三水铝石质量评价精密度及准确度试验研究

毛鹏，刘炜，李林海

（1.中铝山东工程技术有限公司，山东淄博 255052；2.中铝山东有限公司，山东淄博 255052）

关键字：质量评价；有效铝；活性硅；微波消解；精密度；准确度

铝是地壳中分布最广泛的元素之一，自然界已知的含铝矿物有258种，其中常见的矿物约43种。铝土矿石一般都是共生分布，根据其所含的主要含铝矿物一般分为：三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石[1-2]。三水铝石型铝土矿在其溶出条件下，不是全部的Al2O3和SiO2都参与反应，所以按一般检测的方法测定A/S来评价矿石的品位已经不准确，于是提出了有效铝和活性硅[3]的概念。它们分别指在一定的溶出条件下，从矿石中提取出的净氧化铝含量和能与氢氧化钠发生化学反应的含硅化合物的含量。微波消解法可以测定三水铝石型铝土矿的有效铝和活性硅含量，并通过测算碱耗、矿耗等经济指标，对矿石进行质量评价[4]，通过对其精密度及准确度进一步进行试验研究，完善评价矿石的数学模型，可用于降低三水铝石型铝土矿的采购风险。

1 微波消解测定三水铝石有效铝和活性硅精密度试验

1.1 试验仪器及试验过程

1.1.1 试验仪器

微波消解仪Mvltiware3000。

1.1.2 试验过程

称取1.000g样品放入消解罐，加入浓度为50g/L的NaOH溶液20.0mL，摇匀，装入消解仪按照选定的温度（143±2℃）和时间（30min）进行消解。消解后用水将消解液稀释至250mL容量瓶定容、混匀。过滤后，滤液测定Al2O3和SiO2，此Al2O3即为有效铝，沉淀为一水软铝石、赤铁矿、铝针铁矿、石英硅、钠硅渣等不溶物。将沉淀洗涤至酚酞为无色，用酸抽出钠硅渣中的Na2O并测定，以此计算硅渣中的SiO2量，将计算的SiO2量和滤液中的SiO2量相加即为活性硅的量。[4]

表1 1#、2#、3#样品的重复性试验

1.2 精密度试验

1.2.1 重复性实验

取来自不同矿源地、不同品位的三个矿石样品，在重复性测试条件下分别进行11次重复实验，得出实验方法的重复性限。

1.2.2 重现性精密度

表2 重现性精密度

1.2.3 再现性实验

经对样品结果进行复验，根据对比测试结果，确定方法的允许差。

表3 再现性精密度

2 微波消解（化学）法和X衍射（物相）法测定结果稳定性

2.1 两种方法批样测定结果均值和标准偏差对比

目前，已经采用X衍射法对三水铝石型铝土矿进行定性和定量分析[5]，现选择四个矿区的印尼三水铝石分别用X衍射法和微波消解法进行测定，对比两种方法的分析稳定性。

表4 微波消解法和X衍射法标准偏差统计

对比结果表明：在有效铝的测定上，两种方法的均值和标准差基本一致，双样本T检验也表明两种方法无显著性差异。而对于活性硅的测定，两种方法差别较大，对于常硅矿石X衍射法的测定结果低于微波消解法，而低硅矿石X衍射法的测定结果高于微波消解法。相比较而言，X衍射法测定样品的标准偏差大，这与X衍射法测定原理和数据曲线有关。

2.2 微波消解（化学）法精密度验证（见表5）

表5 微波消解法批样结果抽查对比数据

3 微波消解法准确度验证试验

微波消解法经过多批次测定，其精密度符合标准要求。接下来需要验证其准确度，但由于目前国内外研制的铝土矿标样均为普通成分样品，尚未有在一定条件下的有效铝和活性硅的标准物质。如何确认微波消解法测定结果的准确性？我们设想两种方法进行检验。

第一种方法是取三种进口印尼矿（三水铝石），一方面采用纯氢氧化钠进行微波消解化学法、X衍射法测定结果（简称化学法和物相法）并计算赤泥成分，另一方面采用油浴反应釜，进行相同条件下的模拟溶出试验，直接测定赤泥成分，通过对比赤泥成分，确认微波消解法的准确度。

第二种方法是在低温拜耳法正常生产过程中取铝土矿（三水铝石）样，按照实际生产条件，采用生产调配液进行微波消解（化学）法测定结果，同条件下模拟溶出试验测定结果，与实际生产测定结果进行对比，验证微波消解法测定结果的准确度和预测的可信度。

3.1 微波消解化学法、X衍射（物相）法与模拟溶出试验对比

溶出试验条件：Nk 180g/L（采用NaOH，非调配液），溶出温度145℃，溶出时间60min，固含200g/L。见表6。

从测算赤泥成分对比分析看，三组样测定结果基本相符，微波消解化学法与模拟溶出试验结果更接近。

3.2 微波消解（化学）法、模拟溶出试验与实际生产对比

试验条件：矿石从拜耳法实际生产的下料皮带上进行取样，然后制样，碱液采用生产用的调配液，同步采用与生产实际相同的溶出条件，进行微波消解、模拟溶出试验，分别计算赤泥成分，与实际生产赤泥测定结果进行对比。见表7。

从赤泥成分对比分析看，通过微波消解（化学）法测定的活性硅、有效铝，计算的赤泥成分与模拟溶出试验结果、实际生产测定结果基本相符。

微波消解（化学）法与模拟溶出测算赤泥结果更接近，这与样品统一、测定条件相近有一定关系。数理统计，除灼减外各成分均无显著性差异，相较而言，赤泥氧化钠含量更接近，表明活性硅测定结果一致性更强，其次是赤泥氧化铝含量，测定结果平均值相差0.73，考虑到化学法测算时有水解损失，赤泥氧化铝含量略高也符合实际。

实际生产赤泥测定结果与微波消解（化学）法、模拟溶出测算赤泥结果相比较，各成分相对均偏高。主要是由于实际生产液量大、流程长，取样均匀度和一致性有所不同，另外，实际生产水解损失更大一些[1]，但三种测定结果一致性基本相符。

表6 三水铝石型铝土矿试验测定结果

表7 溶出试验调配液成分

表8 赤泥成分（11组数据平均）对比

4 质量评价估算方法探讨

对于采用铝土矿检验结果预测矿耗、碱耗，并进一步预测盈利能力来讲，如果仅靠一个样品或几个单元样的均值测算，会存在较大的风险。这是因为矿石属于散装矿产品，本身质量不均，存在一定的波动，再加上采样、制样、分析方面的误差，其真实的质量是呈一个近似正态分布，而不是一个点。因此，必要时应进行一定置信水平下的预测才更科学。

采用一定置信水平（如95%）的区间估计，以某一种矿石为例说明方案的选择。根据某企业一年港口检验结果统计，其中活性硅含量分布如下：

表9 微波消解（化学）法测定某矿区一年港口取样结果

根据活性硅均值和标准偏差可得到正态分布图如下：

下表为该矿区四个单元样结果(选取SiO2的σ=0.18，Al2O3的σ=1.58）。

表10 矿石单元样测定结果及区间估计

这是已知标准偏差”σ”的情况，如果是新矿石通常要选择增加取样点和单元样，然后按T分布计算其平均值，以上表结果为例：

计算SiO2平均值1.2325 ，95% 置信区间(1.0853，1.3797)，四个单元样 n=4，以此也可得到Al2O3的区间，代入数学模型即可得到消耗指标区间范围（可理解为最低和最高），并对照成本要求决定购买意向。

改变置信水平，可改变区间，如采用75%置信区间，上表SiO2为(1.1667，1.2983) ，表明区间范围变小，风险增加。[6]

因此，对某矿区矿石的经济评价，在一定置信水平（如：95%）下，可以测定最小盈利能力和最大盈利能力，这是控制风险的一种科学统计方法。

5 结论

通过条件试验和精密度验证表明，采用微波消解（化学）法测定三水铝石型铝土矿中的有效铝和活性硅，其精密度和准确度能够达到预测生产指标的要求。对三水铝石型铝土矿的质量评价，仅靠一个样品或几个单元样的均值测算，会存在较大的风险，基于一定置信水平的区间估计，才能降低采购风险。