賀 鑫

（金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安）

引言

在經(jīng)濟迅速發(fā)展的大背景下，合理的礦石鑒定方法具有提高礦業(yè)發(fā)展水平的作用。在近幾十年的時間中，地礦部門陸續(xù)研制了數(shù)量十分可觀的巖石、礦石、地球化學(xué)以及海洋地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供了重要依據(jù)[1-2]。一般情況下，對有色金屬礦石進(jìn)行識別，一般觀察其顏色、透明度、解理、反射折光率等指標(biāo)，對其進(jìn)行分類，但是部分礦物在光學(xué)顯微鏡下還是難以分辨出它們的特點，因此必須借助熱分析、微量化分析等方法才能獲得有色金屬礦物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，故開展本次研究。

1 有色金屬礦石鑒定樣品處理與儀器設(shè)備選擇

為了確保后續(xù)利用X 射線熒光光譜分析法對樣品鑒定時的精度，在鑒定前，需要對樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚斯?biāo)樣與實際樣品、實際樣品與實際樣品之間的差別[3]。為能夠使相同的樣品在測定的過程中實現(xiàn)對其主元素、次元素和微量元素的同時測定，在進(jìn)行熔融法處理時，要求熔融稀釋比應(yīng)當(dāng)足夠小，從而確保樣品當(dāng)中所含微量元素具有足夠的靈敏度[4]。

在進(jìn)行熔融處理的過程中，若使用Pt-Au 坩堝進(jìn)行熔融試驗，當(dāng)樣品、溶劑的比例超過1:15 時，會有部分樣品熔融嚴(yán)重，與坩堝內(nèi)壁產(chǎn)生嚴(yán)重粘結(jié)，使得樣品很難脫模[5]。針對這一問題，本文決定采用熱解石墨坩堝用于完成熔融處理，具體的操作步驟如下：第一步：稱取溫度控制在103 ℃～105 ℃范圍內(nèi)進(jìn)行5 h持續(xù)烘干的混合劑，獲取量應(yīng)當(dāng)控制在3.5 g～3.6 g范圍內(nèi)[6]；第二步：同樣獲取溫度控制在103 ℃～105℃范圍內(nèi)進(jìn)行5 h 持續(xù)烘干的樣品，取量為1.25 g；第三步：將得到的材料放入上述選擇的石墨坩堝當(dāng)中，并對其進(jìn)行細(xì)致地混合，直到混合均勻[7]；第四步：將混合后的材料放入溫度已經(jīng)升高的高溫爐當(dāng)中，在800 ℃的溫度下持續(xù)熔融30 min 以上；第五步：待坩堝逐步冷卻后，將坩堝中的熔珠倒出；第六步：將熔珠搗碎，并將其放置在DM-4150 型號的多頭磨樣機上進(jìn)行研磨。研磨的時間應(yīng)當(dāng)控制在20 min 以上。在研磨后可以得到顆粒小于40 μm 的細(xì)粉末[8]；第七步：在不添加粘結(jié)劑的基礎(chǔ)上，使用低壓聚乙烯鑲邊墊底的方式將其壓成樣片；第八步：人工標(biāo)樣，完成對樣品的處理。熔融處理流程如圖1 所示。

圖1 熔融處理流程

通過上述分析得出，處理樣品所需的設(shè)備包括DM-4150 多頭磨樣機、壓片機和高溫爐。選擇DM-4150 型號多頭磨樣機，壓片機選擇25T 型號的實驗室壓片機。壓片機的主要技術(shù)規(guī)格如表1 所示。

表1 有色金屬礦石鑒定所需壓片機技術(shù)規(guī)格

在對處理后的樣品進(jìn)行X 射線熒光光譜分析與鑒定時，所需的設(shè)備包括X 射線熒光光譜儀和計算機等。通過使用X 射線熒光光譜儀來分析樣品中的主要成分，可以在計算機上顯示相應(yīng)的數(shù)值變化曲線和光譜圖。針對不同有色金屬礦石，X 射線熒光光譜分析儀器相關(guān)參數(shù)設(shè)置不同，常見元素在進(jìn)行X 射線熒光譜分析時的儀器條件如表2 所示。

表2 有色金屬礦石元素X 射線熒光光譜分析儀器條件

表2 中TAP 表示酸式鄰苯二酸鉈晶體；C 表示粗狹縫。

2 基于X 射線熒光光譜的元素定性與定量鑒定

X 射線熒光光譜分析的基本原理如下：當(dāng)一個原子受到X 射線或其他粒子激發(fā)時，內(nèi)層電子中會形成一個空穴，由于電離作用，內(nèi)層電子重新排列，使得外層電子填充到內(nèi)層空穴中，釋放出第二個X 射線光子，即X 射線熒光。X 射線是一種電磁波，具有繞射現(xiàn)象、較強的穿透能力、熒光效應(yīng)以及在微弱電磁場中折射率不發(fā)生偏轉(zhuǎn)等特點。當(dāng)一個帶電離子轟擊物質(zhì)時，與該物質(zhì)發(fā)生能量交換，其中部分電子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閄 射線光子的輻射能。X 射線光譜可分為連續(xù)光譜和特征光譜。通過利用X 射線的衍射現(xiàn)象和單色儀對被測元素的特征譜線進(jìn)行光譜分析，可以將它們與大量的譜線分離開來。

利用X 射線熒光光譜分析方法對有色金屬礦石元素進(jìn)行定性鑒定的基本步驟如下：首先，根據(jù)所收集樣本的大小，選擇適當(dāng)?shù)囊暯呛凸饩€條以及相應(yīng)的樣本工具。探測器接收到樣品的衍射光譜，并根據(jù)莫塞萊定律和布拉格定律對2θ 光譜進(jìn)行分析，以確定是否存在異常元素;其次，選擇適當(dāng)?shù)囊晥鰧挾龋ㄍǔ?.5 mm），采用元素分布的方法進(jìn)行分析。通過使用CCD 攝像機對試樣表面進(jìn)行分析，可以檢測到試樣中礦物集區(qū)內(nèi)的異常情況；最后，根據(jù)分析數(shù)據(jù)繪制元素異常分布圖，并與CCD 照片相結(jié)合，以確定礦物所在位置。

對于有色金屬礦石，主要進(jìn)行硫、鈣、錳、鐵、銅、鉛、鋅、鎢、鉬等元素的分析。首先，對樣品進(jìn)行切割、研磨和拋光處理，制備成光滑的光片。接著，根據(jù)分析方法文檔進(jìn)行組分篩選，并制備標(biāo)準(zhǔn)樣品。通過輸入?yún)⒖嘉镔|(zhì)編碼和其組分含量進(jìn)行分析，具體分析流程如圖2所示。

圖2 有色金屬礦石元素分析流程

在鑒別組分的特征信息方面，包括代表性、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、氧化物和元素等方面的內(nèi)容。在實驗參數(shù)選取上，一方面需要確保Ag、Sn、Pd、Cd、In、Te、Sb 等難激發(fā)元素譜線具有足夠的強度，另一方面需要保證儀器的使用壽命?；谟猩饘俚V石元素含量的研究對象，可以選擇工作電壓60 KV、工作電流55 mA 和功率3.2 KW 等相應(yīng)參數(shù)。

3 譜線重迭校正與吸收- 增強效應(yīng)校正

為確保鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性，針對譜線，采用干擾曲線的方法對其進(jìn)行重迭校正。在鑒定前，配置一系列含有干擾元素但不含分析元素的干擾標(biāo)準(zhǔn)。測定并求解出干擾曲線，曲線的函數(shù)表達(dá)式為：

結(jié)合理論影響系數(shù)法進(jìn)行吸收-增強效應(yīng)的校正。目前這種校正方法大多應(yīng)用在硅酸鹽類巖石主元素分析當(dāng)中，很少應(yīng)用在有色金屬礦石分析中。對于有色金屬礦石中微量元素的測定，采用理論影響系數(shù)法實現(xiàn)對吸收-增強效應(yīng)的校正。根據(jù)Sherman 方程、COLA 方程和基本參數(shù)，分別計算能夠滿足不同有色金屬礦石的理論影響系數(shù)。同時計算燒失量對各個分析元素的影響系數(shù)，最后將燒失量的影響系數(shù)消除，通過COLA 方程和迭代方程完成吸收-增強效應(yīng)校正。通過上述方法可提升礦山鑒定的準(zhǔn)確率。

4 實例應(yīng)用分析

為了驗證該方法的實際應(yīng)用可行性，選擇以某礦山采集到的黑鎢和白鎢精礦作為原始實驗樣品，開展實驗測試。由于這類礦樣的均勻性較差，故需對原礦樣進(jìn)行多次破碎，使其縮分達(dá)到均勻性要求。將樣品置于110 ℃的爐子中2 h，除去其中的水分，然后通過200 目的篩網(wǎng)，用球磨機盤式振動式粉碎機進(jìn)行破碎。在測試過程中，為了減少對基質(zhì)的影響，應(yīng)首先采用濾紙法將樣品做薄。在實驗過程中選擇的分析儀器為PW42550 型號散X 光射線熒光光譜分析儀，其主要構(gòu)造包括準(zhǔn)直器面罩、初級鋁箔片和流氣探測器等。針對上述經(jīng)過處理的黑鎢和白鎢精礦樣品，將其分為五組，并分別編號為YS-#01、YS-#02、YS-#03、YS-#04、YS-#05，針對每組進(jìn)行鑒定，對得出的鑒定結(jié)果與實際值進(jìn)行對比，結(jié)合下述公式計算得出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：

若通過計算得出的各組相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 δ的取值能夠控制在0～5%范圍內(nèi)，則說明得到的鑒定結(jié)果具有滿足鑒定所需要求的準(zhǔn)確度和精密度，該鑒定方法具備實際應(yīng)用可行性；反之，若相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 δ未控制在0～5%范圍內(nèi)，則說明該鑒定方法的準(zhǔn)確度無法滿足鑒定所需，該鑒定方法應(yīng)用不可行。根據(jù)上述論述，將五組實驗樣品的鑒定結(jié)果記錄，并得到如表3 所示結(jié)果。

表3 有色金屬礦石鑒定相對標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果記錄

通過本文上述得到的實驗結(jié)果可以看出，應(yīng)用新的鑒定方法后，針對黑鎢和白鎢精礦這一類有色金屬礦石進(jìn)行鑒定，鑒定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差能夠控制在1.00%～2.50%范圍內(nèi)，能夠充分滿足有色金屬礦石鑒定準(zhǔn)確度和精密度要求。因此，通過上述實例應(yīng)用可以證明，本文提出的鑒定方法具備實際應(yīng)用可行性和有效性，同時也證明了X 射線熒光光譜分析法在鑒定當(dāng)中應(yīng)用能夠充分發(fā)揮其作用，提高鑒定方法的應(yīng)用性能。

結(jié)束語

本文上述研究將X 射線熒光光譜分析法應(yīng)用到了對有色金屬礦石的鑒定當(dāng)中，提出了一種全新的鑒定方法。通過將新的鑒定方法應(yīng)用于實際證明，新的鑒定方法得到的鑒定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差能夠控制在2.50%以下，充分滿足有色金屬礦石鑒定精度要求，具備極高的應(yīng)用價值，值得廣泛推廣。在今后的研究中，還將利用X 射線熒光光譜分析方法，對其他不同類型礦石進(jìn)行定性和定量鑒定分析，從而不斷為相關(guān)領(lǐng)域研究人員提供更有利的研究條件。