李 虎

(南京寶地梅山產(chǎn)城發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

對(duì)于礦產(chǎn)勘探開(kāi)采行業(yè)來(lái)說(shuō)，檢化驗(yàn)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，提高工作生產(chǎn)效率的關(guān)鍵是即時(shí)獲取可靠的數(shù)據(jù)，快速準(zhǔn)確的進(jìn)行勘查、巖芯檢測(cè)、開(kāi)采過(guò)程控制等。將樣品送至遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)室檢測(cè)，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且成本昂貴。手持式礦石分析儀重量輕、精度高、性能可靠，可使礦物元素的分析工作變得格外便捷，可廣泛應(yīng)用于勘探開(kāi)采過(guò)程中各階段的礦樣成分分析。

1 儀器簡(jiǎn)介

便攜式礦石元素分析儀全稱(chēng)為 X 射線(xiàn)熒光光譜( XRF) 分析儀，可同時(shí)分析30多種元素，準(zhǔn)確度高，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)樣品進(jìn)行化學(xué)組成成分分析，如礦石表面、勘探鉆孔巖芯等，通過(guò)實(shí)時(shí)多重采樣，可直接評(píng)估礦石級(jí)別，及時(shí)獲得結(jié)果，不但節(jié)約操作時(shí)間和化驗(yàn)成本，而且可直接指導(dǎo)井下地質(zhì)生產(chǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)的化驗(yàn)室檢測(cè)，具有便攜、多元素分析、無(wú)損檢測(cè)、快速分析、精度可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于勘探、找礦、選礦、礦產(chǎn)評(píng)估、環(huán)保監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域[1]。

便攜式礦石元素分析儀元素分析有3種模式：土壤模式、礦石Cu/Zn模式、礦石Ta/Hf模式。礦石模式用于測(cè)量其中某元素含量大于0.5%的樣品，土壤模式適用于測(cè)量含量低于0.5%的元素。當(dāng)樣品中含有多種元素，其中一種元素含量超過(guò)0.5%，則最好使用礦石模式進(jìn)行分析，這是由于礦石模式是采用基本參數(shù)法(FP法)進(jìn)行校正的，能夠?qū)⒏鱾€(gè)元素之間的干擾最大限度的排除，即使所關(guān)心元素濃度較低，但背景元素含量高也要選擇礦石模式。將礦石模式分為礦石Cu/Zn模式、礦石Ta/Hf模式兩種，是因?yàn)樵赬射線(xiàn)熒光光譜中，Cu/Zn與Ta/Hf的峰是重疊的，手持式儀器無(wú)法對(duì)他們做出區(qū)分。因此，要根據(jù)樣品中是否含有Ta/Hf來(lái)選擇不同的模式。

2 儀器校正

一般未校準(zhǔn)儀器的測(cè)試結(jié)果也能夠提供足夠的精度，但是在需要更高精確的結(jié)果時(shí)，需要對(duì)儀器進(jìn)行校正，確保檢測(cè)結(jié)果在允許的誤差范圍內(nèi)。本次梅山鐵礦樣品測(cè)試主要使用礦石Cu/Zn模式，經(jīng)過(guò)校正后的梅山鐵礦檢測(cè)參數(shù)y=1.005 5x-0.428 6，R2=0.978 3(圖1)。

圖1 校正后的分析儀參數(shù)

儀器校正和樣本測(cè)試需要注意以下幾點(diǎn)：①樣品均勻性，不均勻的樣品在不同點(diǎn)上的元素濃度是不同的，需要通過(guò)多次測(cè)量結(jié)果取平均值；②第二樣本必須覆蓋分析儀的窗口(分析儀檢測(cè)窗口直徑約2 cm)，這是因?yàn)閄射線(xiàn)發(fā)射以及接收反射熒光的窗口位于分析儀前端，使樣品接近并覆蓋住主要輻射束，防止輻射散射；③為確保數(shù)據(jù)的可靠性，樣本必須具有足夠的厚度，確保X射線(xiàn)不會(huì)穿透樣本，金屬或土壤樣本厚度至少要達(dá)到5 mm，塑料和一般聚合物樣品至少要達(dá)到1 mm，同時(shí)應(yīng)保證所有堆疊起來(lái)的樣品成分一樣；④測(cè)試時(shí)間能夠影響檢測(cè)限和精度，其長(zhǎng)短由用戶(hù)設(shè)置。為獲得最佳效果，每個(gè)濾光片都設(shè)置為30 s或以上。經(jīng)實(shí)際測(cè)試30 s結(jié)果與60 s結(jié)果平均誤差不到0.1個(gè)百分點(diǎn)(表1)，影響不大，對(duì)于梅山鐵礦礦石樣品的分析，設(shè)置30 s即可[2]。

表1 礦樣測(cè)試結(jié)果對(duì)照表

3 在梅山鐵礦中的應(yīng)用

梅山鐵礦為大型地下盲礦體，主礦體埋藏深度約100～400 m。礦體直接頂板為輝石安山巖，礦體的直接底板為輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖，礦體中間厚而富，邊部分枝變薄變貧，富礦在礦體中呈瘤狀、透鏡狀及似層狀，多分布礦體中上部，貧礦主要在礦體下部或邊部。上部礦體礦巖邊界線(xiàn)清晰可見(jiàn)，下部礦體礦巖邊界線(xiàn)相對(duì)模糊，礦石和圍巖交錯(cuò)分布，靠近邊界處礦石品位波動(dòng)較大，已有的刻槽采樣數(shù)據(jù)已不能夠滿(mǎn)足，需要對(duì)波動(dòng)較大區(qū)域進(jìn)行勘探鉆孔和樣品補(bǔ)充，及時(shí)察看迎頭品位狀況及礦石質(zhì)量狀況[3]。

3.1 迎頭品位測(cè)量

隨機(jī)從井下采取18個(gè)迎頭試樣進(jìn)行測(cè)量，樣品選取包含了貧礦和富礦，確保樣品不連續(xù)集中。每個(gè)迎頭測(cè)量數(shù)據(jù)不少于3組，每次測(cè)量單個(gè)元素時(shí)間不少于30 s，并與化驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比(表2)。

表2 井下迎頭品位測(cè)試對(duì)比結(jié)果

由表2可知，儀器測(cè)試結(jié)果與試驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果平均誤差在±2個(gè)百分點(diǎn)以?xún)?nèi)，樣品品位為20%～50%相差不大，誤差范圍不隨礦石品位的高低不同而變化，礦石分析儀的結(jié)果較可靠。

3.2 勘探鉆孔巖芯測(cè)量

應(yīng)用便攜式礦石元素分析儀測(cè)量勘探鉆孔巖芯樣，測(cè)量工作前需清理巖芯上的雜物，確保巖芯表面均勻平整，按設(shè)定的工程間距進(jìn)行礦石鐵品位測(cè)量。為保證樣品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一般測(cè)量3遍，取平均值。當(dāng)單個(gè)或多個(gè)巖芯樣測(cè)量完畢后，通過(guò)儀器底部的USB端口將測(cè)試的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较嚓P(guān)軟件中，根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)修訂礦體邊界，修訂完成的礦體邊界運(yùn)用surpac軟件修訂礦體模型(圖2)。使用礦石元素分析儀測(cè)量勘探鉆孔巖芯數(shù)據(jù)，對(duì)于波動(dòng)變化區(qū)域可以更加直觀(guān)的看到礦石(或夾石)的厚度，供后期采礦設(shè)計(jì)使用；還可以減少采樣、送樣、制樣、化驗(yàn)等環(huán)節(jié)，節(jié)約成本、提高工作效率、減少環(huán)境污染[4]。

圖2 修正后的礦體模型

3.3 開(kāi)采過(guò)程控制

截止品位是指無(wú)底柱分段崩落法在放礦過(guò)程中最后一次放出礦石的品位，是一個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)管理指標(biāo)。地下礦山在礦石開(kāi)采過(guò)程中，如何控制好截止品位非常重要，一般等待化驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果耗時(shí)耗力，影響采礦生產(chǎn)；依靠有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員目測(cè)，數(shù)據(jù)誤差大、缺乏統(tǒng)一性。使用礦石元素分析儀可以彌補(bǔ)上述兩種方法的缺點(diǎn)，及時(shí)得出可靠的測(cè)試結(jié)果，作為控制截止品位依據(jù)。此外，鐵礦石中硫、磷屬于有害元素，硫產(chǎn)生熱脆性，使鋼的可焊性、沖擊韌性、耐疲勞性和抗腐蝕性等降低，磷含量增加會(huì)顯著加大鋼材的冷脆性。使用便攜式礦石元素分析儀還可監(jiān)測(cè)硫、磷的含量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)高硫、高磷含量的礦石區(qū)域，及時(shí)采取措施降低進(jìn)入選礦工藝中的有害成分含量；多元素同時(shí)測(cè)量還能發(fā)現(xiàn)礦石中的一些稀有微量元素，為礦山多金屬勘查提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5]。

4 結(jié) 論

(1)便攜式礦石元素分析儀可同時(shí)分析30多種元素，與試驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比，準(zhǔn)確度高，快速便捷。其元素分析有土壤模式、礦石Cu/Zn模式、礦石Ta/Hf模式3種。

(2)經(jīng)校正后的便攜式礦石元素分析儀用于井下迎頭測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與試驗(yàn)室化驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差在±2個(gè)百分點(diǎn)以?xún)?nèi)，符合測(cè)定要求。

(3)應(yīng)用于勘探鉆孔巖芯測(cè)量，可直接得出結(jié)果，減少了采樣、送樣、制樣、化驗(yàn)等環(huán)節(jié)，可節(jié)約成本，提高效率，減少環(huán)境污染。

(4)礦石元素分析儀能控制截止品位，便于發(fā)現(xiàn)礦石中高硫、高磷的區(qū)域，及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)。