便攜式礦石元素分析儀在梅山鐵礦中的應用

李 虎

(南京寶地梅山產城發展有限公司礦業分公司)

對于礦產勘探開采行業來說，檢化驗是非常重要的一個環節，提高工作生產效率的關鍵是即時獲取可靠的數據，快速準確的進行勘查、巖芯檢測、開采過程控制等。將樣品送至遠離現場的試驗室檢測，不但費時費力，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，可廣泛應用于勘探開采過程中各階段的礦樣成分分析。

1 儀器簡介

便攜式礦石元素分析儀全稱為 X 射線熒光光譜( XRF) 分析儀，可同時分析30多種元素，準確度高，可對現場地質樣品進行化學組成成分分析，如礦石表面、勘探鉆孔巖芯等，通過實時多重采樣，可直接評估礦石級別，及時獲得結果，不但節約操作時間和化驗成本，而且可直接指導井下地質生產。相對于傳統的化驗室檢測，具有便攜、多元素分析、無損檢測、快速分析、精度可靠等優點，廣泛的應用于勘探、找礦、選礦、礦產評估、環保監測等領域[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。礦石模式用于測量其中某元素含量大于0.5%的樣品，土壤模式適用于測量含量低于0.5%的元素。當樣品中含有多種元素，其中一種元素含量超過0.5%，則最好使用礦石模式進行分析，這是由于礦石模式是采用基本參數法(FP法)進行校正的，能夠將各個元素之間的干擾最大限度的排除，即使所關心元素濃度較低，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，是因為在X射線熒光光譜中，Cu/Zn與Ta/Hf的峰是重疊的，手持式儀器無法對他們做出區分。因此，要根據樣品中是否含有Ta/Hf來選擇不同的模式。

2 儀器校正

一般未校準儀器的測試結果也能夠提供足夠的精度，但是在需要更高精確的結果時，需要對儀器進行校正，確保檢測結果在允許的誤差范圍內。本次梅山鐵礦樣品測試主要使用礦石Cu/Zn模式，經過校正后的梅山鐵礦檢測參數y=1.005 5x-0.428 6，R2=0.978 3(圖1)。

圖1 校正后的分析儀參數

儀器校正和樣本測試需要注意以下幾點：①樣品均勻性，不均勻的樣品在不同點上的元素濃度是不同的，需要通過多次測量結果取平均值；②第二樣本必須覆蓋分析儀的窗口(分析儀檢測窗口直徑約2 cm)，這是因為X射線發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為確保數據的可靠性，樣本必須具有足夠的厚度，確保X射線不會穿透樣本，金屬或土壤樣本厚度至少要達到5 mm，塑料和一般聚合物樣品至少要達到1 mm，同時應保證所有堆疊起來的樣品成分一樣；④測試時間能夠影響檢測限和精度，其長短由用戶設置。為獲得最佳效果，每個濾光片都設置為30 s或以上。經實際測試30 s結果與60 s結果平均誤差不到0.1個百分點(表1)，影響不大，對于梅山鐵礦礦石樣品的分析，設置30 s即可[2]。

表1 礦樣測試結果對照表

3 在梅山鐵礦中的應用

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閃長玢巖，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清晰可見，下部礦體礦巖邊界線相對模糊，礦石和圍巖交錯分布，靠近邊界處礦石品位波動較大，已有的刻槽采樣數據已不能夠滿足，需要對波動較大區域進行勘探鉆孔和樣品補充，及時察看迎頭品位狀況及礦石質量狀況[3]。

3.1 迎頭品位測量

隨機從井下采取18個迎頭試樣進行測量，樣品選取包含了貧礦和富礦，確保樣品不連續集中。每個迎頭測量數據不少于3組，每次測量單個元素時間不少于30 s，并與化驗室數據對比(表2)。

表2 井下迎頭品位測試對比結果

由表2可知，儀器測試結果與試驗室化驗結果平均誤差在±2個百分點以內，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，礦石分析儀的結果較可靠。

3.2 勘探鉆孔巖芯測量

應用便攜式礦石元素分析儀測量勘探鉆孔巖芯樣，測量工作前需清理巖芯上的雜物，確保巖芯表面均勻平整，按設定的工程間距進行礦石鐵品位測量。為保證樣品數據的準確性，一般測量3遍，取平均值。當單個或多個巖芯樣測量完畢后，通過儀器底部的USB端口將測試的數據傳輸到相關軟件中，根據鉆孔數據修訂礦體邊界，修訂完成的礦體邊界運用surpac軟件修訂礦體模型(圖2)。使用礦石元素分析儀測量勘探鉆孔巖芯數據，對于波動變化區域可以更加直觀的看到礦石(或夾石)的厚度，供后期采礦設計使用；還可以減少采樣、送樣、制樣、化驗等環節，節約成本、提高工作效率、減少環境污染[4]。

圖2 修正后的礦體模型

3.3 開采過程控制

截止品位是指無底柱分段崩落法在放礦過程中最后一次放出礦石的品位，是一個重要的經濟管理指標。地下礦山在礦石開采過程中，如何控制好截止品位非常重要，一般等待化驗檢驗結果耗時耗力，影響采礦生產；依靠有經驗的技術人員目測，數據誤差大、缺乏統一性。使用礦石元素分析儀可以彌補上述兩種方法的缺點，及時得出可靠的測試結果，作為控制截止品位依據。此外，鐵礦石中硫、磷屬于有害元素，硫產生熱脆性，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測硫、磷的含量，及時發現高硫、高磷含量的礦石區域，及時采取措施降低進入選礦工藝中的有害成分含量；多元素同時測量還能發現礦石中的一些稀有微量元素，為礦山多金屬勘查提供數據基礎[5]。

4 結 論

(1)便攜式礦石元素分析儀可同時分析30多種元素，與試驗室數據對比，準確度高，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)經校正后的便攜式礦石元素分析儀用于井下迎頭測試，測試結果與試驗室化驗結果相對誤差在±2個百分點以內，符合測定要求。

(3)應用于勘探鉆孔巖芯測量，可直接得出結果，減少了采樣、送樣、制樣、化驗等環節，可節約成本，提高效率，減少環境污染。

(4)礦石元素分析儀能控制截止品位，便于發現礦石中高硫、高磷的區域，及時指導生產。