三、工藝礦物學的研究方法

28.什么是取樣？有哪些環(huán)節(jié)？

取樣是指從礦體、近礦圍巖或礦石中，按一定規(guī)格和方法，采取一部分有代表性的礦石或巖石作為樣品，以研究礦石質(zhì)量、加工技術性能以及采礦技術條件而進行的一項專門工作。取樣通常包括三個基本環(huán)節(jié)，即采樣、樣品加工、樣品分析和研究。

29.什么是樣品的代表性？影響樣品代表性的因素有哪些？

樣品的代表性，是指所采集的部分式樣與研究的對象在整體性質(zhì)上的一致性。實際上，樣品的代表性是指試樣的某一特征指標的測定值與該研究對象特征指標真實值相符合的程度，兩者的符合程度越高，說明樣品的代表性越強。

影響樣品代表性的因素很多，一般可概括為地質(zhì)和開采兩大類因素。

（1）地質(zhì)因素　取樣時，首先考慮的是礦體本身的變化，即整個礦體的穩(wěn)定程度。實際上完全均一的礦體是很少的。絕大多數(shù)礦體在礦石類型、結構、構造、礦物組成、粒度特性、有益和有害組分賦存狀態(tài)、平均品位等方面，在空間的各個部位均是變化不定的。采樣前，需要根據(jù)礦體這些特征，將礦石劃分為不同的類型。求出不同礦石類型在整個礦量中所占的比例。按此比例采取的各種類型礦石混合樣，就具有了整個礦體的代表性。至于采樣點的多少，則視礦體的穩(wěn)定程度而定。采樣時，要充分顧及礦體的地質(zhì)特點及其分選工藝性質(zhì)。

（2）開采因素　由于開采方法的不同，除了使原有因素復雜化外，又增加了一些新因素。例如開采時，與礦體接觸的圍巖和礦體內(nèi)的夾石必然要混入到采出的礦石中。一般露天開采圍巖混入量為5％～10％；地下開采的圍巖混入量為10％～20％，個別甚至可達25％～30％，細脈狀礦體混入量更大。因此，采樣時就要把圍巖和夾石含量按比例混入到礦樣中。要是開采是按礦石類型分別進行，則要按礦石類型分別取樣。另外不同的采礦方法，使采出的礦石粒度組成及其他性質(zhì)，如密度、容重、濕度、機械強度、含泥量等均有所差別，取樣時也要估計到這些。總之，這部分工作要與采礦人員密切配合，根據(jù)他們的采礦設計予以合理考慮。

30.具有代表性的樣品具有哪些特征？

有代表性的樣品，一般具有以下幾個基本特征。

①代表該礦床主金屬（或伴生有益組分）各品級儲量。

②代表該礦床各類型礦石的平均品位，其中包括高、中、低3種品位。

③代表礦石的礦物組成及其化學成分。

④代表圍巖、夾層、脈石的種類、性質(zhì)及含量。

⑤代表有用礦物粒度特征及礦石結構、構造特征。

31.常用的礦床取樣法有哪幾種？

礦床取樣的方法比較多，但用于采取選礦試驗樣品的主要有刻槽法、剝層法、方格法、爆破法和巖芯劈取法等幾種。

（1）刻槽取樣法　就是在礦體上開鑿一定規(guī)格的槽子，將槽中鑿下的全部礦石作為樣品。槽的斷面積較小時，可以人工鑿取；斷面積較大時，可先淺孔爆破崩礦，然后人工修整。刻槽應當在礦物組成變化最大的地方布置。刻槽的距離應保持一致，各槽的橫截斷面應相等。當?shù)V物分布均勻時，多采取平行槽，不均勻時，多采用螺旋形刻槽。刻槽斷面有矩形和三角形。槽深一般為1～10cm，寬為5～20cm。具體操作是：先掃清取樣面，然后用鑿子畫出界限，在工作面上放上帆布或鐵皮，以便接取試樣，然后再進行刻槽取樣。

（2）全面剝層取樣法　如果一個巷道內(nèi)所取的試樣質(zhì)量很大，而取樣面積又很小，則應采用全面剝層取樣法。其做法是：首先在工作面上鋪上帆布，然后對整個礦體的暴露部分全部剝下一層，收集在帆布上作為試樣。對細粒浸染礦石，其深度應為10～25mm，對粗粒浸染礦石，其深度應為50～100mm。

（3）方格取樣法　該方法應用于取樣面積較大的情況下。其做法是在取樣表面上劃成菱形的、方形的、長方形的格網(wǎng)，在格網(wǎng)的交點處取樣。若有用礦物嵌布粒度及含量比較均勻，則取樣點可以少一些，交點的距離可大于2m；若嵌布粒度及含量不均勻，則取樣點的數(shù)目要相應增多，交點間的距離則隨著縮小。

（4）爆破取樣法　一般是在勘探坑道內(nèi)穿脈的兩壁、頂板上，按照預定的規(guī)格打眼放炮爆破。然后將爆破下的礦石全部或縮出一部分作為樣品。此法用于要求試樣量大及礦石品位分布不均勻的情況，并且僅用于工業(yè)試驗樣品。

（5）巖芯劈取法　當以鉆探為主要勘探手段時，試驗試樣可以從鉆探巖芯中劈取。劈取時是沿巖芯中心線垂直劈取1/2或1/4作為樣品，所取巖芯長度均應穿過礦床之厚度，并包括必須采取的圍巖及夾石。

32.礦石的物質(zhì)組成的研究方法有哪些？

礦石的物質(zhì)組成研究包括：礦石的化學成分和礦物組成兩部分。查明礦石的物質(zhì)組成特點，能夠確定可供選礦回收和綜合利用的有用元素或有用礦物的種類和數(shù)量，以及伴生有害組分的種類和數(shù)量。

（1）礦石的化學成分

①光譜分析　光譜分析能迅速而全面地查明礦石中所含元素的種類及其大致含量范圍（定性、半定量），不至于遺漏某些稀有、稀散和微量元素，因而常用此法對原礦或產(chǎn)品進行普查，查明了含有哪一些元素之后，再去進行定量的化學分析。這對于選冶過程考慮綜合回收及正確評價礦石質(zhì)量是非常重要的。

②化學全分析和化學多元素分析　化學分析方法能準確地定量分析礦石中各種元素的含量，據(jù)此確定哪幾種元素在選礦工藝中必須考慮回收，哪幾種元素為有害雜質(zhì)需將其分離。化學分析是為了了解礦石中所含全部物質(zhì)成分的含量，凡經(jīng)過光譜分析查出的元素，除痕跡外，其他所有元素都作為化學分析的項分析之總和應該接近100％。

化學多元素分析是對礦石中所含多個重要和較重要的元素的定量化學分析，不僅包括有益和有害元素，還包括造渣元素。如單一鐵礦石可分析全鐵、可溶鐵、氧化亞鐵、S、P、Mn、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。

（2）礦石的礦物組成　光譜分析和化學分析只能查明礦石中所含元素的種類和含量。礦物分析則可進一步查明礦石中各種元素呈何種礦物存在，以及各種礦物的含量。其研究方法通常為化學物相分析、光學顯微鏡鑒定和儀器分析等。

①化學物相分析　物相分析的原理是：礦石中的各種礦物在各種溶劑中的溶解度和溶解速度不同，采用不同濃度的各種溶劑在不同條件下處理所分析的礦樣，即可使礦石中種種礦物分離，從而可測出試樣中某種元素呈何種礦物存在和含量多少。

②顯微鏡分析　顯微鏡分析利用不同礦物在顯微鏡下的光學性質(zhì)的差異來鑒定不同礦物種類，根據(jù)礦物顆粒在顯微鏡視域內(nèi)所占面積來測定礦物含量。常用的顯微鏡有實體顯微鏡（雙目顯微鏡）、偏光顯微鏡和反光顯微鏡等。

③儀器分析　對于礦石中元素的賦存狀態(tài)比較復雜的情況，需要進行深入的查定工作，采用某些特殊的或新的方法，如熱分析、X射線衍射分析、電子顯微鏡、極譜、電滲析、激光顯微光譜儀、離子探針、電子探針、紅外光譜等。

④礦物組成的定量分析　礦石中礦物定量測定的方法很多。從當前各種方法的應用情況來看，礦物定量的基本方法主要包括：分離礦物定量法，重液分離、重選分離、磁電分離、選擇性溶解等；顯微鏡下定量法，線測法、面測法、點測法；特征元素化學分析定量法，根據(jù)化學全分析及不同礦物特征元素的含量不同計算各種礦物含量；儀器分析定量法，X射線衍射、IPS、QEM、SEM、MLA等。

礦石中組成礦物的定量是工藝礦物學研究的一項基礎工作，對選礦工藝流程的開發(fā)和選擇以及選礦生產(chǎn)流程的評價均具有重要意義。

33.礦石的結構構造的研究方法有哪些？

礦石的結構構造主要研究有用礦物和脈石礦物在礦石中的嵌布特點和相互關系，討論礦石的碎磨、礦物解離和分選的難易程度。

（1）礦石的構造　礦石的構造是指礦石中礦物集合體的形狀、大小和空間上的分布特征，即指礦物集合體的形態(tài)特征而言。礦石的構造通常采用肉眼觀察和借助放大鏡觀察。

常見的礦石構造類型包括：塊狀構造、浸染狀構造、條帶狀構造、脈網(wǎng)狀構造、多孔狀及蜂窩狀構造、似層狀構造等。

（2）礦石的結構　礦石的結構是指礦石中礦物顆粒的形態(tài)、大小及空間分布上所顯示的特征。構成礦石結構的主要因素為：礦物的粒度、晶粒形態(tài)（結晶程度）及鑲嵌方式等。礦物通常采用顯微鏡和借助放大鏡觀察。

常見的礦石結構類型包括：自形晶粒狀結構、半自形晶粒狀結構、他形晶結構、斑狀結構、包含結構、交代溶蝕及交代殘余結構等。

34.元素在礦物原料中有哪些主要賦存形式？

（1）獨立礦物形式　當以獨立礦物形式出現(xiàn)時，一般應具備兩個基本條件。首先是在一定的物理、化學條件下，具有相對的穩(wěn)定性；其次是具有一定的元素含量。即某元素在熔漿中達到一定濃度時，在前一條件基礎上就能夠形成獨立礦物。以獨立礦物形式存在的元素，按其結晶程度又可分為兩種類型，一種是肉眼或雙筒鏡下可以挑選的礦物；另一種是以微細包裹體形式存在于其他礦物中的礦物。

（2）類質(zhì)同象形式　指化學成分不同、但互相類似而結晶構造相同的物質(zhì)，在結晶過程中，其構造單位（原子、離子、絡離子）可以相互替代而不改變礦物晶體結構。

（3）吸附形式　指元素呈吸附狀態(tài)存在于某種礦物中。根據(jù)吸附性質(zhì)可分物理吸附、化學吸附和交換吸附三種。

35.礦石中元素的存在形式與選別工藝的關系如何？

從當前工藝處理來看，微細包裹體、類質(zhì)同象、離子吸附這三種元素存在形式有其相似之處，故有時又將它們統(tǒng)稱為礦石中的“分散量”。它們與選別工藝處理關系極大。

構成獨立礦物的有用元素，當結晶粒度大于0.02mm時，基本可用現(xiàn)行的機械分選手段予以有效地回收，粒度小于10μm以下，一般難以用現(xiàn)有的機械選礦方法回收（當前浮選的有效粒度是5μm），對于這種極其細微的獨立礦物可以通過火法冶金改變其結晶狀態(tài)，或者用濕法冶金予以處理。至于以類質(zhì)同象方式存在于載體礦物中的有用元素，通常采取的辦法是選取載體礦物，然后從載體礦物的精礦中去回收。離子吸附狀態(tài)存在的元素，一般不列入選礦工藝加工對象中，而要單獨采用一些特殊手段來解決。

36.礦石中元素的賦存狀態(tài)的研究方法有哪些？

礦石中元素的賦存狀態(tài)包括元素的賦存形式、物相組成及其在不同礦物中的分布，初步判斷礦石的可選性和理論分選指標。

在礦物原料中同一種元素往往會以不同的礦物形式產(chǎn)出。例如，在鐵礦石中鐵的賦存形式最常見的就有磁鐵礦、赤鐵礦和褐鐵礦三種；在銅礦石中銅的產(chǎn)出形式則更為復雜，銅既可以呈硫化礦物的形式產(chǎn)出，也可以呈氧化礦物的形式產(chǎn)出，硫化銅礦物主要有黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦等，氧化銅礦物主要有赤銅礦、孔雀石等。這些含有同種元素的不同礦物，彼此的性質(zhì)相差懸殊，選礦方法和選礦工藝流程也截然不同。因此，礦石中有用和有害元素的賦存狀態(tài)是擬定選礦試驗方案的重要依據(jù)。

礦石中元素的賦存狀態(tài)的研究方法有以下幾種。

（1）重砂法　這是比較常用的一種方法，簡單可靠，對很大部分礦石都適用，特別是哪些結晶顆粒大、含量高、易于分選的礦物更為有效。重砂法考查元素賦存狀態(tài)的基本程序如下。

①將試樣送交化驗室進行化學全分析，了解礦石中存在的元素種類及其含量。由此即可初步掌握礦石中可能有利用價值的元素種類。

②鑒別試樣中的組成礦物類別，并測定各組成礦物的相對含量。

③分離提純單礦物。

④查明目的元素在各單礦物中的百分含量。

⑤計算有益（有害）元素在試樣各組成礦物中的配分比。

（2）選擇性溶解法　選擇性溶解法就是選擇合適的溶劑，在一定條件下，有目的地溶解礦石中某些組分，保留另一些組分，并通過對所處理產(chǎn)品的分析、鑒定，查清礦石中元素的賦存狀態(tài)。該法一般可用于其他方法難以解決的細粒、微量、嵌布關系復雜的礦石中元素賦存狀態(tài)的研究。

①酸、堿浸出法　以類質(zhì)同象或微細包裹體形式存在于載體礦物中的有用元素，可用酸或堿浸取。如果元素呈離子吸附狀態(tài)存在，用鹽或稀酸處理即可。

②無機鹽或有機酸浸出法　有用元素以離子吸附形式存在于黏土或其他礦物中時，一般可用無機鹽或有機酸浸出。

（3）電滲析法　電滲析法是基于在外加直流高壓電場的作用下，使被吸附的離子解吸下來，并移向電性對應的電極的方法。此法常用來研究呈分散狀態(tài)的元素，尤其是用顯微鏡看不見的呈吸附狀態(tài)存在的元素。

（4）電子探針法　礦石中有益、有害元素，除表生條件下常以吸附狀態(tài)存在外，主要有兩種形式：一是參與礦物的結晶格架（或為主要成分，或為類質(zhì)同象混入物）；二是呈微細的礦物包裹體。

電子探針在光片或薄片上的掃描圖像，可直接顯示元素的分布狀況。如果元素在礦物中是分散而均勻地分布，便可初步認定是以類質(zhì)同象混入物狀態(tài)存在。以微細包裹體狀態(tài)存在的元素，它的分布通常是極不均勻的，其特點是在一點、幾點或小面積上非常富集。

（5）激光顯微光譜法　依據(jù)礦石中各種元素是特征譜線確定元素的性質(zhì)，譜線的強度大小反映了元素含量的多少。根據(jù)礦物的基質(zhì)元素與外來元素的譜線相關關系來確定外來元素在礦物中的賦存狀態(tài)。此法可直接在光片、薄片、礦石、重砂顆粒上進行分析。是對欲測礦物進行激光攝譜，測譜線上的黑度值，并繪出元素相關曲線來分析。

（6）數(shù)理統(tǒng)計法　是把大量的化學分析數(shù)據(jù)用數(shù)理統(tǒng)計方法進行綜合、整理、計算，運用所獲得的有關數(shù)據(jù)，對礦石中元素賦存狀態(tài)加以定性或定量判斷。

37.元素配分計算的方法及步驟是什么？

元素的配分計算是分析目的元素在礦石各礦物中的比例。所以，必須首先求出礦石中各組成礦物的百分含量及各礦物中該元素的百分含量。此法能定量地說明被研究元素在礦石中的分布規(guī)律，而不涉及這些元素在礦物中以何種形式存在。

其具體運算可按下列步驟進行。

（1）某元素在礦石（或礦樣）中各礦物的配分量

式中　C1…n——目的元素在某一礦物中的配分量，％；

W——礦石中某一礦物的相對含量，％；

ap——目的元素在該礦物中的含量（理論值或分析品位）。

（2）某元素在礦石中的配分比

式中　——目的元素分配到礦石各礦物中的配分比；

∑C1…n——礦石各礦物中目的元素配分量之和。

（3）計算配分平衡系數(shù)　從理論上講，∑C1…n應等于礦石中該元素的含量，但由于礦物定量和分析上的誤差兩者常不相等，故需用配分平衡系數(shù)檢查工作質(zhì)量。

式中　——配分平衡系數(shù)；

a0——目的元素在原礦中的質(zhì)量分數(shù)。

它表明測定數(shù)據(jù)的誤差大小。當配分平衡系數(shù)時，配分計算成果可用。

（4）計算目的元素的集中系數(shù)　在礦石各礦物中，目的元素有的構成獨立礦物，有的則以各種形式的“分散量”出現(xiàn)。以獨立礦物形式存在的目的元素，通常在選礦回收中可以集中于精礦中，為了掌握精礦中可能的最大回收率，需要計算目的元素的集中系數(shù)，即所有獨立礦物中目的元素含量與總量之比。

例如，某鐵礦石中鐵的配分計算：

某鐵礦石中鐵的配分計算見表2-11。可知，鐵在磁鐵礦、針鐵礦和菱鐵礦中的配分率分別為73.75％、19.14％和5.12％，在其他礦物中的分布量很少。采用弱磁選工藝時，該礦石中鐵的最大回收率73.75％；如果采用弱磁-強磁聯(lián)合流程，回收磁鐵礦和針鐵礦時，則鐵的最大回收率可達到92.89％。

①指包括鎂鐵礦等。

②指包括黃銅礦、白鐵礦等。

38.什么是礦物的嵌布粒度？如何測定？

礦物嵌布粒度可分為結晶粒度與工藝粒度。結晶粒度是指單個結晶體（晶質(zhì)個體）的相對大小和由大到小的相應百分含量。結晶粒度主要用于成因研究。工藝粒度又叫嵌布粒度是指某些礦物的集合體顆粒和單晶體顆粒的相對大小和由大到小的相應百分含量。它是決定礦物單體解離的重要因素。

在選礦工藝過程中，礦物嵌布粒度是選擇碎、磨礦作業(yè)和選礦方法的主要依據(jù)之一，是影響礦石可選性的重要方面，也是確定磨礦流程和選別流程結構的重要依據(jù)。

礦物嵌布粒度通常采用顯微鏡測定。顯微鏡下粒度測量的方法主要包括：面測法、線測法和點測法。面測法適用于粒狀顆粒；線測法包括橫尺線測法和順尺線測法兩種，橫尺線測法適用于測量一定間距測線上所遇及的粒狀顆粒，而順尺線測法適用于非粒狀不規(guī)則顆粒；點測法主要適用于粒狀顆粒，但是必須借助于目鏡微尺、電動計點器配合進行。

39.什么是單體解離度？如何測定？

礦石的粉碎過程是使礦塊粒度由大變小的過程，各種有用礦物粒子正是在粒度變小的過程中解離出來的。在粉碎了的礦石中，原來連生在一起的各種礦物，有些沿著礦物在其界面上裂開，變成只含一種礦物的小粒子稱單體解離粒子（如閃鋅礦單體），但有一些小礦粒還是有幾種礦物連生在一起稱連生粒子（如閃鋅礦-方鉛礦連生體）。所謂某礦物解離度，就是該礦物單體解離粒子的顆粒數(shù)與含該礦物的連生粒子顆粒數(shù)和該礦物的單體解離粒子數(shù)之和的比值，用百分數(shù)表示，即：

礦物單體解離度的測定通常是在光學顯微鏡下進行，而且，為了便于顯微鏡下觀察和測量，通常需要對樣品進行分級，并分別制備砂光片觀測。

目前較為先進的礦物單體解離度測定方法是澳大利亞的QEMSCAN系統(tǒng)和MLA系統(tǒng)。