吳曉麗

（中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里 021400）

對(duì)礦體成分、性質(zhì)的測(cè)定已經(jīng)成為現(xiàn)今礦山開采中的重要內(nèi)容，準(zhǔn)確地測(cè)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(zhì)，確定礦山整體的工業(yè)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。前人對(duì)礦體的測(cè)定，進(jìn)行了從采樣、制樣到化驗(yàn)分析3個(gè)主要過程的各種方法的探索，其中尤為關(guān)鍵的是礦物制樣、化驗(yàn)分析環(huán)節(jié)。根據(jù)前人得出的各個(gè)階段的方法，總結(jié)他們的基本流程、原理及優(yōu)缺點(diǎn)，有助于我們更清晰地認(rèn)識(shí)到針對(duì)不同礦體及實(shí)驗(yàn)環(huán)境下需要采取合適的方法，以得到更有助于提高測(cè)試準(zhǔn)確性的礦物制樣及化驗(yàn)分析結(jié)果。

1 礦物采樣方法及基本流程

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

（1）注意采用點(diǎn)之間的間距，采取合適距離確定采樣點(diǎn)。針對(duì)礦場(chǎng)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(gè)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(shí)際的礦山范圍，確定初步的采樣范圍、采樣數(shù)目及采樣計(jì)劃，進(jìn)一步選取合適的采樣間距，保證合理的采樣點(diǎn)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(diǎn)的選取要落在礦山兩側(cè)及中間部位，針對(duì)傾斜的礦山內(nèi)部位置也要設(shè)置采樣點(diǎn)，以期得到礦山內(nèi)地質(zhì)單元的產(chǎn)狀信息、資源分布情況。采樣點(diǎn)的間距也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，并非一成不變，需要根據(jù)覆蓋區(qū)域的礦山實(shí)際地貌狀況進(jìn)行調(diào)整，如在礦體資源豐富區(qū)域設(shè)置相對(duì)更多的采樣點(diǎn)，根據(jù)地形變化調(diào)整采樣點(diǎn)密度，使得對(duì)礦床的覆蓋具有代表性。

（2）考慮礦石種類、品質(zhì)差異對(duì)采樣點(diǎn)設(shè)置的影響。實(shí)際采樣過程中，根據(jù)對(duì)不同礦體資源調(diào)查需求的不同，需要針對(duì)礦石種類的差異、礦石品質(zhì)差異對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。其原因是在滿足對(duì)礦山詳細(xì)地質(zhì)情況調(diào)查的基礎(chǔ)之上，需要根據(jù)礦體資源對(duì)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(jìn)行重點(diǎn)采樣，以確定礦山的開采價(jià)值及評(píng)估其后續(xù)是否具有足夠的工業(yè)價(jià)值。此外，針對(duì)與目標(biāo)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(jìn)行采樣以了解其特點(diǎn)。

（3）根據(jù)合理工程量確定相應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)目。采樣點(diǎn)的數(shù)目設(shè)置需要在合理的工程量基礎(chǔ)之上設(shè)定，要確保不能影響礦山其他的正常工程的實(shí)施及其進(jìn)度。采樣點(diǎn)數(shù)目的多少直接影響樣品數(shù)量，進(jìn)而影響對(duì)礦山地質(zhì)環(huán)境的認(rèn)識(shí)。如果符合工程施工條件，能進(jìn)行更多的樣品采集工作，增加采樣點(diǎn)數(shù)目是可取的。此外，復(fù)雜多變的礦山環(huán)境往往要求更多的采樣點(diǎn)數(shù)目，多出的采樣點(diǎn)既能保證對(duì)礦山的全面認(rèn)識(shí)，也能作為備用采樣點(diǎn)，使得當(dāng)初次采樣出現(xiàn)不合格的樣品時(shí)，作為補(bǔ)充與對(duì)照。

（4）將符合采樣要求的工程點(diǎn)直接用于采樣。工程點(diǎn)的設(shè)置往往有對(duì)部分因素的要求與采樣點(diǎn)相一致，這時(shí)為了減少采樣點(diǎn)的選取工作量，可將符合采樣點(diǎn)要求的工作點(diǎn)直接作為采樣點(diǎn)。在進(jìn)行采樣時(shí)，要兼顧礦山正在進(jìn)行的開采、勘探等工程的實(shí)施，針對(duì)這些工程點(diǎn)中對(duì)礦石種類、品質(zhì)了解清晰的部分工程點(diǎn)，可將其作為采樣點(diǎn)使用。將符合條件的工程點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，可以大大減少采樣工作量，節(jié)約時(shí)間、提高采樣工作效率；此外，根據(jù)工程點(diǎn)獲得的數(shù)據(jù)，有助于我們獲得采樣點(diǎn)所需的采樣深度等數(shù)據(jù)，前提是將采樣點(diǎn)設(shè)置在天然露頭、完整度較高、易于回復(fù)的勘探工程當(dāng)中。選擇深部采樣點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)置在探槽、淺井等工程中。針對(duì)礦石種類、品質(zhì)差異較大的區(qū)域，應(yīng)該將開采、勘探時(shí)的工程盡量考慮其覆蓋區(qū)的礦石品質(zhì)和種類，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整采樣點(diǎn)的分布、及時(shí)設(shè)置相應(yīng)的采樣點(diǎn)。

（5）對(duì)礦體頂?shù)装鍑鷰r處的采樣點(diǎn)位置選擇。礦體頂?shù)装甯浇膰鷰r應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜、容易造成巖體崩落等情況的出現(xiàn)。因此針對(duì)該種礦體的采樣，應(yīng)盡量避免對(duì)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(shí)施，避免對(duì)開采、勘探等其他工程造成影響。同時(shí)，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(hù)采樣點(diǎn)。

（6）根據(jù)施工、運(yùn)輸環(huán)境考慮采樣點(diǎn)的選取。在確保采樣點(diǎn)分布合理的情況下，選擇運(yùn)輸便利、施工穩(wěn)定、施工環(huán)境安全的地點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，有助于進(jìn)行采樣樣品的運(yùn)輸及保護(hù)、提高采樣效率、保障采樣工作的安全性。此外，針對(duì)采樣點(diǎn)要充分考慮采樣后的運(yùn)輸、儲(chǔ)存問題，在對(duì)采樣點(diǎn)的初始設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)一定冗余的采樣點(diǎn)，避免實(shí)際采樣過程中廢棄樣品過多、采樣點(diǎn)變更頻繁。

1.2 礦物樣品質(zhì)量

（1）礦石的種類及性質(zhì)。礦石種類的不同決定了其性質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)明顯的差異，進(jìn)而也會(huì)導(dǎo)致單位體積的礦石質(zhì)量差異較大。在實(shí)際采樣時(shí)，應(yīng)在保證達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的基礎(chǔ)上，盡量的增多礦物樣品數(shù)量、減少礦物樣品質(zhì)量，從而減少運(yùn)輸工作量。

（2）礦物樣品試驗(yàn)類型。不同的礦物樣品實(shí)驗(yàn)類型對(duì)應(yīng)著不同的實(shí)驗(yàn)方法，從而也需要根據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法要求，選擇合理的礦物樣品質(zhì)量。因此，要先確定合適的實(shí)驗(yàn)類型，了解清楚實(shí)驗(yàn)方法及要求，進(jìn)而在采樣時(shí)對(duì)礦物樣品選擇符合要求的采集質(zhì)量。

（3）規(guī)模和深度的影響。礦山的規(guī)模和深度也對(duì)采樣點(diǎn)的采樣質(zhì)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(zhì)量更大的樣品。

1.3 采樣施工流程

（1）確定采樣位置。采樣時(shí)，要根據(jù)采樣設(shè)計(jì)位置在礦山選擇對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)位置與實(shí)際采樣位置存在明顯偏差時(shí)，會(huì)直接影響樣品的測(cè)試結(jié)果。此外，要著重確保所采樣品符合后續(xù)實(shí)驗(yàn)所需的樣品標(biāo)準(zhǔn)，避免影響化驗(yàn)分析的結(jié)果；對(duì)所采樣品也應(yīng)對(duì)其純度進(jìn)行保證，避免摻入過多的雜質(zhì)，并對(duì)所采樣品進(jìn)行單獨(dú)存儲(chǔ)及管理，不能混合存儲(chǔ)及管理、避免樣品出現(xiàn)丟失，確保所采樣品對(duì)礦山具有代表性，提高采樣質(zhì)量及效率。

（2）對(duì)礦樣的碾碎、篩選、混合、縮分等操作。所采樣品應(yīng)該嚴(yán)格按照碾碎、篩選、混合、縮分幾步操作進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)保證縮分后的礦物質(zhì)量能夠與計(jì)算質(zhì)量相一致，從而提高采樣的代表性。

（3）對(duì)驗(yàn)證、修整礦樣品質(zhì)要求。在開展縮分、稱重等工作前，需要先驗(yàn)證礦樣的品質(zhì)，確保符合采樣初始設(shè)計(jì)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(shí)際礦樣的品質(zhì)，確保其符合初始設(shè)計(jì)要求。當(dāng)實(shí)際礦樣品質(zhì)與初始設(shè)計(jì)所需礦樣品質(zhì)存在明顯差異時(shí)，需要對(duì)礦樣的采集質(zhì)量進(jìn)行適當(dāng)增減，或通過對(duì)符合品質(zhì)要求的區(qū)域選取和增加新的采樣點(diǎn)，重新采集符合要求的礦樣。

（4）對(duì)礦樣的包裝和運(yùn)輸工作。對(duì)于所采礦樣，一般根據(jù)其礦石種類、礦石品質(zhì)及采樣點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一整理，進(jìn)而統(tǒng)一開展包裝、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?，避免混亂。對(duì)礦樣的科學(xué)分類管理，可以幫助我們改善試驗(yàn)效果、避免過多重復(fù)實(shí)驗(yàn)。對(duì)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(yùn)輸；此外，也要在包裝上標(biāo)明樣品信息并確保易于識(shí)別和讀取，樣品信息主要包括礦樣的種類、編號(hào)、采樣點(diǎn)、質(zhì)量等信息[1]。

2 礦物制樣方法及其原理

礦物制樣是進(jìn)行礦物化驗(yàn)分析前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高質(zhì)量的礦物制樣有助于得到更精確的化驗(yàn)分析結(jié)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(cè)試目的、礦物種類、測(cè)試條件及要求進(jìn)行，從而得到對(duì)礦山礦體各類參數(shù)具有代表性的分析試樣。針對(duì)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(zhì)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(duì)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(fù)雜的加工工藝。不同的礦物樣品會(huì)對(duì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)對(duì)不同的礦物樣品測(cè)出其縮分系數(shù)。

在進(jìn)行礦物制樣時(shí)，樣本重（質(zhì)）量分析是個(gè)重要的環(huán)節(jié)。礦物樣品的質(zhì)量受到其性質(zhì)、種類、不同成分含量的影響，不同的礦物樣品往往對(duì)應(yīng)的礦物質(zhì)量也有較大的差異，因此在制備礦物樣品時(shí)，應(yīng)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(duì)礦物樣品進(jìn)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(yàn)樣品，該種方法操作較為簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)適用。為了準(zhǔn)確地反映實(shí)際的礦體情況，需要我們選擇符合實(shí)驗(yàn)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(yàn)分析的地質(zhì)勘查目的、測(cè)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(cè)試樣品?，F(xiàn)在常用的縮分方法，主要依據(jù)的是切喬特經(jīng)驗(yàn)公式。在制備礦物樣品時(shí)，根據(jù)所需的精度不同，可以區(qū)分得到粗碎、中碎、細(xì)碎等不同階段的樣品，同時(shí)每個(gè)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(shí)踐中，應(yīng)以樣品制備原則、縮分操作步驟為根據(jù)嚴(yán)格進(jìn)行，同時(shí)在制樣中應(yīng)最大程度控制污染、耗損，為樣品質(zhì)量提供保障，落實(shí)化驗(yàn)分析準(zhǔn)備工作[3]。

3 礦物化驗(yàn)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(yàn)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(huì)對(duì)應(yīng)不同的光譜范圍，根據(jù)光譜作用的結(jié)果可以準(zhǔn)確地確定礦物樣品中的不同成分及相應(yīng)含量。同時(shí)，該方法也能幫助我們快速測(cè)定礦物樣品中的元素種類，將礦物樣品的主要成分及對(duì)應(yīng)的形成環(huán)境確定并進(jìn)行初步分析。對(duì)礦物樣品的成分分析，主要根據(jù)的是光譜強(qiáng)度及對(duì)應(yīng)的光譜出現(xiàn)情況，根據(jù)該類數(shù)據(jù)的具體值可以對(duì)礦物樣品成分進(jìn)行判斷，幫助提高礦物樣品化驗(yàn)分析的準(zhǔn)確性。定量分析的方法的優(yōu)點(diǎn)是通過光譜版定量分析技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物成分、元素的快速判斷及分析，幫助提高化驗(yàn)分析的測(cè)試效率，使得化驗(yàn)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(yàn)分析方法之一。該方法的不足在于其化驗(yàn)分析結(jié)果仍存在一定的偏差范圍，因此只能作為化驗(yàn)分析當(dāng)中的參考結(jié)果之一。

3.2 定性分析法

定性分析方法作為礦物化驗(yàn)分析的另一重要方法，其基本原理主要是對(duì)礦物制樣進(jìn)行化學(xué)元素分析。在化驗(yàn)分析過程中，定性分析方法必須在定量分析方法進(jìn)行之后進(jìn)行，根本原因在于我們必須通過對(duì)礦物制樣的定量分析得到對(duì)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(shí)際意義的結(jié)果。定性分析方法以光譜分析法為基礎(chǔ)，光譜分析法能夠有效地幫助我們對(duì)礦物樣品中的成分進(jìn)行了解，基于光譜分析法得到的結(jié)果，對(duì)礦物樣品進(jìn)行定性分析能夠提高化驗(yàn)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，與定量分析方法互為補(bǔ)充、提高整體測(cè)試結(jié)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(zhǔn)確性，因此多數(shù)情況下，定性分析方法得到的結(jié)果被作為化驗(yàn)分析的最后結(jié)果。

綜上，光譜定量分析法與定性分析法在準(zhǔn)確性上存在著較大的差異，光譜定量分析法能夠?yàn)槎ㄐ苑治龇椒ㄌ峁┝己玫那疤釛l件，定性分析方法則基于光譜定量分析方法，能夠得到更準(zhǔn)確的礦物樣品的元素及成分含量。結(jié)合兩種方法，我們才能對(duì)礦物制樣得到具有高準(zhǔn)確性的結(jié)果。兩種方法相輔相成、需要結(jié)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(yàn)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(yàn)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(duì)礦物制樣中的分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的衍射結(jié)果，得到礦物樣品中的成分含量及結(jié)構(gòu)特征、了解礦物樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是目前準(zhǔn)確度較高的一種化驗(yàn)分析方法。一般的化驗(yàn)分析過程中，在對(duì)礦物制樣通過光譜定量分析法進(jìn)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(jìn)一步得到更高準(zhǔn)確性的礦物成分及元素測(cè)量結(jié)果。基于上述定量分析與定性分析方法的結(jié)果，我們進(jìn)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(nèi)部的元素種類及相應(yīng)的含量，基于更精確的礦物元素種類及含量結(jié)果，我們才能夠得到更符合實(shí)際情況的礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)并了解其特征。該方法不僅在礦物化驗(yàn)分析中廣泛使用，也被應(yīng)用在對(duì)礦石的質(zhì)量分析當(dāng)中，并且在許多工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用并被證明具有很高的準(zhǔn)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(duì)礦物制樣的表面物理特征進(jìn)行詳細(xì)的分析，針對(duì)的是礦物制樣的表面的物理化學(xué)性質(zhì)而進(jìn)行的分析測(cè)試方法。作為另一種重要的礦物化驗(yàn)分析方法，物相分析法同樣具有較高的準(zhǔn)確性及較大的應(yīng)用范圍，能夠?qū)?yàn)分析提供更多的參考價(jià)值。該方法的基本原理是同一種元素在同一物質(zhì)中的存在方式包括單質(zhì)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(xì)地測(cè)定礦物質(zhì)的含量及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該方法需要根據(jù)所測(cè)礦物樣品的性質(zhì)對(duì)樣品進(jìn)行選擇，不需要對(duì)所有礦物樣品都采取該種測(cè)試方法?；谄渌椒▽?duì)礦物樣品得到的分析結(jié)果，我們可以確定是否需要進(jìn)行物相分析。物相分析的概念就是對(duì)礦物取樣的物理表象進(jìn)行的分析，是對(duì)礦物取樣物理化學(xué)性質(zhì)所呈現(xiàn)出的表相進(jìn)行的分析，物相分析在其應(yīng)用范圍和數(shù)據(jù)提供的準(zhǔn)確性上來看，作為一種極其重要的分析方式出現(xiàn)在化驗(yàn)分析工作中，并對(duì)化驗(yàn)工作的指導(dǎo)意義同樣很重要。站在物理學(xué)的角度分析，同一元素一般情況下可以在同一物質(zhì)中存在，也可以與其他化合物狀態(tài)同時(shí)存在，物相分析正是利用了礦物質(zhì)的這一物理原理、進(jìn)而提高整體的測(cè)試效率[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)從礦物開采到分析所歷經(jīng)的礦物采樣、礦物制樣、化驗(yàn)分析3個(gè)過程的基本原理及方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，著重討論了礦物制樣、化驗(yàn)分析2個(gè)重要環(huán)節(jié)的各種方法及其適用范圍，對(duì)它們所用的不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析。結(jié)合上述內(nèi)容，本文認(rèn)為礦物制樣及其分析對(duì)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(yàn)分析的方法提出，離不開物理、化學(xué)等基本學(xué)科的理論進(jìn)步。