出一對(duì)平行樣品，以每對(duì)4個(gè)測(cè)量值的形式表示出來，X111,X112,X121,X122與X211,X212,X221,X222。取樣方案如圖1。

圖1 取樣方案圖示

計(jì)算均值并計(jì)算每對(duì)平行測(cè)量值的極差范圍：

計(jì)算每對(duì)平行樣品的均值和極差范圍：

計(jì)算每對(duì)總樣A和B的均值和極差范圍：

圖2為總樣A和B的均值和極差XAB、R3線形圖。

圖2 總樣A和B的均值和極差XAB、R3線形圖

其中k為批量。

3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

把表1中的數(shù)據(jù)帶入計(jì)算，氧化鋁的檢測(cè)結(jié)果%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：

表1 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

平均值為：51.10；最小值為：49.90；最大值為：53.02。

抽樣準(zhǔn)確率的評(píng)估[氧化鋁的%（m/m）]：δM=0.07%；δP=0.17%；δS=0.23%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，取樣精密度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性具有顯著影響，其誤差范圍在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

4.影響取樣精密度的因素

研究鋁土礦取樣精密度對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的影響具有重要的實(shí)際意義。以下是這方面一些影響和相關(guān)觀點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)效率和成本控制：通過提高取樣精密度，可以確保生產(chǎn)過程中所使用的鋁土礦具有更高的質(zhì)量和一致性，從而提高生產(chǎn)效率并降低生產(chǎn)成本。

（2）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性：高質(zhì)量的鋁土礦作為原材料可以確保最終生產(chǎn)的鋁產(chǎn)品具有更穩(wěn)定的質(zhì)量。

（3）環(huán)境可持續(xù)性：通過提高取樣精密度，可以減少因質(zhì)量波動(dòng)而導(dǎo)致的廢料和能源浪費(fèi)。這符合現(xiàn)代工業(yè)對(duì)可持續(xù)性和環(huán)保的追求，有助于減少資源的浪費(fèi)，降低對(duì)環(huán)境的影響。

（4）工業(yè)自動(dòng)化和智能化的支持：高精度的取樣數(shù)據(jù)可以為工業(yè)自動(dòng)化和智能化提供更可靠的基礎(chǔ)。

（5）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力：取樣精密度的提高有助于確保生產(chǎn)的鋁土礦在國際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)在全球市場(chǎng)中的地位。

（6）技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)方向：對(duì)鋁土礦取樣精密度的深入研究可能引發(fā)新的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)方向。新的取樣技術(shù)和方法的應(yīng)用會(huì)帶來更高的效率和更低的成本，推動(dòng)鋁生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。

研究鋁土礦取樣精密度對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的影響關(guān)乎工業(yè)的效率、質(zhì)量、環(huán)境可持續(xù)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等多個(gè)方面。在未來的研究中，可以拓展當(dāng)前論文的研究方向，以深化對(duì)鋁土礦取樣精密度影響的理解，并為實(shí)際應(yīng)用提供更多的支持，有以下幾個(gè)方面：一是新型取樣技術(shù)的應(yīng)用，例如，機(jī)器學(xué)習(xí)算法、傳感器技術(shù)等。二是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，以確保取樣精密度的實(shí)時(shí)控制。三是取樣與生產(chǎn)過程的耦合研究。四是環(huán)境因素對(duì)取樣的影響，如，溫度、濕度、氣壓等。五是大數(shù)據(jù)分析，以更全面地理解取樣精密度的影響因素。六是跨行業(yè)比較研究，為各行業(yè)提供通用或個(gè)性化的取樣優(yōu)化建議。七是可持續(xù)性考慮。八是標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范的推動(dòng)。九是社會(huì)影響評(píng)估。十是多學(xué)科合作。

5.結(jié)論

總而言之，本研究通過對(duì)鋁土礦取樣精密度的實(shí)驗(yàn)研究，揭示了取樣過程在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的顯著影響。這些發(fā)現(xiàn)為鋁土礦領(lǐng)域的研究提供了新的視角，并有望在相關(guān)工業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。未來的研究可進(jìn)一步探索取樣技術(shù)的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)化，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。