勘查学6矿产质量与取样.ppt

,矿产质量研究与取样,矿产勘查学第六讲,矿产勘查学第七章,要 目 基本概念 矿产质量研究的内容 矿产取样 样品加工 样品的鉴定、分析、测试及试验 结果整理及研究,1. 基本概念,矿产质量一般指决定矿产能够满足社会生产要求的那种性质。也就是说矿产质量是指决定矿产在国民经济中的工业价值、利用可能性和途径的那些特性的总和。一般也常指满足当前采、选加工利用的优劣程度或能力。 矿产质量具有相对性：随着技术的进步，社会要求越来越低。 影响矿产质量的因素很多，一般主要是矿石的化学成分及其含量特征，矿石的矿物成分及其结构构造特征以及矿石的物理技术工艺特性。 不同工业用途的矿产，其影响质量的因素也不一样。,利用化学组成的矿产(金属、磷灰石等)：工业利用时主要从中提取某种元素或化合物，故其质量主要取决于矿石的化学成分、矿物成分及其含量，以及有用组分的赋存状态。 (2) 利用矿物及其性能的矿产(大部分非金属)：决定其质量的不是矿石中某种有用组分和有害杂质的含量的高低，而是其中有用非金属矿物的含量的多少和它们的某些技术或物理性能(如金刚石的硬度；水晶的压电效应；云母晶体的大小、剥分性及绝缘性），很多非金属矿产(如云母、石棉)只查明有用矿物的总含量还是不够的，还必须测定出各品级、各标号有用矿物的含量，因为不同品级、不同标号有用矿物不仅用途不同，价格也相差几倍、几十倍甚至几百倍。 (3)利用化学组成和矿物性能的矿产(高岭土、耐火粘土、滑石等)：其质既取决于化学成分、也决定于它们的某些物理或技术性能,2. 矿产质量研究的内容,1）矿石中有用及有害组分的含量、赋存状态与分布规律 2）矿石中矿物组分、含量、共生组合及分布 3）矿石结构、构造及矿物嵌布特征 4）矿石的技术物理性能 5）矿石的工艺性质,1）矿石中有用及有害组分的含量、赋存状态与分布规律,（1）组分的含量：主要组分、伴生组分、有用组分、有害组分（锡矿中的铟、铅锌矿中的银、铁矿中的硅、磷） （2）有用组分的赋存在状态：对于金属矿床而言，通常只有该金属元素成为有工业价值的矿物形式存在时，才具有工业价值。自然界含铁矿物有300多种，但具工业价值只有4种，即磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿和褐铁矿。（铁赋存于菱铁矿与磁铁矿中vs赋存于菱镁铁矿及铁白云石中）,2）矿石中矿物组分、含量、共生组合及分布,矿石中矿物的共生组合及各矿物组分的含量，指导选冶（金矿石英、黄铁矿、毒砂） 矿石矿物组分在矿体各部位的变化规律及各种矿物在不同类型矿石中的分布情况（确定矿石的自然类型、工业类型和矿石种类的空间分布）,3）矿石结构、构造及矿物嵌布特征,矿物的形状、粒度及粒级分配；主要组分矿物与其他矿物的其互关系（连生性质及连生体大小），矿物团粒生成的大小和形状；（制约选矿方法及工艺流程的选择） 矿石结构的不均匀性 （决定矿石类型划分，采矿工艺选择）,4）矿石的技术物理性能,矿石的技术物理性能包括：体重、松散性、结块性、抗压强度、裂隙度、硬度、脆性、磁性和电性等； 这些性能对矿石的加工和选矿方法有着重要的意义，对于某些非金属矿产，还要根据矿石（物）的某些技术物理性质来划分品级、确定矿产的质量和工业用途。（方解石-冰洲石）,5）矿石的工艺性质,矿石的工艺性质是指矿石的加工工艺性能，即矿石的可选性及可冶炼性能（金属矿而言）。 我国在矿产勘查工作中的选冶试验方面的经验教训不少 例子: 鞍山齐大山铁矿,对首采氧化矿未做深入选冶试验, 就采用强磁选新型采矿工艺流程,投资5000多万元, 结果试生产时选矿指标很低,生产出的精矿不合格,被迫修改选矿工艺,又增加投资2000多万元.,3. 矿 产 取 样,1) 取样的原则 2) 取样的种类 3) 坑道工程取样方法 4) 钻探工程取样方法 5) 采样方法的选择 6) 样品间距的确定,1) 取样的原则,矿产取样是矿床经济评价中有着举足轻重的作用。由于取样工作是抽样观测，所取样品的规格和数量有限，加之地质体(包括矿体)都不是均质的，其变化是相当复杂的，因而取样的核心问题是样品的代表性。为了保证样品的代表性，取样要遵循如下3条基本原则： 完整性原则，包括研究的各种矿石和岩石，取样应在整个矿体厚度上连续进行，必须向围岩延伸一定的距离，样品包含了所必须研究的各种岩石和矿石。 均匀性原则，应当按一定的网格等距取样，且取样网始终保持一致。样品应尽量沿矿化变化最大的方向采取，且方向应该是一致的，或者按真厚度方向，或者按水平的(垂直)方向 自然分段性原则，各种自然矿石和矿化岩石应该用分段法分别单独取样.,2) 取样的种类,按取样目的分四类: 化学取样(化学分析取样)，通过对样品进行化学分析，确定矿石中化学成分及其含量，了解矿石质量，进而用来圈定矿体，核定主要伴生有用组分的平均含量，估算矿产储量，划分矿石类型和工业品级，检查矿山生产中矿石的损失、贫化及质量变化等。 矿物取样(岩矿鉴定取样)，通过对矿石和岩石(近矿围岩)进行矿物学、矿相学及岩石学的研究，查明矿石及围岩的矿物成分及含量，共生组合、结构构造特点、矿物粒度及嵌布特征，矿物的化学成分及次生变化等，用来确定岩石种类、矿石自然类型、有用元素赋存在状态、矿石加工技术性能、综合利用的可能性。 物理取样(技术取样)，通过测定矿石和近矿围岩的物理机械性质（体重、湿度、松散度、强度等），了解其物理性质和加工技术性能，为矿产储量估算、矿山建设设计和开采提供必要的参数和资料。 工艺取样(加工技术取样)，通过对矿石工艺性质及选冶试验研究，确定矿石的选矿、加工冶炼性能及加工技术条件。为确定矿石加工方法、选冶生产工艺流程、最佳生产技术经济指标，以及为矿床技术经济评价、建矿可行性研究和矿山企业设计提供可靠的资料。,3) 坑道工程取样方法,刻槽法: 在矿体上按一定的规格凿长槽，槽中凿下的全部矿石作为样品 剥层法：在垂直于矿体的断面上按一定的规格刻凿下一层矿石作为样品 全港法：在坑道掘进一定范围内采出的全部或部分矿石作为样品 方格法：在矿体出露部位按一定网格在其结点上打取矿石碎块合并成一个样品 攫取法(拣块法)：在矿石堆上或车上按一定规格拣取矿石作为样品 打眼法：采集炮眼钻进所产生的矿泥或矿粉作为样品,(1) 刻槽法,样槽断面形状及规格：断面形状有矩形和三角形，常用矩形。确定规格有类比法（规范）和试验法两种； 样品长度：样品的长度取决于矿体的厚度、矿石类型和矿化均匀程度、最小可采厚度和夹石剔除厚度等因素。确定样长的方法有类比法和试验法两种； 样槽的布置：原则上使其延长方向沿着质量变化最大的方向(常常是矿体厚度方向)布置，并且贯穿矿体的全部厚度、不漏采也不重采。,不同坑道中样槽的布置,不同坑道中样槽的布置,(2) 剥层法,剥层样的规格用长、深、宽三个要素度量，长为样品的厚度，宽为沿走向剥取的长度，一般为2050cm，深为垂直于宽度沿层面剥取的长度，一般为515cm。 剥层样品沿走向按一定间距采取，也可连续刻面分段采取。 剥层法适合于厚度较小的矿脉、有用组分分布很不均匀的网脉状矿体以及刻槽法难以取得可靠资料的矿体（颗粒粗大的伟晶岩矿体） 主要用于化学分析样品的采取,（3）全港法采样,样品的规格与坑道的高、宽一致，长度一般为2m，样重达数吨至数十吨 样品的布置，在穿脉中连续分段采样，在沿脉中按一定间距采样 主要用于加工技术取样或技术取样,（4）方格法（又称打块法）,取样网格有菱形、正方形、长方形等，网格边1025cm。每个样品由1550个点的碎块合成，每个点采下来的碎块大小应相等，总重约25kg。 主要用于化学分析样品的采取，适合于矿化不均匀的矿体，或矿石特别坚硬，难以刻槽的矿体。,(5) 攫取法（拣块法）,用一绳网铺在矿石堆上（网格形状可是正方形或菱形），在网格中心或交叉点上取出块度数量大至相等的少量矿石碎块合成一个样品，单个样品重几公斤至几十公斤； 要求坑道必须在矿内掘进，以防止围岩混入使之贫化。拣块时要防止人为的挑富或选贫现象。,（6）打眼法,可以一眼一个样，也可以数眼合并成一个样，炮眼深度可达78m; 优点是代表性高，不影响掘进，效率高，易加工，成本低； 缺点是沿脉坑道中不能沿厚度方向取样，不能按类型、级别分段采样；,4) 钻探工程取样方法,（1）岩心钻采样 对于岩心部分，用岩心劈开机沿长轴方向劈成两份或四份，取其中一份或对角两份作样品； 在岩心采取率低于要求时，需同时采取岩粉以补不足。 （2）冲击钻探取样 用抽筒提取孔底的矿粉，样品长度与刻槽法相同，矿化均匀时，样长11.5m，在追索矿体边界或勘查条带状矿体时，可减小到0.20.5m,5) 采样方法的选择,从采样方法的代表性来看，全港法代表性最强，其次是剥层法。当矿化均匀时，拣块法、方格法的可靠程度比刻槽法高，对于薄层脉状矿体，全港法采样的可靠性并不一定好。 从技术经济上看，攫取法、方格法、打眼法采样工艺比较简单，比较经济；剥层法、全港法的采样工艺比较复杂、效率低、成本高；刻槽法居其中。 采样方法的选择服从于采样目的要求,6) 样品间距的确定,沿倾向和走向取样时，相临样品间的距离 （1）影响样品间距的因素 确定合理的样品间距应从代表性和经济合理性两个方面来考虑。 影响样品间距的因素主要是取样目的和矿体的地质特征。后者包括有用组分分布的均匀程度，矿体的厚度的变化程度和矿体的规模等。一般来说，组分分布越均匀，矿体厚度变化越小，矿体规模越大，取样要求精度越低和采样方法精度越高，样品间距越小。反之，样品间距越小。,（2）样品间距的确定方法 类比法：经验类比和规范类比，根据品位变化系数(p158表7-3） 稀空法：先以最小间距取样，然后依次稀空一个样品，比较结果（平均品位） 数学分析法：根据平均品位的相对误差，求得一定范围内的采样个数，再求样品间距。 其中L为样品间距，S为采样地段总长度，N为必须的采样个数，P为给定的精度要求，即平品位的相对允许误差，V为采样地段的品位变化系数，必须以单样计，t为概率系数（据所求的可靠程查概率积分表而得）,4. 样品加工 （主要对化学样品）,1）样品的破碎、缩减的必要性 化学样品只需50200g，粒径小于0.1mm。因此需要对原始样品进行破碎和缩减。但样品加工不是简单的破碎缩减，破碎减后必须仍具代表性。 2）样品最小可靠重量：碎到一定粒度时，缩减后缩减误差不超标的最小重量。 确定最小重量的切乔特公式：Q=Kd2 其中Q为缩减样品的最小可靠重量(kg)，d为样品的最大颗粒直径(mm)，K为缩分系数。可见K值至关重要， 确定K值有类比法和试验法两种,类比法：根据矿产种类，矿化特点参考采样规范确定K值。（P160的表7-4） 试验法：有两种形式，一保持d值不变，使Q值变化，即采用不同的Q值，求相应的K值；另一种是保持Q值不变，使d值变化，即采用不同的d值，求相应的K值； 3) 样品的加工程序 破碎 过筛拌匀缩减,5. 样品的鉴定、分析、测试及试验,1）矿石的矿物学及矿相学鉴定 2）矿石的化学成分分析 3）矿石的物理技术性能测定 4）矿石选冶工艺性质试验,1）矿石的矿物学及矿相学鉴定,以显微镜(偏光、矿相、实体）下鉴定为主,主要目标: （1）查明矿石矿物成分、矿物共生组合、矿物次生变化及分布规律 （2）确定矿石中各矿物组分的数量，据精度要求可采取目估法及统计法; （3）查明矿石的结构构造、测定矿物外形、粒度、嵌布特征及硬度、脆性、磁性、导电性; （4）考查矿石元素的赋存在状态; （5）结合物相分析，确定矿石氧化程度。,2）矿石的化学成分分析,主要是确定矿石的化学成分及其含量,同时还要查明元素的赋存状态及分布规律.常用方法有光谱分析、化学分析及核子物理方法。 （1）光谱分析 主要用于普查找矿阶段（如化探），在勘探阶段则常用于检查矿石中可能存在的伴生有益组分和有害元素的种类和含量，为组合分析提供项目，分项目多，速度快，价格便宜。,（2）化学分析 用于评价矿石质量、圈定矿体、估算储量。 基本分析(普通分析、单项分析、主元素分析): 查明矿石中主要有用组分的含量及变化情况，以了解矿石质量、划分矿石类型、圈定矿体和估算储量。 组合分析: 了解矿石中伴生的有益组分及有害组分的含量，以便估算伴生有益组分的储量以及有害杂质对矿石质量的影响。样品一般由基本分析副样组合而成。 合理分析(物相分析): 确定有用组分赋存的矿物相，以区分矿石的自然类型和技术品级，了解有用矿物的加工技术性能和矿石中可回收的元素成分。 全分析：了解矿石中各种元素及组合的含量，以便进行矿石的物质成分研究,3）矿石的物理技术性能测定,（1）矿石的体积质量（体重）测定 矿石的体积质量（体重）是指自然状态下单位体积的质量。分小体重和大体重两种方法。 小体重：用封蜡排水法测矿石封蜡前后的质量及封蜡后的体积。计算公式为 D=W/(V1-V2) V2=(W1-W)/d 其中D为矿石体重(kg/cm3)，W为样品在空气中的质量，V1为样品封蜡后的体积，V2为样品上所涂蜡的体积，W1为样品涂蜡后的质量，d为蜡的相对密度，一般取d=0.93. 大体重：有全港法采样在野外直接测定。先将样品称重W，再测采出样品坑道的容积(即样品的体积)V(通过灌沙法量)计算公式为 D=W/V,（2）矿石湿度测定 矿石湿度为自然状态下单位重量矿石中的含水量，即含水量与湿矿石的质量百分比。是计算储量用，因为体重为湿体重，而品位却为干品位，二者必须统一。 计算公式为： 其中Wsh为湿样品的质量，Wg为干样品的质量 当湿度较大(3%)时，体重值要进行湿度校正 (化学组分含量是在干状态测的) 体重样和湿度样必须用同一样，或同一地采取,（3）矿石松散系数测定 松散系数指一定量矿石在爆炸前后的体积比值。测定的目的是为确定矿车、吊车、矿仓等的容积提供资料。计算公式为 K=Vs / Vy 其中K为松散系数，Vs 为爆炸后松散矿石体积，Vy为爆炸前原矿石体积。 （4）矿(岩)石抗压强度测定 外力作用下抵抗破碎的能力，为开采支护提供设计依据。 一般用5 cm5cm5cm的立方体，在平行于层面和垂直于层面两个方向上分别施压，单位为kg/cm2,4）矿石选冶工艺性质试验,按试验程度分五类： (1) 可选(冶)性试验：在实验室内采用具工业意义的选冶方法和常规流程进行试验，定量程度低，模拟度差，目的判别试验对象是否可作为工业原料。 (2) 实验室流程试验：利用实验室规模的设备试验，结果一般是矿床开采初步可行性研究和制定工业指标的基础。 (3) 实验室扩大连续试验：对实验室流程试验推荐的流程串组为连续性的类似生产状态操作条件下的试验，结果可作为矿生设计的基本依据。 (4) 半工业试验：在专门的实验车间进行的工业模拟试验，结果供矿山设计使用。 (5) 工业试验：具试生产性质的试验，其结果作为矿山设计建厂和生产操作的基础和依据。,Test vs Experiment,不同的勘查阶段,选冶的试验要求不一样: 预查: 不做 普查: 可选性及实验流程试验 详查: 可选性、实验室流程、实验室扩大连续 勘探：实验室流程、实验室扩大连续、半工业,矿产勘查的各阶段都应进行矿石的选冶试验,运用选冶试验手段评价矿石质量和矿床经济价值时,选冶试验程度应与矿产勘查程度相适应. 即