浅析关于矿物制样与化验分析的方法

吴晓丽

（中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古 满洲里 021400）

对矿体成分、性质的测定已经成为现今矿山开采中的重要内容，准确地测定矿物样品的成分、元素种类及含量等信息，有助于我们确定矿物的种类及品质，确定矿山整体的工业价值及经济价值。前人对矿体的测定，进行了从采样、制样到化验分析3个主要过程的各种方法的探索，其中尤为关键的是矿物制样、化验分析环节。根据前人得出的各个阶段的方法，总结他们的基本流程、原理及优缺点，有助于我们更清晰地认识到针对不同矿体及实验环境下需要采取合适的方法，以得到更有助于提高测试准确性的矿物制样及化验分析结果。

1 矿物采样方法及基本流程

1.1 采样点设置

（1）注意采用点之间的间距，采取合适距离确定采样点。针对矿场采出的矿物样品，合适的采样间距起着重要的作用，采样间距不能过小。过小的采样间距无法满足覆盖整个矿山的采样需求，或者需要过多的样品采集，使得采集工作量大大增加、不利于提高采集效率。根据实际的矿山范围，确定初步的采样范围、采样数目及采样计划，进一步选取合适的采样间距，保证合理的采样点分布，才能保证所采样品基本代表矿山整体情况。一般来说，采样点的选取要落在矿山两侧及中间部位，针对倾斜的矿山内部位置也要设置采样点，以期得到矿山内地质单元的产状信息、资源分布情况。采样点的间距也需要根据实际情况进行调整，并非一成不变，需要根据覆盖区域的矿山实际地貌状况进行调整，如在矿体资源丰富区域设置相对更多的采样点，根据地形变化调整采样点密度，使得对矿床的覆盖具有代表性。

（2）考虑矿石种类、品质差异对采样点设置的影响。实际采样过程中，根据对不同矿体资源调查需求的不同，需要针对矿石种类的差异、矿石品质差异对采样点进行设计调整。其原因是在满足对矿山详细地质情况调查的基础之上，需要根据矿体资源对工业生产的满足情况，选择适合工业生产的矿体资源分布区域进行重点采样，以确定矿山的开采价值及评估其后续是否具有足够的工业价值。此外，针对与目标矿体相伴生的其他矿物组分的分布特征及其种类，也需要进行采样以了解其特点。

（3）根据合理工程量确定相应的采样点数目。采样点的数目设置需要在合理的工程量基础之上设定，要确保不能影响矿山其他的正常工程的实施及其进度。采样点数目的多少直接影响样品数量，进而影响对矿山地质环境的认识。如果符合工程施工条件，能进行更多的样品采集工作，增加采样点数目是可取的。此外，复杂多变的矿山环境往往要求更多的采样点数目，多出的采样点既能保证对矿山的全面认识，也能作为备用采样点，使得当初次采样出现不合格的样品时，作为补充与对照。

（4）将符合采样要求的工程点直接用于采样。工程点的设置往往有对部分因素的要求与采样点相一致，这时为了减少采样点的选取工作量，可将符合采样点要求的工作点直接作为采样点。在进行采样时，要兼顾矿山正在进行的开采、勘探等工程的实施，针对这些工程点中对矿石种类、品质了解清晰的部分工程点，可将其作为采样点使用。将符合条件的工程点作为采样点，可以大大减少采样工作量，节约时间、提高采样工作效率；此外，根据工程点获得的数据，有助于我们获得采样点所需的采样深度等数据，前提是将采样点设置在天然露头、完整度较高、易于回复的勘探工程当中。选择深部采样点时，应尽量设置在探槽、浅井等工程中。针对矿石种类、品质差异较大的区域，应该将开采、勘探时的工程尽量考虑其覆盖区的矿石品质和种类，实时动态地调整采样点的分布、及时设置相应的采样点。

（5）对矿体顶底板围岩处的采样点位置选择。矿体顶底板附近的围岩应力状态复杂、容易造成岩体崩落等情况的出现。因此针对该种矿体的采样，应尽量避免对易出现岩体崩落等情况的区域，保证采样工程的安全稳定的实施，避免对开采、勘探等其他工程造成影响。同时，该类区域的围岩采样往往较为困难，影响因素众多，因此要全面考虑各类因素的影响，保护采样点。

（6）根据施工、运输环境考虑采样点的选取。在确保采样点分布合理的情况下，选择运输便利、施工稳定、施工环境安全的地点作为采样点，有助于进行采样样品的运输及保护、提高采样效率、保障采样工作的安全性。此外，针对采样点要充分考虑采样后的运输、储存问题，在对采样点的初始设计时，设计一定冗余的采样点，避免实际采样过程中废弃样品过多、采样点变更频繁。

1.2 矿物样品质量

（1）矿石的种类及性质。矿石种类的不同决定了其性质也会出现明显的差异，进而也会导致单位体积的矿石质量差异较大。在实际采样时，应在保证达到实验要求的基础上，尽量的增多矿物样品数量、减少矿物样品质量，从而减少运输工作量。

（2）矿物样品试验类型。不同的矿物样品实验类型对应着不同的实验方法，从而也需要根据相应的实验方法要求，选择合理的矿物样品质量。因此，要先确定合适的实验类型，了解清楚实验方法及要求，进而在采样时对矿物样品选择符合要求的采集质量。

（3）规模和深度的影响。矿山的规模和深度也对采样点的采样质量有影响。较大的矿山规模和较深的深度，往往也需要采集质量更大的样品。

1.3 采样施工流程

（1）确定采样位置。采样时，要根据采样设计位置在矿山选择对应的采样点。当设计位置与实际采样位置存在明显偏差时，会直接影响样品的测试结果。此外，要着重确保所采样品符合后续实验所需的样品标准，避免影响化验分析的结果；对所采样品也应对其纯度进行保证，避免掺入过多的杂质，并对所采样品进行单独存储及管理，不能混合存储及管理、避免样品出现丢失，确保所采样品对矿山具有代表性，提高采样质量及效率。

（2）对矿样的碾碎、筛选、混合、缩分等操作。所采样品应该严格按照碾碎、筛选、混合、缩分几步操作进行作业，同时保证缩分后的矿物质量能够与计算质量相一致，从而提高采样的代表性。

（3）对验证、修整矿样品质要求。在开展缩分、称重等工作前，需要先验证矿样的品质，确保符合采样初始设计要求，在符合要求的情况下才能开展上述工作，为此要通过合适的处理步骤提高实际矿样的品质，确保其符合初始设计要求。当实际矿样品质与初始设计所需矿样品质存在明显差异时，需要对矿样的采集质量进行适当增减，或通过对符合品质要求的区域选取和增加新的采样点，重新采集符合要求的矿样。

（4）对矿样的包装和运输工作。对于所采矿样，一般根据其矿石种类、矿石品质及采样点进行统一整理，进而统一开展包装、运输等工作，避免混乱。对矿样的科学分类管理，可以帮助我们改善试验效果、避免过多重复实验。对矿样的包装要求具有良好的稳定性并具有防潮功能、便于运输；此外，也要在包装上标明样品信息并确保易于识别和读取，样品信息主要包括矿样的种类、编号、采样点、质量等信息[1]。

2 矿物制样方法及其原理

矿物制样是进行矿物化验分析前的关键环节，高质量的矿物制样有助于得到更精确的化验分析结果。在矿物制样环节中，破碎、缩分过程需要根据我们的测试目的、矿物种类、测试条件及要求进行，从而得到对矿山矿体各类参数具有代表性的分析试样。针对缩分过程，现今使用最广的缩分方法基于以下公式：

Q=K×d2

其中，Q为矿样质量，单位kg；K为缩分系数；d为最大颗粒直径，单位mm。

根据不同的矿样分析的具体要求，对矿样加工也有不同的要求。以金矿为例，其在自然环境中的分布满足各部分基本相同，但不同区域的金矿样品存在不同的延展性，需要采取更复杂的加工工艺。不同的矿物样品会对应不同的缩分系数K，在不破坏矿物样品的情况下，我们需要先通过实验对不同的矿物样品测出其缩分系数。

在进行矿物制样时，样本重（质）量分析是个重要的环节。矿物样品的质量受到其性质、种类、不同成分含量的影响，不同的矿物样品往往对应的矿物质量也有较大的差异，因此在制备矿物样品时，应尽量减少样品数量以避免带来的误差。

图1 一般样品加工流程

对矿物样品进行数次的破碎、缩分，能够有效地得到具有较高代表性的试验样品，该种方法操作较为简便、经济适用。为了准确地反映实际的矿体情况，需要我们选择符合实验规定所需粒度范围的、均匀的样品。因此，我们需要根据矿物的种类、化验分析的地质勘查目的、测试环境及要求来选择合适的制样方法，得到符合要求的测试样品。现在常用的缩分方法，主要依据的是切乔特经验公式。在制备矿物样品时，根据所需的精度不同，可以区分得到粗碎、中碎、细碎等不同阶段的样品，同时每个阶段还可以包括破碎、过筛、混匀等具体步骤。

操作人员在矿物制样实践中，应以样品制备原则、缩分操作步骤为根据严格进行，同时在制样中应最大程度控制污染、耗损，为样品质量提供保障，落实化验分析准备工作[3]。

3 矿物化验分析方法及其原理

3.1 定量分析法

定量分析方法是最常用的矿物化验分析方法之一，也叫做光谱半定量分析法。该方法的基本原理是矿物样品中的成分、含量等在光谱作用中会对应不同的光谱范围，根据光谱作用的结果可以准确地确定矿物样品中的不同成分及相应含量。同时，该方法也能帮助我们快速测定矿物样品中的元素种类，将矿物样品的主要成分及对应的形成环境确定并进行初步分析。对矿物样品的成分分析，主要根据的是光谱强度及对应的光谱出现情况，根据该类数据的具体值可以对矿物样品成分进行判断，帮助提高矿物样品化验分析的准确性。定量分析的方法的优点是通过光谱版定量分析技术能实现对矿物成分、元素的快速判断及分析，帮助提高化验分析的测试效率，使得化验分析工作能尽可能快地完成，因而成为目前最广泛使用地采样化验分析方法之一。该方法的不足在于其化验分析结果仍存在一定的偏差范围，因此只能作为化验分析当中的参考结果之一。

3.2 定性分析法

定性分析方法作为矿物化验分析的另一重要方法，其基本原理主要是对矿物制样进行化学元素分析。在化验分析过程中，定性分析方法必须在定量分析方法进行之后进行，根本原因在于我们必须通过对矿物制样的定量分析得到对矿物成分、元素的基本了解后，才能够通过定性分析方法得到更有实际意义的结果。定性分析方法以光谱分析法为基础，光谱分析法能够有效地帮助我们对矿物样品中的成分进行了解，基于光谱分析法得到的结果，对矿物样品进行定性分析能够提高化验分析结果的准确性，与定量分析方法互为补充、提高整体测试结果的可靠性。基于以上原理，定性分析方法往往具有更高的准确性，因此多数情况下，定性分析方法得到的结果被作为化验分析的最后结果。

综上，光谱定量分析法与定性分析法在准确性上存在着较大的差异，光谱定量分析法能够为定性分析方法提供良好的前提条件，定性分析方法则基于光谱定量分析方法，能够得到更准确的矿物样品的元素及成分含量。结合两种方法，我们才能对矿物制样得到具有高准确性的结果。两种方法相辅相成、需要结合使用。

3.3 X射线衍射分析

定量分析方法和定性分析方法是化验分析中的两种常用的分析方法，除此之外，另一种常用的化验分析方法是X射线衍射分析法（XRD）。X射线衍射分析法的基本原理是通过X射线对矿物制样中的分子的内部结构的衍射结果，得到矿物样品中的成分含量及结构特征、了解矿物样品的内部结构，是目前准确度较高的一种化验分析方法。一般的化验分析过程中，在对矿物制样通过光谱定量分析法进行初步分析确定其成分及元素种类、含量之后，采用定性分析方法能进一步得到更高准确性的矿物成分及元素测量结果。基于上述定量分析与定性分析方法的结果，我们进一步采用X射线衍射分析方法，能够帮助我们更好地明确矿物内部的元素种类及相应的含量，基于更精确的矿物元素种类及含量结果，我们才能够得到更符合实际情况的矿体内部结构并了解其特征。该方法不仅在矿物化验分析中广泛使用，也被应用在对矿石的质量分析当中，并且在许多工业生产中得到广泛应用并被证明具有很高的准确性。

图2 氢氧化钙XRD衍射图[4]

3.4 物相分析

物相分析法指的是对矿物制样的表面物理特征进行详细的分析，针对的是矿物制样的表面的物理化学性质而进行的分析测试方法。作为另一种重要的矿物化验分析方法，物相分析法同样具有较高的准确性及较大的应用范围，能够对化验分析提供更多的参考价值。该方法的基本原理是同一种元素在同一物质中的存在方式包括单质和化合物，物相分析方法能够根据元素的存在方式及含量详细地测定矿物质的含量及内部结构。该方法需要根据所测矿物样品的性质对样品进行选择，不需要对所有矿物样品都采取该种测试方法。基于其他方法对矿物样品得到的分析结果，我们可以确定是否需要进行物相分析。物相分析的概念就是对矿物取样的物理表象进行的分析，是对矿物取样物理化学性质所呈现出的表相进行的分析，物相分析在其应用范围和数据提供的准确性上来看，作为一种极其重要的分析方式出现在化验分析工作中，并对化验工作的指导意义同样很重要。站在物理学的角度分析，同一元素一般情况下可以在同一物质中存在，也可以与其他化合物状态同时存在，物相分析正是利用了矿物质的这一物理原理、进而提高整体的测试效率[5]。

4 结语

本文对从矿物开采到分析所历经的矿物采样、矿物制样、化验分析3个过程的基本原理及方法进行了详细的介绍，着重讨论了矿物制样、化验分析2个重要环节的各种方法及其适用范围，对它们所用的不同方法的优缺点进行了总结分析。结合上述内容，本文认为矿物制样及其分析对矿物开采及后续加工利用有着重要作用，更新的制样、化验分析的方法提出，离不开物理、化学等基本学科的理论进步。